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1 引言 近年來(lái)，隨著開關(guān)電源技術(shù)的進(jìn)展，一種新型的適合于推挽及橋式功率變換器的倍流整流器副邊整流拓?fù)?a href="http://m.qingdxww.cn/keyword/電路" target="_blank" class="relatedlink">電路結(jié)構(gòu)脫穎而出，并在電流模式控制移相型諧振零電壓軟開關(guān)電源中得到應(yīng)用。本文對(duì)此新型整流拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)進(jìn)行較為深入的研究，并給出了PSPICE仿真驗(yàn)證波形及一些有應(yīng)用價(jià)值的電路接線法和結(jié)論。 2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 倍流整流器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，它們的構(gòu)成元件是相同的，只是其中二極管和電感元件的位置有所不同，但兩個(gè)電路的功能是等效的。圖1和圖2中的(b)電路與(a)電路實(shí)質(zhì)一樣，但從(b)電路形式中更能看出倍流整流器拓?fù)涫怯蓚鹘y(tǒng)橋式整流電路演變而來(lái)：將橋式整流電路中一個(gè)橋臂的兩個(gè)二極管用兩個(gè)電感（圖1、2（b）中的 L1、L2）取代，即可獲得倍流整流器電路。因?yàn)闃蚴秸麟娐酚袃蓚�(gè)相同的二極管橋臂，所以就有兩種等效的倍流整流器電路形式（圖1和圖2）。倍流整流器適用于推挽及橋式功率變換器變壓器（圖1和圖2中的T）副邊側(cè)的高頻整流。在圖1中，變壓器的副邊繞組產(chǎn)生對(duì)稱的高頻正負(fù)方波電壓。當(dāng)副邊繞組的上端電壓為正時(shí)，副邊電流經(jīng)過L1、C和R、D2再回到副邊繞組；當(dāng)副邊繞組的下端電壓為正時(shí)，副邊電流經(jīng)過L2 、C和R、D1再回到副邊繞組。倍流整流器按照這一過程，將高頻交流方波電壓整流為直流輸出電壓。圖2電路的工作原理與圖1相同。與全波整流相比，倍流整流器的高頻變壓器的副邊繞組僅需一個(gè)單一繞組，不用中心抽頭。與橋式整流相比，倍流整流器使用的二極管數(shù)量少一半。所以說(shuō)，倍流整流器是結(jié)合全波整流和橋式整流兩者優(yōu)點(diǎn)的新型整流器。當(dāng)然，倍流整流器要多使用一個(gè)輸出小濾波電感。但此電感的工作頻率及輸送電流均比全波整流器的要小一半，因此可做得較小，另外雙電感也更適合于分布式功率耗散的要求。 倍流整流器的具體工作波形參照?qǐng)D3中的符號(hào)，在圖4中畫出。在圖4波形中，可以注意到，①高頻變壓器副邊平均輸送電流僅為輸出負(fù)載電流的一半；②濾波電感平均輸送電流僅為輸出負(fù)載電流的一半，輸出負(fù)載電流由兩個(gè)電感同時(shí)分擔(dān)，每個(gè)濾波電感的工作頻率等于高頻變壓器頻率；③當(dāng)一個(gè)電感在高頻變壓器副邊的電壓驅(qū)動(dòng)下通過副邊輸送一半負(fù)載電流時(shí)，另一個(gè)電感也輸送著相對(duì)于輸出負(fù)載電流相同方向的另一半續(xù)流電流，且此續(xù)流電流不通過副邊繞組。由于此續(xù)流電流僅為輸出負(fù)載電流的一半，當(dāng)副邊電壓再次變極性時(shí)，此續(xù)流二極管的反向恢復(fù)尖峰電流較小，兩個(gè)二極管上的續(xù)流電流在死區(qū)期間是均衡分布的。 3 工作條件 倍流整流器正常工作條件為： ①無(wú)效整流純電感回路的工作抑制條件： L>>1/ω2C（L為L(zhǎng)1或L2 ；ω為開關(guān)頻率f的2π倍，即 ω=2πf） ② 圖4的波形中要保證L1及L 2中的電流始終為正值，要有足夠大的電感值以保證電感紋波電流起伏波動(dòng)值不大；要保證兩個(gè)濾波電感中的電流均等變化。 