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《关于吸收》四:互感拓扑反压尖峰成因及对策

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nc965
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  • 2010-8-3 00:55:08
王总老是催我展开关于互感拓扑副边二极管反压尖峰的讨论,期待已久的007先生的典型电路又迟迟不能提供,只好按照王总指定的全桥硬开关副边全波整流电路为例,仍然通过仿真的方法尽量准确地找出互感拓扑反压尖峰的成因,进而提出有针对性的解决办法。

需要指出的是,此前并没有事先仿过这个电路,对可能出现的结果也不能预知,并没有事先准备的结局,只能根据仿真进度和自己的时间安排每天有一点进度。因此,在得到全部结果之前,本楼层随时刷新中,先前的中间结论也可能最后被推翻,虽然也希望能够尽量给大家一些惊喜,但是也不能保证最终能够得到令各方面都满意的结论。
另外,这里是根据仿真结果做的一些推论,不讲深层原因,想知道原因的自己分析,别问我,问我我也不知道。

拟订电路主要参数为:
输入电压310V,输出12V、1000W,频率50KHz,占空0.4,用了4只SPW20N60S5 MOS和2只MBR20060肖特基。
变压器采用线性变压器,通过互感系数k=0.985 的设置体现3个绕组间大约3%的典型漏感,原边电感1mH,副边2X2.8uH。
大家看看上述参数有没有问题,有问题好早修改。
电路及仿真如下:



副边二极管出现明显反压尖峰,已经大于二极管标称电压60V,MOS管反压尖峰不明显,但在副边二极管反压尖峰对应位置有大幅度电压跌落,效率高于90%。
立即我们就看到了相当可观的反压尖峰,主要原因很清楚:都是漏感惹的祸。相对于漏感,电路布线分布电感要小很多,显然是次要因素,放最后讨论。
首先,根据以往经验,保持最简洁的续流通道是必要的。而这个电路、D1、D2互为续流,通道是最简洁的吗?显然不是,续流通道串入了绕组N2、N3之间的漏感,还有绕组本身及其导线电阻。
为此,我们像Buck(全桥本身就是Buck类拓扑)那样在储能电感 L1 前端单独增加一个更直接的续流二极管D3:



情况立即得到改善,反压尖峰有明显降低(虽然还不理想),效率有所提升。
可以这样理解,D3的介入成功地将副边两绕组之间的漏感能量转移到了输出,因此降低了反压增加了效率。

任务:
一、对可能影响反压尖峰的各个因素进行仿真,这些因素是:
1、附加 D3 续流的影响
2、储能电感 L1 的影响
3、漏感的影响
4、变压器初级电感的影响
5、驱动的影响
6、MOS反并二极管的影响
7、续流二极管反向恢复特性的影响
8、滤波电容 C1 内阻(SER)的影响
9、分布电感的影响
10、同步整流的影响
11、软开关的影响
大家看还有什么影响因素?
二、寻找处理漏感能量的合理方法和最佳结构、包括原边和副边的。
三、期望的目标:反压尖峰<2Vout,效率>95%

既然已经出了题,有兴趣的不妨先做一点工作。把你的成果跟贴。
建议:不妨搞点小竞赛,把本贴弄成互动式,看谁能够把反压尖峰降到最低,并且不牺牲效率。其中:互感系数k以0.995为上限,数据以仿真5ms的最后500us的数据为准。
下面是无漏感时的各部标准参考波形:



《关于吸收》之一, 帖子地址;http://www.21dianyuan.com/bbs/19907.html
《关于吸收》二:自感拓扑反压尖峰成因及对策;http://www.21dianyuan.com/bbs/21266.html
《关于吸收》三:真实的谎言——二极管正向恢复;http://www.21dianyuan.com/bbs/21322.html

附仿真文件:

Bridge1.rar

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收藏收藏19
YTDFWANGWEI
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  • 2010-8-3 08:32:15
 
呵呵,李工终于开始了,最好能给我提供一个解决尖峰的办法,我现在着急需要。
wumeiping
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副总工程师
  • 2010-8-3 08:40:34
 
关注中。。。。
hznx123
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高级工程师
  • 2010-8-4 21:34:11
 
强帖留名!
Inuhbdref
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助理工程师
  • 2010-8-11 09:57:57
 
好帖!
rombo307
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本网技师
  • 2012-11-18 22:06:56
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nc965
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  • 2010-8-3 09:24:52
 
你先看看电路和参数有没有问题,怎么开关管上面的波形有若干大幅跌落?
zkybuaa
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LV8
副总工程师
  • 2010-8-3 09:43:37
 
这个跌落,要看四个驱动信号的相位关系,结合分析才能有结果。。
nc965
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  • 2010-8-3 09:52:49
 
每个MOS的相位关系也在图中,仔细看:
20u PWM周期
0.4 PWM占空比
10u PW相位
zkybuaa
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LV8
副总工程师
  • 2010-8-3 09:56:15
 
这个跌落,是在死区时间内的震荡吧。
你最好能把仿真文件传上来,大家一起仿一仿,不就清楚了吗
nc965
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  • 2010-8-3 10:07:45
 
