C-2D和C-L-2D型无源无损缓冲电路的优化设计

无源缓冲电路往往是用缓冲电容C吸收功率开关器件关断时的能量，然后消耗在电阻R上，虽然可以改善开关器件的关断特性，但降低了电路的变换效率，并且在大功率场合，需要大功率的电阻，而消耗掉大量能量，甚至改变了设备的工作环境。为此，为了简化电路，提高变换效率，应在变换电路中增设无源无损缓冲吸收电路。

1.C-2D型无源无损缓冲电路

C-2D型无源无损缓冲电路由一只电容和两个二极管构成，可以应用于半桥和全桥变换电路。C-2D型无源无损缓冲电路应用于DC/AC半桥变换器如图5-56所示。

图5-56 C-2D型无源无损缓冲电路应用于DC/AC半桥变换器

在图5-56所示电路中，直流电源电压为E，电容C_s1、C_s2和开关管S1，S2各为一桥臂构成半桥电路，L、C、R为等效的输出电路，其中L包含功率电路中的寄生电感。VD1、VD2分别为S1、S2的反并联二极管。S1的缓冲吸收电路由图5-56中点划线框内电容C₁和二极管VD11、VD12组成。S2的缓冲吸收电路则由电容C₂和二极管VD21、VD22组成。C-2D型无源无损缓冲电路共有三个工作模式，如图5-57所示。图中粗线表示电流通路。其工作过程如下：

（1）导通模式

S1导通，S2截止，如图5-57a所示。此时S1导通，有电流通过，C₁两端电压上正下负，被钳位为电源电压E，故VD12两端电压等于0，而VD11反向截止，其上电压为-E，在此模式下电容C₁中无电流通过。

V_C1=E （5-23）

（2）充电模式

S1关断，S2截止，如图5-57b所示。此时电路中的等效电感L中的电流通过C₁、VD11续流，给C₁充电，直到充电电流为0。同时C₁的电压逐步增加，如式（5-24），其峰值取决于S1关断时电流值和电路中等效电感L值，此时，VD12两端电压反偏，其值等于V_C1-E，VD11导通。

（3）放电模式

图5-57 C-2D型无源无损缓冲电路三个工作模式

a）导通模式 b）充电模式 c）放电模式(www.xing528.com)

S1截止，S2截止，如图5-57c所示。此时C₁两端电压高于电源电压，VD12正偏导通，电容C₁迅速通过VD12放电到直流电源，直到电容电压等于电源电压E时，VD12截止，然后等待下一工作周期的到来。

下管S2缓冲电路工作原理类似，在该电路中，二极管应选用快恢复二极管，而电容容量可根据电路中所需要缓冲的能量来选取。电容首先吸收功率电路中需要缓冲的能量，然后再向电源释放能量，由此将缓冲的能量反馈回电源，从而提高了电路的转换效率。

2.C-L-2D无源无损缓冲电路及其分析

在图5-56所示电路中，若需要缓冲吸收的能量较大时则电容电压增量很大，由于二极管VD12的导通电阻值很小，则电容就以一个很大的冲击电流放电，这对电路各器件有损害，降低了电路的可靠性，为此，需要在VD12放电支路中串联一个限流电感L₁，在VD22放电支路中串联一个限流电感L₂，构成如图5-58所示的C-L-2D型无源无损缓冲电路。

图5-58 C-L-2D型无源无损缓冲电路应用于DC/AC半桥变换器

C-L-2D型无源无损缓冲电路有三个工作模式，如图5-59所示，导通模式、电容续流充电模式和电容与电感谐振放电模式。前两个工作模式与C-2D型缓冲电路相同，模式三等效电路如图5-59c所示，电容通过E、VD12、L₁谐振放电，放电电流波形如图5-60所示，谐振放电模式可使二极管VD12实现软开关，能有效限制放电电流冲击。

电容选取与C-2D相同，电感的选取的原则是要满足电容、电感谐振半周期时间小于开关管截止期时间，但是电感值越大，则放电电流峰值越小。

图5-59 C-L-2D型缓冲电路的三个工作模式

a）导通模式 b）充电模式 c）谐振放电模式

图5-60 谐振放电电流波形