CN203104277U - 开关直流升压电路无损吸收电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种开关直流升压电路无损吸收电路，其中开关直流升压电路包括双向电子开关、第一功率二极管、第二功率二极管、第三输出储能电容、第四输出储能电容、负载电阻；其中开关直流升压电路的无损吸收电路包括由第三二极管、第五二极管、第一输入储能电容、吸收电感组成的所述双向电子开关的正向吸收电路，以及由第四二极管、第六二极管、第二输入储能电容、电感组成所述双向电子开关S1的负向吸收电路。本实用新型提出的开关直流升压电路无损吸收电路，结构简单、效率高且可靠性高。

Description

开关直流升压电路无损吸收电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，特别是涉及一种开关直流升压电路无损吸收电路。

背景技术

近年来功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）电路得到了很大的发展，其中三相功率因数校正电路也因此得到越来越广泛的关注。

目前采用三电平开关直流升压（也成为三电平boost）拓扑的功率因数校正电路应用非常广泛。这种电路使用的双向电子开关通常工作在硬开关状态。由于电路中分布参数和寄生参数的影响，电子开关的两端在关断的时候会产生很高的上冲电压，如果不加以处理则会产生严重的电磁兼容问题，严重时甚至会摧毁电子开关，导致电路失效。为抑制此上冲电压，目前多采用电阻和电容组成的吸收电路。

现有的吸收电路如图1所示的，其中该输入端为交流电，且所述吸收电路包括第一升压电感L1、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、双向电子开关S1、第一输入储能电容C1、第二输入储能电容C2。其中第一输入储能电容C1和第一电阻R1组成该双向电子开关S1的吸收电路，负载电阻R0为该Boost电路输出的负载。如图1所示的，双向电子开关管S1和第一升压电感L1的一端与输入端连接，另一端与双向电子开关S1的一端、第一功率二极管D1的阳极、第二功率二极管D2的阴极连接。如图1所示的，第三输出储能电容C3和第四输出储能电容C4串联，且其连接点为Boost电路的中点O。第三输出储能电容C3的另一端与第一功率二极管D1的阴极相连，第四输出储能电容C4的另一端与第二功率二极管D2的阳极相连，电子开关S1的另一端与中点O连接，负载电阻R0并联在第三输出储能电容C3、第四输出储能电容C4串联后的正、负之间。

现有的吸收电路的工作原理如下：

输入端为交流电。当输入交流电在正半周时，双向电子开关S1导通，第一升压电感L1储存能量。当双向电子开关S1关断时，第一功率二极管D1导通，第二功率二极管D2截止，第一升压电感L1中的电流通过第一功率二极管D1给第三输出储能电容C3充电。

如图1所示的吸收电路的双向电子开关S1是工作在硬开关状态下，因此其两端由于分布参数和寄生参数的影响会产生上冲电压。更由于第一功率二极管D1的体积一般较大，分布参数会很大且会产生很大的电压上冲，严重时会损坏电子开关。因此，现有的吸收电路需要在双向电子开关S1的的两端增加吸收电路来嵌位双向电子开关S1上的电压上冲。

目前普遍采用第一电阻R1、第一输入储能电容C1组成的RC吸叫回路。当输入交流电工作在正半周时，第一电阻R1、第一输入储能电容C1组成的RC吸叫回路完成对双向电子开关S1的电压箝位。当输入交流电工作在负半周时，第一升压电感L1中的电流反向流动，双向电子开关S1关断并使第二功率二极管D2导通、第一功率二极管D1截止；第一升压电感L1中的电流通过第二功率二极管D2给第四输出储能电容C4充电。因此输入交流电工作在负半周时，第一电阻R1、第一输入储能电容C1组成的RC吸叫回路同样可以完成对S1的电压箝位。 

这种吸收电路是利用电阻电容的阻尼作用将双向电子开关S1的上冲电压的能量处储存在第一输入储能电容C1中，给第一功率二极管D1、第二功率二极管D2的导通赢得足够的时间，达到降低上冲电压的目的。这种吸收电路虽然有很好的抑制尖峰电压的作用，但是当电子开关导通时其能量要释放在吸收电阻以及电子开关上，降低了装置的效率。同时这种吸收电路还会造成较大的导通尖峰电流，增加器件的电流应力，降低了可靠性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、效率高且可靠性高的开关直流升压电路无损吸收电路。

为解决上述技术问题，本实用新的实施例提供一种开关直流升压电路无损吸收电路，其特征在于，包括双向电子开关S1的正向吸收电路和负向吸收电，所述正向吸收电路包括：第三吸收二极管D3、第五二极管D5、第一输入储能电容C1、第二吸收电感L2；所述负向吸收电路包括：第四吸收二极管D4、第六二极管D6、第二输入储能电容C2、第三电感L3。