4 優(yōu)缺點(diǎn) 4.1 優(yōu)點(diǎn) ①高頻變壓器的副邊僅需單一繞組，不需要變壓器中心抽頭，而且變壓器僅需輸送近似一半的輸出電流，使得變壓器結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。橋式整流雖然也是采用單一副邊繞組，但使用的二極管數(shù)量多一倍。而全波整流雖然二極管用得少，但副邊繞組需要中心抽頭，制作復(fù)雜。 ②在開關(guān)死區(qū)時(shí)，副邊側(cè)輸出（電感）電流基本上不通過高頻變壓器的副邊繞組續(xù)流，而且不會(huì)影響原邊性能，包括影響占空比的變化。 ③具有兩種等效的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供變換選擇。圖1適合于共陽(yáng)二極管接法，圖2適合于共陰二極管接法；共陽(yáng)二極管接法特別適合于 VDMOS的同步整流：將兩個(gè)二極管替換為VDMOS，而它們正好是共源極連接，很適合用在高頻主變壓器上的輔助帶中心抽頭繞組來(lái)同步驅(qū)動(dòng)，如圖5所示；有可能通過三點(diǎn)式（耦合）電感方式引入前置小電感，抑制二極管較大的反向恢復(fù)電流，如圖6所示。 ④輸出濾波電感可以做得較小，較適合于分布式功率耗散，因?yàn)楸读髡髌鞯臑V波電感的工作頻率為全波整流濾波電感的一半，等于開關(guān)電源的變壓器工作頻率；而且濾波電感僅輸送一半的直流輸出電流。倍流整流器的濾波電感可以比全波整流器的電感做得更小。 4.2 缺點(diǎn) ①需要兩個(gè)輸出電感（比全波及橋式整流多用一個(gè)電感）； ②需要采用電流模式控制來(lái)保證兩個(gè)濾波電感中的電流均等； ③在副邊側(cè)，存在不通過輸出負(fù)載的無(wú)效整流電感回路，因此倍流整流器存在正常工作條件。 5 PSpice仿真驗(yàn)證 圖7所示為共陽(yáng)極二極管接法的拓?fù)潆娐贩抡?a href="http://m.qingdxww.cn/keyword/電路圖" target="_blank" class="relatedlink">電路圖；圖8，9分別為正常與不正常條件下的仿真波形。在圖7中，用 U1和U2分別來(lái)產(chǎn)生正負(fù)方向的電壓脈沖，其幅值為6V，占空比為80%，用壓控開關(guān)S1和S2來(lái)代替二極管D1和D2，它們分別受U 2和U1的控制，負(fù)載為一純電感 R1。在不考慮實(shí)際二極管的反向恢復(fù)特性的情況下，該電路與圖1所示電路是完全等效的。圖8，9所示的仿真波形與實(shí)際相比，只是少了在電壓突變時(shí)的二極管反向恢復(fù)尖峰，因此該電路的仿真結(jié)果具有很大的參考價(jià)值。 對(duì)應(yīng)于圖8和圖9的電感和電容參數(shù)如表1 (f=200kHz)。 圖8(b)為將電流放大后的波形。由圖可以看出，當(dāng)正常工作時(shí)，每個(gè)電感所流過的平均電流為負(fù)載平均電流的一半，并且它們兩者之和剛好等于負(fù)載電流。輸出電壓跟輸出電流是完全一致的，只需將電流乘以電阻值即可。由于一電感電流上升的 同時(shí)，另一電感電流值卻是減小，所以電感上的電流波動(dòng)較全波整流的情況大了許多。當(dāng)電感參數(shù)值一樣（對(duì)照于全波整流的情況）時(shí)，其電壓降會(huì)很大，這一點(diǎn)將大大影響變壓器的設(shè)計(jì)。而當(dāng)不滿足參數(shù)條件時(shí)（圖9），電感電流出現(xiàn)了負(fù)值，也就是說(shuō)出現(xiàn)了兩電感電流貫通的情況，并且電流值很大，所以不能提供完全的負(fù)載電流，輸出電壓極為不穩(wěn)定。 |
