[发明专利]桥式开关尖峰电压吸收装置及桥式开关电路

说明书

本发明涉及一种桥式开关尖峰电压吸收装置及桥式开关电路。桥式开关尖峰电压吸收装置，设置在桥臂电路的至少两个输出引线之间，其包括吸收单元，放电单元，充电负载单元。通过吸收单元，将超出母线电压的尖峰能量吸收，并通过放电单元将尖峰脉冲能量反馈到母线中，其在能量传输过程中，都是单向不可逆的，避免了寄生震荡的产生；而采用的充电负载单元，为吸收单元提供一个预充电回路，避免开关器件在第一个开关瞬间，导致吸收单元对尖峰电压吸收过程中才产生较大的浪涌电流，确保器件的工作状况。

技术领域

本发明涉及电力电子开关电路技术领域，特别涉及一种桥式开关尖峰电压吸收装置；同时，本发明还涉及一种具有该吸收装置的桥式开关电路。

背景技术

在实际应用中，我们把电力电子器件用于典型的高频开关拓扑电路，进行电能变换后得到我们需要的电力输出。在各种拓扑中，三相全桥逆变器是一种非常典型的DC/AC的拓扑电路。随着电力电子器件和技术的发展，三相全桥逆变在不间断电源，电机驱动,新能源领域有着广泛的应用,而其中的缓冲电路在大功率开关器件的应用中尤为关键。缓冲电路的正确高效应用可以使得我们在最低的成本下发挥出开关器件最高的性能,可以有效的降低器件的失效风险，并对器件的EMI(电磁干扰),EMC(电磁兼容性)有极好的抑制作用。

在不断的实践和应用中，电路得到不断的优化，并产生出不少的新的电路拓扑，丰富着我们的应用技术。在三相逆变桥电路中，开关功率器件通过脉冲信号的控制，带感性负载的开关管对直流电压进行斩波处理，在负载端产生调制后的脉冲波形，实现能量的控制等。开关器件在开关过程中，由于开关回路的杂散电感,母线电容的寄生电感的作用使得关断时开关器件需要承受母线电压和额外的关断电压尖峰应力。该应力的计算公式如下。

u_ds:开关器件关断瞬间承受的关断应力尖峰；

U_BUS逆变电路母线电容电压；

LK：母线电容和母排回路杂散电感之和；

：器件电流关断的变化率绝对值。

通过上面我们可以得出，开关器件关断的尖峰电压受到回路杂散电感以及关断速度的直接影响。L_σ，越大，u_ds越大。通常情况下，为了减小L_σ，通常会采用较小ESL的电容和叠层母排。但在采取此类办法的情况下，由于不同的电路布置结构，器件关断尖峰仍然会存在，尤其是在低压大电流的场合，为了性价比，开关管通常选择较低耐压的器件，这时关断时的电压尖峰对开关器件来说尤为可观。所以此时就需要应用缓冲电路来转移关断尖峰能量，抑制关断尖峰电压应力。

因此，在开关电源，尤其是斩波器电路和桥式开关电源中，经常在MOS管或者IGBT两端并联吸收回路或者缓冲电路，而在单端反激式电源里通常在变压器绕组上并联RCD吸收电路，电阻和二极管并联，二极管方向与开关管导通方向一致，所以正向尖峰可以直接由二极管通过，再由变压器将能量耦合到副边，这样不仅将开关管两端的峰值降下来了，而且能量也利用起来了。而反向尖峰将由电阻消耗掉。电阻和电容并联，电容将消耗掉尖峰的高频(指非常细小的尖峰的最顶端部分)，而尖峰的有一定宽度和能量的部分都由电阻消耗掉。所以，电阻并联二极管，正向尖峰相当于被二极管短接，直接耦合，所以效果非常好，峰值非常低，而电阻只消耗反向的峰值，中间有间隙，相对来说发热也会小一些。

但上述的技术方案中，由于电阻本身是耗能的，所以仍然会有显著的发热，同样会有电阻体积较大和发热较大的问题存在；同时，RCD吸收电路中，基于开关电源中的电感的存在，电阻、电容会形成震荡回路，引起一定程度的震荡，仍然会造成EMI及EMC现象的发生。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种桥式开关尖峰电压吸收装置，以在抑制震荡产生的同时，提高其工作效率，改善器件的工作状况。