无源无损缓冲器的设计与分析

加无源无损缓冲吸收的推挽正激变换器设计中心议题：推挽正激变换推挽正激变换器的工作原理加无源无损缓冲吸收缓冲吸收的推挽正激变换器变换器设计解决方案：缓冲吸收电路参数设计推挽正激变换器是低压大电流输入场合的理想拓扑之一，但其输出整流二极管上由于反向恢复产生很高的电压尖峰。

这将导致整流二极管选取困难，并影响其使用寿命。

本文研究了一种加无源无损缓冲吸收的推挽正激变换器，整流二极管上尖峰电压小，可靠性高。

并给出了该变换器的工作原理和缓冲电容的参数设计，还通过lkW实验样机给出了加缓冲吸收电路前后的实验波形。

样机取得了高效率和高可靠性。

0 引言在输入低压大电流场合，推挽正激变换器（Push-Pull Forward，PPF）因具有以下3方面的优点而得到广泛应用：(1)输入滤波器的体积和重最小；(2)箝位电容无损耗地抑制了功率管的电压尖峰；(3)变压器磁芯利用率高。

在输出高电压时(本文为360V)，变压器副边线圈匝数较多，副边漏感不可忽略。

在整流二极管反向恢复时间内，整流二极管上存在很高的电压尖峰，给整流二极管的选取带来困难，并降低了整流二极管的可靠性。

虽然RC或者RCD缓冲电路可以一定程度上抑制二极管的电压尖峰，但是电阻上损耗较大。

文献[3]提出了一种简单的无源无损缓冲吸收电路，可以较好地抑制整流二极管的电压尖峰。

本文将该无损缓冲吸收电路应用于蓄电池供电的推挽正激变换器中，显著降低了整流二极管的电压尖峰。

制作的原理样机电路结构简单，功率器件工作可靠性高，并且实现了高的整机变换效率。

1 工作原理图1为加无损缓冲吸收的PPF电路。

Ds1、Ds2分别为开关管S1、S2寄生的反并二极管，变压器的Np1=Np2=Np、Ns1=Ns2=Ns分别为原、副边的匝数，匝比n=Ns/Np，原边两个绕组的励磁电感均为Lm，Lo(图1中未标出)为变压器原边绕组的漏感．Lo’为折算到变压器副边绕组的漏感，D5、D6、D7、C1、C2构成无损缓冲吸收电路，且C1=C2=Cc。

Boost PFC无源无损缓冲电路设计王婕;孙宏宇【期刊名称】《今日电子》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P83-85)【作者】王婕;孙宏宇【作者单位】河北汇能欣源电子技术有限公司;河北汇能欣源电子技术有限公司【正文语种】中文随着电力电子器件的发展，开关电源朝着小型化、轻量化和高效率方向发展，致使开关器件大部分都工作在高频开关状态。

功率器件在开通时，其电流由零逐步上升，而电压逐步下降。

电流上升和电压下降有一重叠过程，于是产生了功率损耗，即开通损耗；功率器件在关断时，也有一个电压上升、电流下降的重叠过程，此时产生的损耗即关断损耗。

这些损耗统称开关损耗，显然，频率越高、损耗越大。

如果开关器件工作在高频时，高电压和大电流重叠，不仅损耗很大，更是对开关器件的安全工作构成严重威胁。

为降低开关损耗，确保开关器件工作在安全区，各种各样的缓冲吸收电路应运而生。

其主要作用是抑制开关器件的dv/dt、di/dt，缓解电压电流应力，减少电磁干扰（EMI）。

传统的RCD吸收电路，依靠电阻R来消耗多余的能量，R将电能转变成热能散发，不仅使电子装置工作效率降低，而且增加了装置的散热负担，很难适合一些高要求的应用场合。

近年来，无损吸收技术发展迅速，其属于软开关技术范畴，电路结构简单、易于控制，无损、高效、高可靠性得到人们普遍的青睬。

目前使用的PFC电路中，主二极管的大反向恢复电流使二极管产生很大的损耗、温升很高，从而限制了整个PFC电路功率的提高。

为了减小主二极管的反向恢复问题，我们引入了一个无源无损缓冲电路，该缓冲电路能很好地减小反向恢复电流，同时又能降低IGBT的开关损耗，进而提升转换效率、降低PFC电路的温升，使得同等体积的PFC电路的输出功率适当增加、提高了功率密度。