作为上述技术方案的优选，其中开关直流升压电路包括：双向电子开关S1、第一升压电感L1、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三输出储能电容C3、第四输出储能电容C4、负载电阻R0。

作为上述技术方案的优选，其中所述第一升压电感L1一端与连接交流输入端，另一端分别连接所述双向电子开关S1、第一功率二极管D1的阳极、第二功率二极管D2的阴极、第三吸收二极管D3的阳极、第四功率二极管D4的阴极；其中所述双向电子开关S1的另一端分别连接所述第一输入储能电容C1、第二输入储能电容C2；其中所述第一输入储能电容C1一端连接所述双向电子开关S1，另一端连接所述第三吸收二极管D3的阴极，并通过第二吸收电感L2连接所述第五二极管D5的阳极；所述第二输入储能电容C2一端连接所述双向电子开关S1，另一端连接所述第四吸收二极管D4的阳极，并通过第三电感L3连接所述第六二极管D6的阴极；所述第六二极管D6的阴极通过第四输出储能电容C4、第三输出储能电容C3连接第五二极管D5的阴极串联并接地，且所述负载电阻R0与所述第四输出储能电容C4、第三输出储能电容C3并联。

作为上述技术方案的优选，所述第一输入储能电容C1、第二输入储能电容C2的容量小于第三输出储能电容C3、第四输出储能电容C4的容量。

作为上述技术方案的优选，第三输出储能电容C3与第四输出储能电容C4的连接点连接所述开关直流升压电路的中点O。

作为上述技术方案的优选，所述第二吸收电感L2与第三吸收电感L3等值。

作为上述技术方案的优选，所述第一输入储能电容C1与第二输入储能电容C2等值。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

本实用新型提出的开关直流升压电路无损吸收电路，实现了吸收回路中的尖峰电压并回馈给负载，抑制了双向电子开关在开通过程中的大电流尖峰。本实用新型电路简单、成本低，不仅降低了器件的电压和电流应力提高装置的可靠性，还提高了装置的效率。

附图说明

图1为现有的吸收电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的开关直流升压电路无损吸收电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新的实施例提供一种如图2所示的开关直流升压电路无损吸收电路，其中开关直流升压电路包括双向电子开关S1、第一升压电感L1、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2、第三输出储能电容C3、第四输出储能电容C4、负载电阻R0；其中开关直流升压电路的无损吸收电路包括由第三二极管D3、第五二极管D5、第一输入储能电容C1、第二吸收电感L2组成的所述双向电子开关S1的正向吸收电路，以及由第四吸收二极管D4、第六二极管D6、第二输入储能电容C2、第三电感L3组成所述双向电子开关S1的负向吸收电路。其中所述第一升压电感L1一端与连接交流输入端，另一端分别连接所述双向电子开关S1、第一功率二极管D1的阳极、第二功率二极管D2的阴极、第三吸收二极管Ｄ3的阳极、第四功率二极管D4的阴极；其中所述双向电子开关S1的另一端分别连接所述第一输入储能电容C1、第二输入储能电容C2；其中所述第一输入储能电容C1一端连接所述双向电子开关S1，另一端连接所述第三二极管D3的阴极，并通过第二吸收电感L2连接所述第五二极管D5的阳极；所述第二输入储能电容C2一端连接所述双向电子开关S1，另一端连接所述第四吸收二极管D4的阳极，并通过第三电感L3连接所述第六二极管D6的阴极；所述第六二极管D6的阴极、第四输出储能电容C4、第三输出储能电容C3、第五二极管D5的阴极串联，且所述负载电阻R0与所述第四输出储能电容C4、第三输出储能电容C3并联。第三输出储能电容C3与第四输出储能电容C4的连接点连接所述开关直流升压电路的中点O。

其中，所述第二吸收电感L2与第三吸收电感L3等值。所述第一输入储能电容C1与第二输入储能电容C2等值。

本实用新型实施例的开关直流升压电路无损吸收电路的工作原理如下：

在双向电子开关S1关断时，第一功率二极管D1导通向第三输出储能电容C3、第四输出储能电容C4充电。由于第三输出储能电容C3、第四输出储能电容C4容量较大，所以其电压上升斜率较小。在第一功率二极管D1导通的同时，第三吸收二极管Ｄ3也导通，第四吸收二极管D4截止。此时储能电感L1、分布电感和寄生电感中的能量向吸收电容C1充电。此时由于第二吸收电感L2的电流不能突变，限制了第一升压电感的能量从吸收回路中流向负载端，为第一输入储能电容C1吸收尖峰电压创造了条件。由于所述第一输入储能电容C1、第二输入储能电容C2的容量小于第三输出储能电容C3、第四输出储能电容C4的容量，因此其上电压上升斜率大于第三输出储能电容C3、第四输出储能电容C4。这样在很短的时间内第一输入储能电容C1上的电压就会高于第一升压电感L1输出端的电压，此后功率能量不能再通过吸收第三二极管D3向第一输入储能电容C1充电，而由分布电感和寄生电感引起的上冲电压电位高于第一输入储能电容C1上的电位而能继续向第一输入储能电容C1充电。由于第一输入储能电容C1两端的电压不能突变，抑制了双向电子开关S1的上冲电压的升高。与此同时第一输入储能电容C1中的能量也通过吸收第二吸收电感L2和第三二极管D3回馈到负载端R0。

