开关电源领域漏感能量回收技术专利综述

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随着电力电子技术的发展，高频开关电源得到了广泛的研究和应用，漏感存储的能量会产生反电动势应力尖峰，容易造成开关器件过压击穿，漏感还可能与电路中的分布电容组成振荡回路，产生振荡并向外辐射电磁能量，如何能简单有效的回收利用漏感的能量，同时降低开关管电压应力，一直是广大科技工作者和工程师的研究目标。

本文主要对开关电源领域漏感能量回收技术进行综述。

1.引言
开关电源是由开关管直接控制着与其相连的感性元件(电感或变压器)，通过感性元件的储能及放能过程，实现电压或电流变换的一种电源，其广泛应用于工业控制、通信办公、家庭消费等各种电子设备中。

由于开关管只工作在低功耗的导通或截止状态，因此开关电源比传统的线性电源具有更高的转换效率。

在使用变压器作为能量传输元件的开关电源电路中，开关管的输出端与变压器的初级线圈连接，当开关管由导通转为截止时，由于变压器存在漏感，在一个很短的时间里，开关管的输出端会出现较高的反向电动势尖峰，该电动势尖峰由漏感引起，一般无法传递到变压器的次级，如果没有保护电路，该电动势尖峰会超过开关管的最大承受值，导致开关管被击穿。

（吴红飞，等.高效率高增益Boost-Flyback直流变换器：中国电机工程学报，2011；赵坚，等.单端反激有源钳位光伏并网微逆变器设计：电气工程学报，2016）
传统反激式逆变器中由于存在漏感，当主功率管关断的瞬间产生尖峰电压，一般利用RCD电路进行吸收，最终将漏感能量通过电阻消耗，这样可以阻止尖峰电压的产生，确保功率开关管安全，但是，RCD吸收电路白白浪费了漏感能量，降低系统效率。

这部分泄露的能量也是很可观的，在某些应用场合，这部分能量甚至会超过相应单次正常工作的能量。

如何能简单有效的回收利用漏感的能量，同时降低开关管电压应力，一直是广大科技工作者和工程师的研究目标。

2.技术发展路线
传统消除主功率管关断的瞬间产生尖峰电压的RCD电路是缓冲器的一种。

一般而
言，构成缓冲器的电路分为无源缓冲器和有源缓冲器两种。

无源缓冲器是通过电容、电阻和二极管的组合产生，而有源缓冲器就是通过电容、开关和二极管的组合设计。

下面主要来介绍一下漏感能量回收技术的发展历程。

1994年，文献AU6371794A公开了将缓冲器插入功率变换器的常规元件中，从而在开关控制过程中一起实现控制，不仅降低了电压/电流上升速率，并且通过直接连接实现的能量回收，减轻了在开关的高峰值电压应力。

2000年，文献US6314002B1将变压器的泄漏能量有效地回收到输出端，并且通过利用与变压器感应耦合的绕组-电容-二极管缓冲器固定开关两端的电压来减小开关两端的电压尖峰，并且收复为电压尖峰所固有的能量，从而提高整个电路的效率。

2009年，文献CN101651419A提供的开关电源电路，由开关管控制与其相连的感性元件的储能及放能过程，实现能量的转换；在开关管由导通转为截止时，收集由感性元件漏感所引起的会导致开关管击穿的尖峰能量，对所收集的尖峰能量进行转换，并将转换后的能量送回电源输入端或电源输出端。

可防止开关电源的开关管被击穿，保护了开关管，并提高了开关电源的转换效率。

2012年，文献CN102664526A公开了一种反激式电路及减小反激式电路变压器漏感损耗的方法，反激式电路的副边回路中增设有能量回收电路，用于回收寄生漏感中的部分能量，能量回收电路至少包括一能量回收电容。

实现了将寄生漏感中的部分能量回收利用，提高了反激式电路的转换效率。

同时，由于转移到箝位电容中的能量相应减小，箝位电容上的电压也相应降低，开关管关断后承受的电压减小。

2014年，文献CN204271913U通过在电源输入端和电源输出端设置可控的能量回收通路，从而可以将输出电容上的能量和电荷部分回收，以节省能量。

2015年，文献CN104993682A本发明公开了一种反激变压器漏感能量吸收及回馈电路，电容的作用只是将漏感能量吸收起来，在开关管导通时，将漏感能量释放到主电路中，实现了漏感能量的吸收与回馈，有效的提高了反激变换器的效率。

开关电源领域漏感能量回收技术专利综述
国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 王 伟
2017年，文献CN106849669A在常见的三绕组吸收正激变换器基础上，改变电路的连接关系，实现传统的三绕组吸收正激变换器的“第三绕组”不参与激磁，只参与去磁；而本发明不存在第三绕组，两个原边绕组均参与激磁，而在去磁时，其中的第二原边绕组NP2却参与了去磁，实现了激磁能量的无损吸收。

3.回收用途
通过能量回收装置吸收的漏感能量可进行二次利用，根据感应的电压/电流的去向，从最初的电阻消耗逐渐发展为将该感应的电压提供给输入电压、输出电压、驱动电路的工作电压、输出给第二负载以及驱动风扇等电子装置。

例如，2010年，文献CN101841167 A提出一种光伏并网逆变器的反激变换器漏感能量吸收回馈电路，由吸收电路吸收光伏并网逆变器主电路中的高频隔离变压器的漏感能量并通过回馈电路回馈到光伏并网逆变器的输入端，提高了反激变换器的效率。

2014年，文献CN102761276 A公开一种降压式PFC电路，通过把反激电路中的N-MOS 管的源极接在输出端的正端，并采用第一电感、第二电容串联回路作为去磁回路，这样在反激电路中N-MOS管导通对变压器激磁时，激磁电流可以直接对负载供电。

另外，为了应对输出去向的不同需求，在系统中常见的增加buck、boost、反激变换器等中间电路实现电压的转换，满足接收端的不同需求。

例如，2009年，文献CN102064713A利用漏感回收电路对反激逆变器漏感能量进行吸收，由控制单元通过高频变压器将漏感回收电路中存储的能量经过反激变换器回馈给输出端，达到漏感能量的再利用。

4.结语
漏感能量吸收和回馈电路是极其必要的，它将漏感能量吸收并释放到主功率电路中，消除了反激主开关管的关断电压尖峰，因而不仅能实现节约能源，还能有效的提升反激变换器的效率及其可靠性。

作者简介：王伟，毕业于江南大学物联网工程学院，现在国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心工作。