图1所示主电路中，由L、Q、Ld、D和C组成升压斩波电路，缓冲电路由Ld、D、D1、D2、D3、C1、C2组成。

Q采用PWM方式工作，因为其开关时间较短，L的取值较大，所以近似认为开关导通时流过其中的电流不变。

学号1109141042毕业设计课题DC/AC变换器的无源无损软开关设计学生姓名田焱烽院部电气工程学院专业班级11电气工程及其自动化指导教师谢东二○一五年六月铜陵学院毕业论文（设计）目录第一章绪论 ........................................................................................... - 1 -1.1软开关技术............................................... - 1 -1.2软开关技术的发展过程 ..................................... - 2 -1.3本论文主要研究工作........................................ - 2 -第二章无源无损软开关电路设计.............................................................. - 3 -2.1无损缓冲电路的设计........................................ - 3 -2.2无源无损软开关电路的设计 .................................. - 3 -2.3 无源无损软开关电路的构成.................................. - 8 -2.4 零电流开关............................................... - 8 -2.4.1缓冲电感的放置 .................................. - 8 -2.4.2 缓冲电感的能量回复 .............................. - 8 -2.5零电压开关 ............................................... - 9 -2.5.1缓冲电容的放置 .................................. - 9 -2.5.2 缓冲电容的能量回复 ............................. - 10 -2.6 无源无损软开关设计...................................... - 10 -2.7本章小结................................................ - 11 -第三章 DC/AC变换器的无源无损软开关设计 ........................................ - 12 -3.1 基于DC/AC变换器无源无损软开关电路的设计步骤 ............. - 12 -3.1.1 DC/AC开关管的零电流电感ZCL .................... - 12 -3.1.2 DC/AC开关管的零电压电容ZVC .................... - 13 -3.1.3 逆变器无源无损软开关综合设计.................... - 14 -3.2 DC/AC软开关逆变器的工作过程............................ - 15 -3.3 逆变器无源无损软开关参数的选择与设计 ..................... - 16 -3.4 Half Bridge逆变器软开关电路的设计及实验................... - 18 -3.5本章小结................................................ - 19 -第四章结论 . (20)参考文献 (21)致谢 (22)田焱烽：DC/AC变换器的无源无损软开关设计插图清单图1-1开关管的硬开通与关断过程 1 图1-2软开关的开通和关断过程 2 图2-1型半桥逆变器缓冲电路 4 图2-2型电路的三种工作模式 5 图2-3型逆变器缓冲电路 6 图2-4型电路的三种工作方式7 图2-5boost变换器中缓冲电感的位置8 图2-6电感型VSD电路9 图2-7缓冲电容在电路中的放置位置10 图2-8Boost变换器中Cr能量恢复电路10 图3-1Half Bridge和Full Bridge电路的基本软开关拓扑结构12 图3-2全桥电路的ZCL回路13 图3-3Full Bridge电路的零电流电感ZCL共用回路13 图3-4每个开关管零电压电容支路的位置14 图3-5逆变器的基本软开关单元15 图3-6Half Bridge逆变器的无源无损软开关拓扑结构15 图3-7Half Bridge逆变器的无源无损软开关16 图3-8Half Bridge逆变器的无源无损软开关电路18 图3-9IR2104内部结构图19铜陵学院毕业论文（设计）DC/AC变换器的无源无损软开关设计摘要由于科学技术的进步,传统的D C/A C转换器逐渐淡出了我们的视线，取而代之的是半导体变流技术，用该技术制成的D C/A C变换装置称为静止变流器。

一种新颖的无源无损缓冲电路的分析与工程设计摘要详细分析了一种新颖的具有较强工程实用价值的无源无损缓冲电路的工作过程，并给出了其设计方法。

一台400输入，11010输出的带有该电路的变换器验证了无源无损缓冲电路的分析和工程设计。

关键词缓冲电路；无源；无损；谐振1概述在各种形式的开关变流器中，为了减小功率管的电流、电压及热应力，降低损耗，提高变流器效率，减小电磁干扰，提高开关频率和增加变流器功率密度，广泛采用了软开关技术。

作为软开关技术的一种，无源无损缓冲电路通过在主电路中附加电容、电感及二极管等无源元器件，使主开关具有零电压、零电流开关条件，并且由于能将缓冲电路上的储能全部传递给负载，从理论上讲缓冲电路是没有损耗的，这也有利于提高变换器的效率。