当输入电流为交流电的正半周时，由第三二极管D3、第五二极管D5、第一输入储能电容C1、第二吸收电感L2组成的所述双向电子开关S1的正向吸收电路完成了对双向电子开关S1的上冲电压的箝位。电路在吸收上冲电压的同时又无能量损耗，提高了装置的效率。当双向电子开关S1再次导通时，由于第三二极管D3的单向导电性，第一输入储能电容C1中的能量不能通过双向电子开关S1，减少了双向电子开关S1在导通过程中产生的大电流尖峰，降低了器件的应力，提高了装置的可靠性。

当输入电流为交流电的负半周时，第一升压电感L1中的电流反向流动，双向电子开关S1关断，第二功率二极管D2导通，第一功率二极管D1截止；此时第一升压电感L1中的电流通过第二功率二极管D2给第四输出储能电容C4充电。此时由由第四吸收二极管D4、第六二极管D6、第二输入储能电容C2、第三电感L3组成所述双向电子开关S1的负向吸收电路起作用。该负向吸收电路工作过程与交流正半周时的吸收电路相类似，实现了对电子开关S1的上冲电压的箝位。

本实用新型的无损吸收电路使用了４个吸收二极管，使输入与输出实现了隔离，防止了吸收电容中的能量的回流，抑制了电子开关在导通过程中产生的大电流尖峰。由于分为交流正半周工作和交流负半周工作的两个对称电路，实现了上冲电压的双向吸收。本实用新型使用了两个等值的第二吸收电感L2和第三吸收电感L3，以及和两个等值的第一输入储能电容C1和第二输入储能电容C2，实现了能量的无损吸收，提高了装置的效率。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.开关直流升压电路无损吸收电路，其特征在于，包括双向电子开关（S1）的正向吸收电路和负向吸收电，所述正向吸收电路包括：第三吸收二极管（D3）、第五二极管（D5）、第一输入储能电容（C1）、第二吸收电感（L2）；所述负向吸收电路包括：第四吸收二极管（D4）、第六二极管（D6）、第二输入储能电容（C2）、第三电感（L3）。

2.根据权利要求1所述的开关直流升压电路无损吸收电路，其特征在于，其中开关直流升压电路包括：双向电子开关（S1）、第一升压电感（L1）、第一功率二极管（D1）、第二功率二极管（D2）、第三输出储能电容（C3）、第四输出储能电容（C4）、负载电阻（R0）。

3.根据权利要求2所述的开关直流升压电路无损吸收电路，其特征在于，其中所述第一升压电感（L1）一端与连接交流输入端，另一端分别连接所述双向电子开关（S1）、第一功率二极管（D1）的阳极、第二功率二极管（D2）的阴极、第三吸收二极管（D3）的阳极、第四功率二极管（D4）的阴极；其中所述双向电子开关（S1）的另一端分别连接所述第一输入储能电容（C1）、第二输入储能电容（C2）；其中所述第一输入储能电容（C1）一端连接所述双向电子开关（S1），另一端连接所述第三吸收二极管（D3）的阴极，并通过第二吸收电感（L2）连接所述第五二极管（D5）的阳极；所述第二输入储能电容（C2）一端连接所述双向电子开关（S1），另一端连接所述第四吸收二极管（D4）的阳极，并通过第三电感（L3）连接所述第六二极管（D6）的阴极；所述第六二极管（D6）的阴极通过第四输出储能电容（C4）、第三输出储能电容（C3）连接第五二极管（D5）的阴极串联并接地，且所述负载电阻R0与所述第四输出储能电容（C4）、第三输出储能电容（C3）并联。

4.根据权利要求3所述的开关直流升压电路无损吸收电路，其特征在于，所述第一输入储能电容（C1）、第二输入储能电容（C2）的容量小于第三输出储能电容（C3）、第四输出储能电容（C4）的容量。

5.根据权利要求4所述的开关直流升压电路无损吸收电路，其特征在于，第三输出储能电容（C3）与第四输出储能电容（C4）的连接点连接所述开关直流升压电路的中点（O）。

6.根据权利要求5所述的开关直流升压电路无损吸收电路，其特征在于，所述第二吸收电感（L2）与第三吸收电感（L3）等值。

7.根据权利要求6所述的开关直流升压电路无损吸收电路，其特征在于，所述第一输入储能电容（C1）与第二输入储能电容（C2）等值。