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1 引言 近年來，隨著開關電源技術的進展，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撲電路結構脫穎而出，并在電流模式控制移相型諧振零電壓軟開關電源中得到應用。本文對此新型整流拓撲電路結構進行較為深入的研究，并給出了PSPICE仿真驗證波形及一些有應用價值的電路接線法和結論。 2 拓撲結構 倍流整流器的電路拓撲結構如圖1和圖2所示，它們的構成元件是相同的，只是其中二極管和電感元件的位置有所不同，但兩個電路的功能是等效的。圖1和圖2中的(b)電路與(a)電路實質一樣，但從(b)電路形式中更能看出倍流整流器拓撲是由傳統橋式整流電路演變而來：將橋式整流電路中一個橋臂的兩個二極管用兩個電感（圖1、2（b）中的 L1、L2）取代，即可獲得倍流整流器電路。因為橋式整流電路有兩個相同的二極管橋臂，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）副邊側的高頻整流。在圖1中，變壓器的副邊繞組產生對稱的高頻正負方波電壓。當副邊繞組的上端電壓為正時，副邊電流經過L1、C和R、D2再回到副邊繞組；當副邊繞組的下端電壓為正時，副邊電流經過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量少一半。所以說，倍流整流器是結合全波整流和橋式整流兩者優點的新型整流器。當然，倍流整流器要多使用一個輸出小濾波電感。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圖3中的符號，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載電流的一半；②濾波電感平均輸送電流僅為輸出負載電流的一半，輸出負載電流由兩個電感同時分擔，每個濾波電感的工作頻率等于高頻變壓器頻率；③當一個電感在高頻變壓器副邊的電壓驅動下通過副邊輸送一半負載電流時，另一個電感也輸送著相對于輸出負載電流相同方向的另一半續流電流，且此續流電流不通過副邊繞組。由于此續流電流僅為輸出負載電流的一半，當副邊電壓再次變極性時，此續流二極管的反向恢復尖峰電流較小，兩個二極管上的續流電流在死區期間是均衡分布的。 3 工作條件 倍流整流器正常工作條件為： ①無效整流純電感回路的工作抑制條件： L>>1/ω2C（L為L1或L2 ；ω為開關頻率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值不大；要保證兩個濾波電感中的電流均等變化。 4 優缺點 4.1 優點 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，使得變壓器結構更簡單。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，制作復雜。 ②在開關死區時，副邊側輸出（電感）電流基本上不通過高頻變壓器的副邊繞組續流，而且不會影響原邊性能，包括影響占空比的變化。 ③具有兩種等效的電路拓撲結構可供變換選擇。圖1適合于共陽二極管接法，圖2適合于共陰二極管接法；共陽二極管接法特別適合于 VDMOS的同步整流：將兩個二極管替換為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同步驅動，如圖5所示；有可能通過三點式（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，因為倍流整流器的濾波電感的工作頻率為全波整流濾波電感的一半，等于開關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 ①需要兩個輸出電感（比全波及橋式整流多用一個電感）； ②需要采用電流模式控制來保證兩個濾波電感中的電流均等； ③在副邊側，存在不通過輸出負載的無效整流電感回路，因此倍流整流器存在正常工作條件。 5 PSpice仿真驗證 圖7所示為共陽極二極管接法的拓撲電路仿真電路圖；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分別來產生正負方向的電壓脈沖，其幅值為6V，占空比為80%，用壓控開關S1和S2來代替二極管D1和D2，它們分別受U 2和U1的控制，負載為一純電感 R1。在不考慮實際二極管的反向恢復特性的情況下，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際相比，只是少了在電壓突變時的二極管反向恢復尖峰，因此該電路的仿真結果具有很大的參考價值。 對應于圖8和圖9的電感和電容參數如表1 (f=200kHz)。 圖8(b)為將電流放大后的波形。由圖可以看出，當正常工作時，每個電感所流過的平均電流為負載平均電流的一半，并且它們兩者之和剛好等于負載電流。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，另一電感電流值卻是減小，所以電感上的電流波動較全波整流的情況大了許多。當電感參數值一樣（對照于全波整流的情況）時，其電壓降會很大，這一點將大大影響變壓器的設計。而當不滿足參數條件時（圖9），電感電流出現了負值，也就是說出現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載電流，輸出電壓極為不穩定。 |
