上下管波形不對(duì)稱的原因及解決辦法

在雙管正激開(kāi)關(guān)電源的調(diào)試過(guò)程中，后DC/DC轉(zhuǎn)換電路采用無(wú)損吸收的雙管正激電路，電路格式如下：

雙管正激電路具有很高的可靠性，這種形式的無(wú)損吸收電路對(duì)改善上、下電力管道的開(kāi)關(guān)軌跡也有很好的效果。

下面先分析一下電路的工作過(guò)程：

我們先來(lái)了解一下它的工作過(guò)程分析

設(shè)電路的起始工作狀態(tài)為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，變壓器副邊處于續(xù)流狀態(tài)。此時(shí)上下管子同時(shí)開(kāi)通，那么電路會(huì)經(jīng)歷以下幾個(gè)過(guò)程：

階段1．管子開(kāi)通的瞬間其結(jié)電容既可發(fā)電到零，410V的直流母線電壓加在由C23、VD30、L5、VD29、C22組成的諧振網(wǎng)絡(luò)上形成串聯(lián)諧振，由于二極管VD29、VD30的反向阻斷作用使得最終的諧振結(jié)果是C23、C22上的電壓保持在410V的母線電壓。

階段2． 上下管開(kāi)通，變壓器原邊流過(guò)電流向負(fù)載提供能量

階段3. 經(jīng)過(guò)占空比D的導(dǎo)通之后功率管開(kāi)始關(guān)斷，由于此時(shí)變壓器原邊仍流過(guò)負(fù)載電流，因此在關(guān)斷初期由這個(gè)負(fù)載大電流給C22、C23以及管子的結(jié)電容線性充放電，在此過(guò)程中始終保持下管結(jié)電容上的電壓和C22上電壓之和為410V同樣上管結(jié)電容上電壓與C23上電壓之和為410V，同時(shí)變壓器原邊繞組上電壓相應(yīng)下降。由于負(fù)載大電流的線性充放電作用這個(gè)階段維持時(shí)間很短，其結(jié)果為上下管結(jié)電容、C22、C23上電壓均為205V左右。

階段4. 從這一時(shí)刻起由于變壓器原邊電壓已經(jīng)下降到零因此副邊續(xù)流二極管開(kāi)始導(dǎo)通其電流逐漸增大，同時(shí)整流二極管上電流逐漸減小， 在這一階段整流與續(xù)流二極管同時(shí)導(dǎo)通，變壓器副邊電壓鉗位在零，而在變壓器原邊勵(lì)磁電感上電壓也保持在零，變壓器的漏感與結(jié)電容、吸收電容諧振，功率管上電壓以正弦形式繼續(xù)升高、吸收電容C22、C23上的電壓相應(yīng)減小以維持其和為410V。當(dāng)原邊電流由負(fù)載電流諧振下降到勵(lì)磁電流后副邊整流二極管關(guān)斷結(jié)束換流。但是由于二極管的反向恢復(fù)，原邊漏感上還會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)周期的反復(fù)振蕩一直到整流二極管完全關(guān)斷，此時(shí)變壓器原邊只流過(guò)勵(lì)磁電流，因?yàn)檫@段時(shí)間也非常短。所以勵(lì)磁電流幾乎沒(méi)有衰減。

階段5. 此時(shí)變壓器原邊勵(lì)磁電感與結(jié)電容、吸收電容進(jìn)行諧振，勵(lì)磁電流繼續(xù)給電容充、放電使得結(jié)電容上電壓以較大的諧振周期繼續(xù)振蕩上升，吸收電容上電壓繼續(xù)減小，但是由于吸收電容比結(jié)電容要大很多，因此諧振電流主要流經(jīng)吸收電容這就使得吸收電路對(duì)功率管有較好的吸收作用。如果勵(lì)磁電感所儲(chǔ)藏的能量比較大則功率管上的諧振電壓會(huì)超過(guò)410V的母線電壓，此時(shí)鉗位二極管VD27、VD32將導(dǎo)通將其電壓鉗在410V勵(lì)磁電感中的能量將直接回饋到直流母線，而吸收電容C22、C23上的電壓也會(huì)放到零電位。當(dāng)勵(lì)磁電流振蕩到零之后由于結(jié)電容上電壓的作用又會(huì)反向振蕩，勵(lì)磁電感上電流反向增大，功率管上電壓諧振減小，變壓器原邊電壓由負(fù)電壓逐漸回升，當(dāng)其電壓達(dá)到零之后如果繼續(xù)振蕩下去，變壓器原邊會(huì)出現(xiàn)正電壓，而功率管又處于關(guān)斷無(wú)法向副邊提供能量，因此這個(gè)振蕩能量會(huì)立即被吸收到副邊使得原邊諧振電路處于最終的穩(wěn)定態(tài)。此時(shí)上下功率管上電壓為205V的均分電壓并一直保持到下個(gè)周期管子再次開(kāi)通。