范文先生网收集整理图1中所示的是一种新颖的无源无损缓冲电路拓扑，可分别应用于电路和电路，特别是在高开关频率和中大功率场合。

该缓冲电路能使主开关在零电流开通和零电压关断条件下工作，极大降低了开关管在这种同时处于高电压和大电流换流条件下的电路中所承受的应力，而且还能有效地抑制主二极管的反向恢复电流。

这种缓冲电路拓扑相对简单，使用的元器件数目较少，具有较强的工程实用价值。

2无源无损缓冲电路工作过程分析以电路为例，图2和图3分别描绘了该无源无损缓冲电路各阶段的工作过程与相应波形。

图2阶段1〔0，1〕——零电流开通0时刻导通，由于缓冲电感的存在，开关管中的电流缓慢上升，获得了零电流开通条件。

该阶段中，输入电压直接施加在上，其电流线性下降，因此中的电流线性上升。

另一方面，阶段1也是进行反向恢复的过程。

由于的存在，极大抑制了的反向恢复电流，并使反向恢复过程中的电压尖峰大大削弱。

在分析中不考虑反向恢复过程，1时刻当中的电流下降到零时截止，阶段2开始。

阶段2〔1，2〕——复位1时刻上电压为，上电压为0，通过的电流为0。

在由，，，2，构成的谐振回路中，中的电荷将通过和释放掉，上电压开始上升，开始承受反向压降，其变化规律满足式1，即=－＋12时刻上的电压降为0，为的零电压关断创造条件，这时通过的电流达到最大值，即同时上的电流也达到反向最大值。

具有最小电压应力的无源无损缓冲电路电容C1的容量如果增大一倍,输出电流可以增加近一倍,但不能太大. 输出纹波较大,可以在后边再接7805/317等模拟稳压器. 改变R3的值,可以改变输出电压. 所标输出电流为最大输出电流. 双向可控硅B1为采用1A的即可. 该电源可以短路. 如果能保证电容C1接在火线上,可以用手摸,本来这个电源是给人不接触的小电器提供的,只要无极性电容C1耐压够,长期使用没问题,从原理上讲,这是一个输入电压为220V的并联稳压电路,电压降在C1上,如果输出电流要大,可以增大C1的容量,我曾经增大到2UF,可以正常使用.也试验过4UF,在拔插插头时,火花太大,就没再使用. 我用的是图1,可控硅和431都没损坏,实际上由于E1是C1的470倍,即使在接通的瞬间是交流的峰值300多伏,在E1上也不会有高压. 功率很好计算,1UF的电容,对50HZ的容抗是3.15k,输出电流估算:200V/3000欧姆,电流约60MA,如果半波整流,电流只有一半.约30MA电脑主板电路图逆变器为半桥式的开关电路图具有最小电压应力的无源无损缓冲电路物理与电子工程学院《高频电子线路》课程设计报告书设计题目: 多级低频电压放大器专业: 电子信息科学与技术班级: 10电科本1 学生姓名: 赵亚华学号: 2020 171131 指导教师: 刘清华2020 年11月 20 日物理与电子工程学院课程设计任务书专业：电子信息科学与技术班级： 10级电科本摘要高频电子线路课程设计是从理论到实践的一个重要步骤，通过这个步骤使我们的动手能力有了质的提高，也使我们对电路设计理念的认识有了质的飞跃。

本课程设计是对放大器对电压放大的基本应用，我们设计的二级低频阻容耦合放大器严格按照实验要求设计，能够充分满足的电压放大倍数、频带宽、输入输出电阻等实验要求的性能参数，这次课程设计让我们了解了类似产品的内部原理结构。

设计时我设计了二级三极管放大电路、可变放大倍数的二级运算放大器电路等多种方案，由于考虑到器材的限制，我们最终采用了最为简洁的两级运算放大器电路，实现了用最少的元器件实现要求功能。

桥式无源无损耗缓冲电路的原理分析与设计陈永真1 王秀丽2辽宁工业大学1 辽宁石化职业技术学院2Email: cyz_cbl@摘 要：本文详尽的分析了一种桥式无源无损耗缓冲电路的工作原理及工作过程，指出了正确选择缓冲电路的参数的理论依据,并在最后给出了应用实例。

