[發明專利]一種具有電壓箝位功能的ARCP軟開關電路

有效

• 申請號: 200610153797.4
• 申請日: 2006-09-15
• 公開（公告）號: CN101145728A
• 公開（公告）日: 2008-03-19
• 發明（設計）人: 肖學禮;張曉飛;張春濤
• 申請（專利權）人: 力博特公司
• 主分類號: H02M3/10
• 分類號: H02M3/10;H02M3/155
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司
• 代理人: 高占元

技術領域

本發明涉及一種軟開關電路，具體的，涉及一種具有電壓箝位功能的ARCP軟開關電路。

背景技術

目前的軟開關電路中有一種“電感+開關”串連形式的ARCP(auxiliaryresonant?commutated?pole)軟開關電路因其硬件電路簡單、控制易實現、效果好，得到很多開關電源行業人員青睞。其電路原理圖如圖1所示。此電路的主導思想是通過輔助開關SW3在諧振電感L2上產生一個與主路濾波電感L1電流I1方向相同的諧振電流I2，通過此電流可以實現主功率開關管SW1與SW2的軟開關(ZVS)。

從電路工作原理分析可以看到，對于輔助開關管SW3而言，理論上只要保證SW3的開通時間足夠長，就可完全實現輔助開關SW3的零電流關斷，但在實際應用中，SW3并非理想開關器件，其兩端存在寄生電容C4，對于絕大多數的電路拓撲來說，此寄生電容不會對電路造成很大的影響，通常可忽略，單對于ARCP這種“開關+電感”形式的電路而言，由于開關管與電感是串連的，電路中并沒有任何瀉放回路，此時該寄生電容就會造成非常大的負面作用，具體如下：諧振電感L2電流降到零后并不會保持零電流狀態，而是會與寄生電容C4振蕩，在諧振電路中產生振蕩電流I3。這樣在開關管SW3關斷的瞬間在電感L2中會有P＝1/2*L2*(13)2的能量，而在原始電路中既沒有提供消耗此部分能量的電路，也沒有提供瀉放通路，因此這部分能量會在SW3兩端——即A點對N點之間產生非常高的SPIKE尖峰電壓，理論上為無窮大，足以損壞開關管SW3，造成電路失效。

不僅僅因為存在寄生電容C4會導致以上問題：在電路輸入電壓、輸出負載等參考量發生突變時，或者主開關管SW1、SW2驅動發生異常時，以及電路剛剛開始啟動時都會出現以上問題。一旦發生以上所描述的問題，開關器件SW3就會被損壞，從而導致系統無法正常工作。圖2所示為在實際開關電源中應用現有ARCP軟開關電路時AN兩點電壓波形圖。

在一般的電力電子電路中，這種開關管兩端的尖峰電壓問題非常普遍，但??不同的是，對于其它電路來說，通常是由于變壓器的漏感或線路上的寄生電感造成的，但無論是變壓器的漏感還是線路上的寄生電感，其感值都非常小(通常為納亨數量級)，所以通常簡單的解決方式是在開關管兩端并聯RC或RCDsnubber電路來吸收，RC或RCD?snubber因電路簡單，成本低，效果好，在電力電子電路中被廣泛的使用。但對于ARCP軟開關電路拓撲來說，情況就完全不同：造成開關管兩端尖峰電壓的電感不是漏感或寄生電感，而是為實現軟開關而使用的諧振電感L2，通常此電感感值為毫亨數量級(以單相30KVA/480V的半橋逆變電路來說，此諧振電感感值為10毫亨)，電感中儲存的產生尖峰電壓的能量P＝1/2*L2*(I3)2與電感感值成正比，由于ARCP電路中電感感值比通常電力電子電路中的漏感或寄生電感大了一個數量級(1000倍)，所以在相同電流下電感中的能量也相應大了1000倍，如果采用一般電路使用的RC或RCD?snubber電路的話，其吸收電路電容與電阻要求功率也要相應增大1000倍左右，這就會使吸收電路體積非常大，而且由于RC和RCDsnubber吸收電路屬于能量消耗型，即把P＝1/2*L2*(I3)2完全消耗掉，如果ARCP軟開關電路也采用常用的消耗吸收的話，不但會造成體積過大，還會造成效率低下，使軟開關電路完全失去了提高效率的使用價值，而且如果考慮電流13隨功率增大而增大的話，很有可能出現采用ARCP電路后效率不升反降。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺陷，提供一種具有電壓箝位功能的ARCP軟開關電路，其可以解決開關尖峰電壓問題，同時可將輔助開關產生的多余能量反饋給電路。

本發明的技術方案是：一種具有電壓箝位功能的ARCP軟開關電路，包括一端分別與直流電源正極和負極相連、另一端與濾波電路相連的第一主功率開關和第二主功率開關，以及由第三開關和諧振電感組成的串聯支路，所述串聯支路一端與直流電源零電位參考端相連，另一端與濾波電路的輸入端相連；還包括一端分別與直流電源正極和負極相連、另一端與第三開關和諧振電感之間一點相連的第四箝位續流開關和第五箝位續流開關，用于在第三開關關斷時，將所述串聯支路中的多余能量導入電路回路中。其中，所述直流源是指兩端具有固定的直流電壓的電容、電池或有源負載等。