就是死区时间内的震荡,不知道有什么不利影响,是否需要解除这个震荡。
zkybuaa
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LV8
副总工程师
  • 2010-8-3 10:15:21
 
我觉得没问题,这个是仿真软件算法的问题。
解一些方程组的时候,在死区时间内多解,电压或者电流不受控,画出来的波形就有些随机。
在场效应管两端反并联快恢复二极管嵌位一下,会不会改善些~
nc965
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  • 2010-8-3 10:24:34
 
我是说实际电路有没有这些东西?
zkybuaa
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LV8
副总工程师
  • 2010-8-3 11:09:32
 
实际电路不会有这种东西~
nc965
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  • 2010-8-3 11:30:11
 
难到是漏感设置大了?一般应该多少?
zkybuaa
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LV8
副总工程师
  • 2010-8-3 11:32:09
 
漏感3%不大啊
zkybuaa
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LV8
副总工程师
  • 2010-8-3 18:42:30
 
刚仿真了一下,确定是漏感的问题。
漏感是相互的,有互感才会有漏感,既然次级有漏感,初级必然也有漏感。
这是正常现象。
既然本贴是要讨论漏感的影响,那就不能忽略这个漏感的影响,所以原边怎么处理消除这个震荡,也是本贴不能回避的问题。
除去漏感之后,仿真波形如下,是个很完美的方波。
zhzzh177
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高级工程师
  • 2010-9-2 13:37:09
 
关注!
YTDFWANGWEI
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  • 2010-8-3 10:45:34
 
没用过这种整流方式,我的都是高压直流输出,采用桥式整流。
nc965
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  • 2010-8-3 10:52:25
 
你贴图看
ledlearn
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本网技师
  • 2010-8-3 13:50:36
 
關注.........,頂.............
Aragorn
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高级工程师
  • 2010-9-8 09:50:17
 
呵呵 是啊 来张图看看 感谢
zfr52
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助理工程师
  • 2010-10-10 00:09:02
  • 倒数10
 


我这个电路测量D3二极管两端电压波形时发现尖峰会随着温度上升尖峰一直上涨,最后使得两个TVS管D1和D2烧坏,H桥电路中有谐振电感,整流桥处有两个输出耦合电感,但是这些元件都更换过以前好的试过了(包括MOS管、整流二极管、D3、D1、D2)都不行,还是会涨,不知道是什么原因?
nc965
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  • 2010-10-10 00:44:08
  • 倒数9
 
取消D3、C1、R1看看。功率多大?电压多高?电感在哪?多大?是否饱和?
zfr52
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助理工程师
  • 2010-10-10 21:44:26
  • 倒数5
 
最大输出功率大概2.7KW,测量效率能在95%以上的,D3上电压正常应该在500V左右吧,但是随温度上涨能达到八九百伏,TVS管的耐压才1000V,所以通电长了两个TVS管都一直烧,经这么多天调试更改后,满载似乎好的差不多了,但是半载测试了又不行,电压太高了。谐振电感在MOS管H桥电路中,图大致像下面这张图的电感La一样,大小约为140uH左右,还有两个输出电感分别串在整流桥的上面两个管子和下面两个管子串接,大小约为60uH,电感和变压器都没有没有饱和



YTDFWANGWEI
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  • 2010-10-10 06:46:45
  • 倒数8
 
你这个电路完整的电路图是什么?把完成的电路图画出来看看,D3上的尖峰的不是由这些部件引起的吧?
nc965
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  • 2010-10-10 10:21:56
  • 倒数7
 
多半是储能电感饱和引起的,温度上升,电感减少,电流增加,反压尖峰增加,温度上升到居里点,电感消失,拓扑破坏,烧一切该烧的东东。
ping_55
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  • 2010-8-3 13:09:50
 
记号学习
oldzhang
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  • 2010-8-4 15:20:58
 
好帖 顶
machi518
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高级工程师
  • 2010-8-4 17:49:51
 
老大上瘾了!
upspower2009
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  • 2010-8-4 18:44:41
 
不错啊,还得继续学习
jpx6395468
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  • 2010-8-4 19:17:12
 
先顶后看!!!
龙虾
  • 龙虾
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  • 2010-8-4 20:15:22
 
吸收系列帖子,必成为经典,收藏好,仔细学习
dxb0469
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  • 2010-10-10 20:34:41
  • 倒数6
 
多谢 拜读先
webtianxia
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本网技师
  • 2011-11-12 13:38:15
  • 倒数4
 

這是一款推挽輸出的RCD吸收,現在電阻燙的很,都有120Deg.C 特別是在輸入高壓段。輸出為380V/3A,我有試的減少電容到1uF, 但效果不明顯,可能是吸收過多,請各位幫忙看一下,如何改善。
nc965
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版主
  • 2011-11-15 10:56:12
  • 倒数3
 
你要提供完整的电路才好说,仅推挽拓扑就有若干种,推挽的付边整流电路也有若干变化,不好笼统讲。
zchuyue
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  • 2012-11-23 09:37:03
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好帖
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