透析：推挽逆變器中變壓器漏感尖峰有源鉗位研究

一 推挽逆變器的原理分析

主電路如圖1所示：

Q1，Q2理想的柵極（UG1,UG2）漏極(UD1,UD2)波形如圖2所示：

從實(shí)際波形中可以看出，漏極波形和理想波形存在不同：在Q1,Q2兩管同時(shí)截止的死區(qū)處都長了一個(gè)長長的尖峰，這個(gè)尖峰對逆變器/UPS性能的影響和開關(guān)管Q1,Q2的威脅是不言而喻的，這里就不多說了。

二 Q1,Q2兩管漏極產(chǎn)生尖峰的成因分析

從圖1中可以看出，主電路功率元件是開關(guān)管Q1,Q2和變壓器T1。 Q1,Q2的漏極引腳到TI初級兩邊走線存在分布電感， T1初級存在漏感，當(dāng)然T1存在漏感是主要的?？紤]到漏感這個(gè)因素我們畫出推挽電路主電路等效的原理圖如圖4所示：

從圖4中可以看出L1,L2就等效于變壓器初級兩邊的漏感，我們來分析一下Q1導(dǎo)通時(shí)的情形：當(dāng)Q1的柵極加上足夠的驅(qū)動(dòng)電壓后飽和導(dǎo)通，電池電壓加到漏感L1和變壓器T1初級上半部分，當(dāng)然絕大部分是加到T1初級上半部分,因?yàn)長1比T1初級上半部分電感小得多。此時(shí)Q2是截止的，主電路電流方向?yàn)閺碾姵卣龢O到T1初級上半部分到L1到Q1的DS再回到電池的負(fù)極;L1上電壓的極性為左負(fù)右正，T1初級上半部分電壓的極性為上負(fù)下正，如圖5所示：

當(dāng)Q1柵極信號由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，此時(shí)Q2也還截止，即死區(qū)處Q1,Q2都不導(dǎo)通，T1初級上半部分由于和次級耦合的原因，能量僅在Q1導(dǎo)通時(shí)向次級傳遞能量，到Q1截止時(shí)T1初級上半部分上端的電位已恢復(fù)到電池電壓，而L1可以看做是是一個(gè)獨(dú)立的電感，它儲(chǔ)存的能量耦合不到變壓器T1的次級。但是，隨著Q1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)向截止，L1上的電流迅速減小，大家知道電感兩端的電流是不能突變的，根據(jù)自感的原理L1必然要產(chǎn)生很高的反向感生電動(dòng)勢來阻礙它電流的減小，所以此時(shí)電感電壓的極性和圖5相反，T1初級上半部分的電壓為0，兩端點(diǎn)的電壓都等于電池電壓，此時(shí)Q1漏極的電壓就等于L1兩端的電壓和電池電壓之和，這就是Q1,Q2兩管漏極產(chǎn)生尖峰的原因，如圖6所示。

三 Q1,Q2兩管漏極產(chǎn)生尖峰的消除

上面我們已經(jīng)分析了Q1,Q2兩管漏極產(chǎn)生尖峰的原因，下面我們就來想辦法消除這個(gè)尖峰了。我想到的辦法就是Q1,Q2的漏極到電池的正極加一個(gè)開關(guān)，當(dāng)然這個(gè)開關(guān)也由MOS管來充當(dāng)，當(dāng)然其它功率管也行。這個(gè)開關(guān)只在Q1,Q2都截止時(shí)才導(dǎo)通，用電路實(shí)現(xiàn)如圖7所示：

由圖7可以看出，加入D1,D2可以防止Q3,Q4寄生二極管的導(dǎo)通，這樣，Q1,Q2漏極的尖峰就可以限制在D1,D2和Q3,Q4的壓降之和了，而這個(gè)壓降是很小的，漏感的尖峰的能量也釋放回電池和C1了。

Q1,Q2,Q3,Q4的驅(qū)動(dòng)時(shí)序如圖8所示：

四 這個(gè)電路和全橋逆變電路的比較：

看到這里，大家也許會(huì)說，這個(gè)電路和全橋電路不是一樣嗎？你的電路還多了兩個(gè)二極管。不錯(cuò)，這個(gè)電路和那種兩橋臂上下管都互補(bǔ)的全橋電路來說還是有些相似，最大的不同就是我這個(gè)電路主電路還是推挽，它的導(dǎo)通壓降還是一個(gè)MOS管的導(dǎo)通壓降，而全橋電路是兩個(gè)MOS管的導(dǎo)通壓降！對于采用低電壓大電流電池供電的應(yīng)用場合，這個(gè)電路的損耗更小，效率更高，因?yàn)槁└械膬?chǔ)能比較小， Q3,Q4選型時(shí)可以比Q1,Q2電流小得多，因而節(jié)約了成本。

實(shí)際上Q3,Q4可以只用一個(gè)的，如圖10所示：

驅(qū)動(dòng)邏輯改為，如圖11所示：

總結(jié)：本文從原理出發(fā)分析了在推挽逆變器中兩開關(guān)管漏極產(chǎn)生尖峰的原因，提出了改進(jìn)方法，并在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證是可行的，相比于傳統(tǒng)推挽逆變器，極大地提升了了性能，提高了效率和穩(wěn)定性。