[发明专利]反向恢复尖峰电压吸收电路的最优参数设计方法

说明书

本发明涉及反向恢复尖峰电压吸收电路最优参数设计方法，包含步骤：建立整流二极管物理模型；测试结果与仿真结果对比；物理模型带入仿真电路；吸收电阻初始值赋予当前值，吸收电容初始值赋予当前值保持不变，代入整流装置仿真电路，吸收电阻仿真，至电压尖峰为最小值；吸收电阻当前值赋予参考吸收电阻保持不变，吸收电容初始值赋予吸收电容当前值，吸收电容仿真，至电压尖峰小于安全运行裕度；吸收电容当前值赋予最优吸收电容保持不变，吸收电阻仿真，至输出最优吸收电阻、最优吸收电容。本发明能短时间得最优阻容吸收参数；使整流二极管反向恢复安全工作区最大，提升吸收效率、装置可靠性，精确量化设计；可进行定量分析；提升了设计精度。

技术领域

本发明涉及吸收电路设计方法领域，具体地涉及反向恢复尖峰电压吸收电路的最优参数设计方法。

背景技术

目前以及可预见的将来，在高压直流输电、航空航天、舰船推进、高速铁路等需要进行能量变换的领域，都将使用大量的电力电子变换器。PIN二极管具有高开关频率、高耐压、低损耗等优异的综合性能，作为功率变换器中不可或缺的一环，发挥着整流的重要作用。

PIN二极管为双极性器件，其在正向导通过程中，大量的空穴载流子将从阳极P+区域注入，进而产生电导调制效应降低导通压降。但是，随着PIN二极管由导通到阻断状态的转换，存储在二极管中的电荷必须被移除。电荷移除将引起二极管的反向恢复电流和电压，尤其在高速开关动作下，由于二极管结电容，电路杂散电感以及主电路元件的存在，如变压器漏感，二极管反向恢复过程将造成过高的电压尖峰，严重时会形成高频电压振荡，这将会严重影响器件以及装置的安全稳定运行。

因此，为了解决整流二极管在反向恢复过程中带来的电压尖峰问题，行之有效的途径是开展二极管尖峰电压抑制电路设计。目前，抑制整流二极管电压尖峰的方法主要包括两大类：主动钳位和被动吸收。

主动钳位是通过在变压器原边增加钳位二极管等器件将原边电压钳位在母线电压，相应地，副边电压尖峰和振荡也将被抑制。主动钳位的优点在于：具有效率高；使用器件数量少。主动钳位的缺点在于：目前在大多数实际工程中，为了增加装置的功率密度，设计者往往将漏感、谐振电感与变压器等集成为一个整体，因此使得在变压器原边增加钳位二极管等钳位方式很难实现。

被动吸收的基本原理是利用电容电压不能突变的特性抑制二极管两端的电压变化斜率；吸收电路一般由电阻和电容串联组成，与目标整流二极管并联；被动吸收的优点在于：工程设计简单；可靠性高，对于一些可靠性高的电力电子系统为最理想的选择。但被动吸收的缺点在于：

1.电力电子设计人员对于吸收电路的设计缺乏有效的手段，大部分是通过试错法设计吸收电路的参数，然而这将耗费大量的人力物力，且最终得到的吸收电路参数仅能满足电力电子系统的最低要求，吸收效率较低，并不能够最大程度的提升吸收效率以及提高装置的可靠性；

2.部分研究人员采用建立等效谐振电路的方式计算RC吸收电路参数，但是整流二极管关断过程电压尖峰是由二极管反向恢复以及反向恢复电容和漏感谐振共同导致的，该类设计方法仅考虑了谐振尖峰，而忽略了二极管本身反向恢复的影响，仅能够定性分析；

3.谐振等效电路的方法采用了定二极管结电容的方式进行计算，而二极管反向恢复过程中实际结电容是随着外加电压逐渐增加，导致最终的设计精度不高。

发明内容

本发明针对上述问题，提供反向恢复尖峰电压吸收电路的最优参数设计方法，能够在较短时间得到最优的阻容吸收参数，提升吸收效率、提升装置的可靠性。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

反向恢复尖峰电压吸收电路的最优参数设计方法，适用于定量计算整流二极管反向恢复过程中的RC电路参数，包含以下步骤：

S100.采用人工预设的初始参数，建立所述整流二极管的集总电荷物理模型；对所述整流二极管的集总电荷物理模型进行整流二极管动态特性仿真，得到整流二极管仿真结果；