叙 词：桥式变换器 无源无损耗缓冲电路 复位The Principle and Design of Bridge ConverterLoss Less Passive SnubberChen Yongzhen 1 Wang Xiuli 2LiaoNing University of Technology 1 Liaoning Petro -Chemical Vocational Technology College 2Abstract: In this paper, the author describes the operation principle and process of the loss less passive snubber of Bridge Converter, The evidence of selecting the parameter of the snubber circuit is analyzed clearly, In the end, an application example is put forward.Keywords: Bridge Converter Loss Less Passive Snubber Reset1 引言在单端反激式变换器中，缓冲电容器通常在缓冲过程中电压极性被反向，充电到反冲电压值VR ，再通过LC 谐振将缓冲电容器的电压反极性复位。

在单端双管变换器的无源无损耗缓冲电路中，缓冲电容器的复位是利用两个开关管同时开通时电源通过开关管对LC 谐振回路充电使缓冲电容器的电压复位。

单端变换器的无源无损耗缓冲电路具有控制简单、可靠性高等特点，是专门为单端变换器设计的，可以通过一个电感和若干个二极管，利用LC 谐振使缓冲电容器的电压复位，不适用于桥式变换器，但在实际应用中很多是桥式变换器（全桥或半桥变换器），如何实现桥式变换器的无源无损耗缓冲电路是需要研究和分析的。

一款采用无源无损缓冲电路的新颖充电器
汤建新
【期刊名称】《《电源技术》》
【年(卷),期】2003(027)006
【摘要】传统R.C.D吸收电路或称缓冲电路,利用电阻R吸收多余电能并转变成热量散发,降低了电路效率,增加了电子装置散热负担,不能适合许多要求高的场合。

若能将此种损耗减少甚至消除,则将极大地改善整个装置的工作状况,提高可靠性。

利用无源器件L.C和二极管D构成的无源无损缓冲器,没有电阻R,而且能将多余的能量反馈回电源,提高了电路的效率,增加了装置的可靠性。

介绍了采用该种技术的单端反激式充电器的使用效果良好。

实践证明,无源无损缓冲电路,较之传统的R.C.D 缓冲电路,由于没有电阻R,发热少,效率高,工作可靠,比较适合一些高要求的场合。

【总页数】3页(P536-538)
【作者】汤建新
【作者单位】浙江大学电气工程学院浙江杭州 310027
【正文语种】中文
【中图分类】TM910.6
【相关文献】
1.一种新颖的耦合电感MVS无源无损缓冲电路 [J], 何伟军;何礼高;伍健;薛应枫
2.Boost PFC无源无损缓冲电路设计 [J], 王婕;孙宏宇
3.分布式电网中风电逆变器无源无损缓冲电路的研究 [J], 郑立伟;陈荣
4.适用于大功率DC/DC的新型无源无损缓冲电路 [J], 张弘雨;全书海;李占鹏;钱亮
5.一种新颖的无源无损缓冲电路的分析与工程设计 [J], 杜宇;吴燮华
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一种无源无损缓冲电路的工程设计方法
杜宇;梁志刚;吴燮华
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2005(39)1
【摘要】介绍了一种具有较强工程实用价值的无源无损缓冲电路的工作过程,它利用辅助电感和辅助电容在主功率管开关过程中进行谐振,为开关管提供零电流开通(ZCON)和零电压关断(ZVOFF)条件,实现了软开关.详细讨论了这种缓冲电路的工程设计问题,提出一种基于缓冲电路损耗最小的优化设计方法.搭建了一台400V输入、110V/10A输出、开关频率为100kHz的带有该无源无损缓冲电路的Buck变流器样机,以验证无源无损缓冲电路的设计,并给出了实验波形和效率曲线.实验结果表明,缓冲电路有效地降低了开关管的电流和电压应力,抑制了主二极管反向恢复过程,变
流器效率提高了约2%.实验中测得变流器的最高效率为95.2%.
【总页数】4页(P66-69)
【作者】杜宇;梁志刚;吴燮华
【作者单位】浙江大学,浙江,杭州,310027;浙江大学,浙江,杭州,310027;浙江大学,
浙江,杭州,310027
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.一种高效率的PFC无源无损缓冲电路 [J], 郝炳金;姜光远;王天龙;张建勇
2.一种新颖的耦合电感MVS无源无损缓冲电路 [J], 何伟军;何礼高;伍健;薛应枫
3.一种适用Boost变换器的无源无损缓冲电路 [J], 钟炎平;沈颂华
4.适用于大功率DC/DC的新型无源无损缓冲电路 [J], 张弘雨;全书海;李占鹏;钱亮
5.一种新颖的无源无损缓冲电路的分析与工程设计 [J], 杜宇;吴燮华
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第40卷第3期2006年6月电力电子技术Power ElectronicsVol.40,No.3June ,2006基金项目:台达科教发展基金资助项目定稿日期:2005-06-23作者简介:步宏飞(1981-,男,江苏丹阳人,硕士研究生,研究方向为功率电子变换技术。

