[实用新型]尖峰电压无损异步吸收电路和NPC三电平电路

说明书

本实用新型提供一种尖峰电压无损异步吸收电路和NPC三电平电路，该尖峰电压无损异步吸收电路，包括与开关器件串联的第二二极管、总线电容、第三二极管和吸收电容，所述开关器件和第二二极管阳极的公共交点与吸收电容和第三二极管阴极的公共交点之间反向连接有第一二极管，所述开关器件的接通或者断开由脉冲驱动信号控制；在开关器件断开时，由第一二极管、吸收电容构成充电回路；在开关器件接通时，由吸收电容、开关器件、第二二极管、总线电容和第三二极管构成单向放电回路。本实用新型能够抑制开关器件产生的尖峰电压以及无损吸收尖峰电压能量。

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，特别涉及一种尖峰电压无损异步吸收电路和NPC三电平电路。

背景技术

在开关电源技术领域中，开关电源的主要元器件为开关器件，由于开关器件在电源回路中需要通过导线与其它元器件电路连接，而导线、甚至开关器件的引脚存在寄生电感，则在开关器件的连接回路中导线的长度和宽度均影响寄生电感的大小，同时导线在印刷电路板中布局走线方式影响了寄生电感的大小。图1是开关器件输出回路的简易原理图。请参考图1，开关器件Q1通过导线与电容C1构成电流回路，由于导线及开关器件Q1的引脚、甚至电容C1的引脚存在寄生电感。图2为开关器件输出回路寄生电感的等效电路原理图，在开关器件Q1的串联回路中包括寄生电感Ls1和Ls2，并接在开关器件Q1两端的为开关器件Q1的寄生电容Coss，则在开关器件Q1截止时，根据寄生电感Ls1和Ls2两端的电流不能突变的特性，则寄生电感的电流i对开关器件Q1的寄生电容Coss进行充电，充电后就会在开关器件Q1的输出端引起尖峰电压，当较高的尖峰电压超过开关器件Q1的额定电压时，会导致开关器件Q1被击穿而损坏。其中，开关器件Q1的接通或者断开由脉冲驱动信号控制。

为了抑制开关器件在截止时产生的尖峰电压，因此需要在开关器件输出端并接一个吸收电路。图3是开关器件的输出端并联吸收电路的原理图，图4是开关器件输出回路寄生电感等效电路在开关器件接通时的电流回路示意图，图5是开关器件输出回路寄生电感等效电路在开关器件断开时的电流回路示意图。请参考图4，开关器件Q1的工作原理如下当开关器件Q1导通时，电流i经过寄生电感Ls1、开关器件Q1和寄生电感Ls2构成导通回路。请参考图5，当开关器件Q1截止时，开关器件Q1断开通路，由于寄生电感Ls1和寄生电感Ls2两端的电流不能突变，则电流经寄生电感Ls1吸收电路和寄生电感Ls2构成导通回路，而不经过开关器件Q1，从而通过吸收电路抑制由于寄生电感而导致的尖峰电压。

现有技术中常见的吸收电路为RC吸收电路和RCD吸收电路。这些吸收电路的基本工作原理就是在开关器件断开时为该开关器件提供旁路换流，以吸收储存在寄生电感中的能量，并使开关器件输出端的电压被钳位，从而抑制尖峰电压。此种方案虽然有一定的效果，可以降低开关电源尖峰电压的幅值，但是降低的尖峰电压的能量需要被电路中的电阻发热转换成大量的热量，降低了开关电源的转换效率，即由于电阻的存在而构成了有损吸收电路，同时为了不增大吸收电路的损耗，吸收电容的容值大小的选型会被受到限制，导致抑制尖峰电压的能力也受到限制。

由此，在一些开关电源拓扑结构中，根据器件大小和布局的优势，可以考虑去掉电阻，而使用电容做为无损吸收回路，例如升压(Boost)开关电源电路。图6为Boost开关电源的电路原理图。请参考图6，Boost开关电源包括输入端Vi和输出端Vo，并接在输入端Vi的滤波电容C1和开关器件Q1，输入端Vi的正端与开关器件Q1的输出端正极之间连接有功率电感L1，输出端Vo的正端与开关器件Q1的输出端正极之间正向连接有续流二极管D1，开关器件Q1的输出端之间并接有吸收电容Cs，吸收电容的正端与续流二极管D1的阴极连接，输出端Vo之间并接有总线电容Cbus。在开关器件Q1截止时，二极管D1和吸收电容Cs构成吸收电路。

Boost开关电源的工作原理如下：图7是Boost开关电源在开关器件接通时的电流回路示意图。请参考图7，当开关器件Q1导通时，功率电感L1的电流经过开关器件Q1的输出端正极和负极回到滤波电容C1的负端，以为功率电感L1储存能量。此时，吸收电路不接通回路。