階段6. 原邊關(guān)斷。負(fù)載電流通過(guò)續(xù)流二極管續(xù)流。

至此一個(gè)完整的工作周期結(jié)束。

波形不對(duì)稱產(chǎn)生的原因

上面是對(duì)這個(gè)電路的理想分析，上下功率管上的DS波形應(yīng)該是完全對(duì)稱的。但是實(shí)際上由于器件參數(shù)的離散性、上下管的驅(qū)動(dòng)、布線的不一致性會(huì)導(dǎo)致上下功率管DS波形會(huì)有較大偏差，表現(xiàn)為一個(gè)管子（比如說(shuō)下管）關(guān)斷時(shí)其DS上電壓早就上升并鉗位在母線電壓而此時(shí)上管的諧振包絡(luò)線還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到母線電壓。如下圖2所示：

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的最簡(jiǎn)單直觀解釋就是從管子關(guān)斷開(kāi)始流經(jīng)上下諧振支路的電流不一樣，而這種區(qū)別產(chǎn)生的原因來(lái)自于上下功率管由于關(guān)斷時(shí)間的不一致，即當(dāng)一個(gè)管子上電流已經(jīng)衰減到零時(shí)而另外一個(gè)管子上還有電流。這樣上下兩個(gè)諧振支路上電容就會(huì)積累不同的電荷產(chǎn)生不同的電壓這樣自然會(huì)導(dǎo)致上下管的諧振波形不一致。為了證實(shí)這點(diǎn)將上下兩個(gè)管子關(guān)斷時(shí)的DS波形拍下做個(gè)對(duì)比(圖3)

其中上面的波形對(duì)應(yīng)下管的關(guān)斷、下面的波形對(duì)應(yīng)上管的關(guān)斷。從波形可以看出下管的關(guān)斷的確比上管要快。為了繼續(xù)驗(yàn)證，將驅(qū)動(dòng)變壓器的兩組驅(qū)動(dòng)做了上下調(diào)換，從試驗(yàn)看出上下管的DS波形幾乎完全對(duì)稱，通過(guò)在下管驅(qū)動(dòng)反抽回路里適當(dāng)?shù)卮?lián)一個(gè)小電阻以減低其關(guān)斷速度也可以得到同樣的結(jié)果，其波形如圖4所示。至此已經(jīng)可以說(shuō)是功率管由于關(guān)斷時(shí)間的不一致而導(dǎo)致了上下管波形的不對(duì)稱。

波形不對(duì)稱問(wèn)題的解決方法

這種現(xiàn)象對(duì)于電路的正常工作產(chǎn)生的影響在于：如果波形嚴(yán)重不對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致上下功率管關(guān)斷時(shí)其DS結(jié)電容上積累的能量相差很大，能量小的那一路鉗位二極管根本就不參與工作而能量大的那一路卻有很長(zhǎng)時(shí)間會(huì)通過(guò)鉗位二極管向直流母線回饋能量導(dǎo)致其二極管溫度高可靠性下降嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞二極管，因此有必要將其不對(duì)稱性降低到一定范圍內(nèi)。解決方法是盡量調(diào)整使得上下管的關(guān)斷時(shí)間一致。因此在PCB布線時(shí)上下管走線要盡量對(duì)稱、繞制變壓器時(shí)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)繞組要盡量一致。而在PCB板、驅(qū)動(dòng)變壓器、驅(qū)動(dòng)參數(shù)都已既定的條件下，其不對(duì)稱性也定了比如說(shuō)都是下管電壓高而上管電壓低只是不對(duì)稱的程度稍有區(qū)別，這時(shí)就可以在關(guān)斷速度快的那一路的驅(qū)動(dòng)反抽電路里串進(jìn)一個(gè)小電阻人為地將其關(guān)斷速度降低以達(dá)到與另外一路同步，但是這樣做會(huì)影響整機(jī)效率、使得功率管的溫升提高所以須折衷考慮。

有的也采取將變壓器勵(lì)磁電感加大的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，就本人理解這種方法沒(méi)有解決根本問(wèn)題，這只是將勵(lì)磁能量加大使得上下管的能量都積累到一定程度使得鉗位二極管都導(dǎo)通相當(dāng)于強(qiáng)制性地將波形拉對(duì)稱并沒(méi)有減輕鉗位二極管的負(fù)擔(dān)。而且漏感的相應(yīng)增大還會(huì)延長(zhǎng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間。