1引言燃料电池用于直接发电,能量转化率高,操作安静,环境友好,且易于模块化,因而在中小型电站、分布式系统以及电动汽车等领域具有极高的应用研究价值[1]。

由于燃料电池输出特性较软,且大部分用电场合要求输入输出电气隔离,所以一般采取DC/DC+DC/AC 两级式结构进行电能变换后供给负载,当后级DC/AC 采用半桥或双降压式逆变器拓扑时,需要DC/DC 的输出为带中线地的对称正负电压。

本文研究前级DC/DC 变换器的设计。

推挽正激变换器(Push Pull Forward Converter,PPFC电路结构简单,工作占空比可变化范围较宽且实现了输入输出电气隔离。

与传统的推挽电路相比,该电路具有输入电流脉动小[2]的优点,因而燃料电池正常工作时输出功率波动范围较小,提高了燃料的利用率[1],在一定程度上弥补了燃料电池动态响应速度较慢的缺陷。

此外,该电路还能有效抑制变压器铁心偏磁及开关管两端关断电压尖峰[2],因而有利于变压器的设计制作和开关管的选取。

因此,PPFC 在燃料电池发电系统中有较大的应用优势。

设计了一台输入为30~60V 、输出为+180V 和-180V ,额定功率1kW 为的PPFC 原理样机。

由于存在变压器漏感,次级整流二极管关断瞬间流过的反向恢复电流,将会在二极管两端引起很高的电压尖峰,这不仅对整流二极管的安全工作不利,而且会带来初级主开关管的额外导通损耗。

文献[3]给出一种利用一个电容两个二极管的CDD 缓冲电路,而本文将变换器的输出设计成带中线地的对称正负电压,不能直接利用上述CDD 缓冲电路,因此需要在其基础上加以改进。

一种新型无源无损软开关Boost变换器1前言开关电源目前存在五个挑战性的问题，能否更加小型化就是其中之一。

使开关电源小型化的重要途径是提高开关频率。

高频化能使变压器和电感等磁性元件以及电容体积和重量大为减少，从而提高变换器的功率密度。

但是提高开关频率的同时也增加了开关损耗，并使电磁干扰更加严重。

采用软开关技术可以降低开关损耗，使开关电源可以在低损耗情况下实现高频运行。

其实现方法可分为有源和无源软开关技术。

有源软开关技术在原有电路上附加有源器件（如开关），价格比较昂贵，工作时还要增加控制电路以对附加开关进行控制，电路复杂，可靠性比较差。

相比之下，无源软开关电路简单，可靠性高，价格便宜。

这些优点使得无源软开关近几年倍受青睐。

对于PWM变换器，无源软开关通过降低有源开关的di/dt和dv/dt 来实现零电流导通和/或零电压关断，以减少开关损耗。

文献[1]对无源软开关技术进行了总结，并提出了无源无损软开关PWM变换器合成方法。

根据这种方法，可以合成多种性能良好的软开关PWM变换器。

本文对其中的一种合成新型软开关Boost变换器的工作原理及参数选择进行了分析，给出理论波形和仿真波形，并对其进行分析。

2工作原理这种新型无源软开关变换器在Boost基本拓扑基础上附加了一个子电路，。

子电路包括一个电感Lr，两个电容Cs、Cr，三个二极管D1、D2和D3。

Lr提供主开关零电流开通条件，限制二极管D的反向恢复电流。

电容Cs提供开关零电压关断条件。

电容Cr为电感Lr能量恢复提供能量。

这种变换器有七种运行模态。

假设各种元器件为理想元器件，且Cs（1）t开关S处于关断状态，此时vcs=VO，vcr=0，iLr=iin。

简化电路，波形图。

（2）t0～t1从t0开始，开关S导通，电流iLr线性下降，简化电路。

t=t1时，电流iLr减少到零，二极管D关断，波形图。

这段时间为：t0－1=t1－t0=（1）（3）t1～t2图1新型无源无损软开关Boost变换器图2新型无源无损软开关Boost变换器的工作模态图3Boost变换器各电流和电压波形图从t1开始，Cs开始经D2，Cr、Lr和开关S放电，vcr从零上升，电流iLr从零反方向增加，简化电路，波形图。