高頻整流電路中的新型電壓毛刺無(wú)損吸收電路

1、    高頻整流電路中的新型電壓毛刺無(wú)損吸收電路摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫(kù)仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte0    引言  

2、0; 電壓毛刺是高頻變換器研制和生產(chǎn)過(guò)程中的棘手問(wèn)題，處理得不好會(huì)帶來(lái)許多的問(wèn)題，諸如：功率管的耐壓必須提高，而且耐壓越高，其通態(tài)電壓越大，功耗越大，這不僅使產(chǎn)品效率降低，而且使電路可靠性降低；另外，高頻雜音的增加，對(duì)環(huán)境造成污染；為了達(dá)到指標(biāo)，必須進(jìn)一步采取措施，結(jié)果不僅使產(chǎn)品體積增大，而且使成本增加。解決辦法通常是：增加主變壓器中各線圈的耦合程度，以減少漏感（例如雙線并繞等）；選用結(jié)電容小，恢復(fù)時(shí)間短的優(yōu)質(zhì)開(kāi)關(guān)管；增加吸收電路，最常用的是RC吸收電路，這種電路雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是有損的，而且變換器功率越大，需要的C越大，使R上的功耗也越大，導(dǎo)致R的體積很大，其結(jié)果是產(chǎn)品中常常裝有體積大的電阻電

3、容，使運(yùn)行環(huán)境惡化，整機(jī)效率降低。顯然這些解決辦法不理想，本文將介紹兩種無(wú)損電壓毛刺回收電路。1    常規(guī)RC吸收電路的功耗   RC吸收電路如圖1所示，設(shè)主變壓器一次側(cè)為半橋或全橋電路，二次側(cè)為極性交變的脈寬調(diào)制方波，并且?guī)в忻?，如圖2所示。這樣在RC串聯(lián)電路中就有充放電過(guò)程，在R上就會(huì)有功耗。為分析方便，先不考慮電壓毛刺，uAC的電壓波形為極性交變的方波。圖1    高頻整流的RC吸收電路圖2    高頻調(diào)制方波    設(shè)某一時(shí)刻t=0時(shí)

4、uAC的極性為上正下負(fù)，大小為Eo，C上的電壓為Eo，極性上負(fù)下正，等效電路如圖3所示。由電路方程可得   Eo=idtEoiR圖3    等效電路    由初始條件t=0時(shí)，i=2Eo/R，解得i=2Eoet/RC/R。    電阻R上的消耗功率WR=i2Rdt=2CEo2    即C上的電壓從EoEo變化過(guò)程中，R上的功耗為2CEo2。    充電過(guò)程結(jié)束最終C上的電壓為Eo，極性反轉(zhuǎn)。一個(gè)周期內(nèi)uAC翻轉(zhuǎn)兩次，

5、R上的總功耗為4CEo2。例如：一個(gè)輸出為48V的整流器，Eo通常約為150V，頻率f取50kHz，電容C取1nF，則R上的功耗WR=4CEo2×f=5W。考慮毛刺的因素實(shí)際值遠(yuǎn)大于此值。顯然，對(duì)于大功率高頻率變換器，R上的功耗是相當(dāng)大的。2    主變壓器二次為橋式整流電路的電壓毛刺無(wú)損吸收電路    二次為橋式整流電路如圖4所示。圖中D1，D2，D3，D4為主整流管；D11及D12為毛刺吸收電路專用二極管。Lo與Co為主整流電路中的電感和電容；C為毛刺能量?jī)?chǔ)存電容。L，S，D組成毛刺能量轉(zhuǎn)換釋放電路。主變壓器中繞組CD和

6、脈沖轉(zhuǎn)換電路一起形成S的開(kāi)關(guān)控制脈沖ugs，與繞組AB形成固定的相位關(guān)系。繞組AB的電壓uAB波形與S上的驅(qū)動(dòng)脈沖波形示于圖5。圖4    全橋整流電路與電壓尖峰吸收電路 (a)   uAB波形(b)   ugs波形圖5   uAB與ugs的相位關(guān)系    其吸收原理如下所述。    1）t1t2時(shí)段   uAB處于高毛刺階段，毛刺最大值比正常值Uo高出U，這時(shí)由D1，D2，D

7、11，D12形成全橋整流電路，對(duì)C充電，具體講是D1和D12導(dǎo)通，uAB的毛刺部分將被C所吸收，使uc=UoU。顯然，C越大，U越小；毛刺越高，U越大。    2）t2t3時(shí)段   uAB=Uo，D12反偏截止。D1與D4導(dǎo)通，忽略D1與D4上的壓降，UEF=Uo。以E為電壓參考點(diǎn)，UF比UE電位低Uo，記作Uo；由于UC=UEG=UoUo，則UG比UE低UoU，記作（UoU）；這樣UFG=UFUG=U。    由圖5（b）可以看出，在t1t3時(shí)間段開(kāi)關(guān)管S被觸發(fā)導(dǎo)通，UFG將使L中的電流逐步上升，使C上

8、高于Uo部分的電壓U的能量逐漸轉(zhuǎn)移到L上，當(dāng)t3時(shí)刻uAB消失，ugs同時(shí)也消失，S截止。L上的能量將通過(guò)D向輸出電容Co釋放，形成電壓毛刺的無(wú)損吸收。    3）t4t5時(shí)段    繞組AB之間的電壓反向，此時(shí)D2與D11導(dǎo)通，對(duì)C充電，之后的工作過(guò)程同t1t2時(shí)間段。    4）t5t6時(shí)段    工作過(guò)程同t2t3時(shí)間段。   t7時(shí)刻開(kāi)始，電路將重復(fù)以上過(guò)程。3    主變壓器二次為雙半波整流電路的電壓毛刺無(wú)

9、損吸收電路    二次為雙半波整流電路如圖6所示。為分析方便，仍忽略D1，D2，D3的壓降。顯然uAB的波形、S的驅(qū)動(dòng)脈沖波形與圖5完全一致。其工作過(guò)程與橋式整流電路相似，在此不再贅述。圖6    雙半波整流電路與電壓尖峰吸收電路4    關(guān)于LC選取的原則    為使上述電壓毛刺無(wú)損吸收電路正常工作，在設(shè)計(jì)LC時(shí)注意下述2個(gè)問(wèn)題：    1）過(guò)大的C將會(huì)使整流二極管開(kāi)機(jī)瞬間沖擊電流增加，過(guò)小的C將導(dǎo)致吸收毛刺過(guò)程中過(guò)大的電壓增量U，因此C要選擇適當(dāng)；  &#