适用于各种类型硬开关功率转换器的电能回收电路

图4:新型能量恢复电路:BC2

2.1.概念描述

当晶体管导通时，线圈N_S1 在主升压线圈内恢复升压二极管D_B的反向恢复电流I_RM 。因为交流输入电压调制L_B 电压，所以它也调制N_S1上的反射电压。此外，这个输入电压还调制升压二极管电流I_DB及其相关的反向恢复电流I_RM。这些综合调制过程让流经小线圈L的额外的反向恢复电流 I_RM 在线圈N_S1 内重置，即便在最恶劣的情况下也是如此。当晶体管关断时，辅助线圈N_S2把小线圈L的额外电流注入到输出电容。线圈N_S2 上的反射电压与输入电压是一种函数关系，当交流线处于低压时，反射电压达到最大值，与小线圈L的最大电流值对应。这些综合变化使流经小线圈L的电流通过二极管D₂ 消失在体电容内，即便在最恶劣的情况下也是如此。当dI/dt 斜率(大约10A/μs)较低时，例如，在开关转换器的断续模式下，这两个附加线圈N_S1和N_S2 用于关断二极管D₁ 和D₂; 二极管的反向恢复电流不会影响电路特性。我们可以说，这个概念“在电路内回收电流”，因此称之为BC2。

2.2.相位时序描述

变压比m₁ 和m₂ 是线圈N_S1和N_S2 分别与N_P的比值。

相位 [ t₀前]

在t₀前，BC2电路的特性与传统升压转换器的特性相同。升压二极管D_B 导通，通过体电容器发射主线圈能量。

相位 [t₀, t₁]

在t₀时，功率MOSFET导通，D_B 的电流等于I₀。在t₀+时，电流软开关启动，即在零电流时，功率MOSFET的电压降至0V，无开关损耗。在t₀后，流经小线圈L的电流线性升高，达到输入电流I₀和二极管反向恢复电流I_RM的总合为止，而流经D_B 的电流线性降至-I_RM。

图5真实地描述了这些电流的变化，并考虑到了m₂ 变压比。下面是晶体管T_R和升压二极管D_B的dI/dt简化表达式 :

,

此外，在t₀ +时，功率MOSFET的固有电容C_OSS 被放电，电阻是晶体管的导通电阻R_DS(on)。与功率校正电路不同，晶体管漏极上的电压较低，因为V_NS2反射电压是从V_OUT抽取的，这个特性让BC2 电路具有一个优点，在低输出负荷时，可以节省电能，利用下面的公式可以算出节省的电能：

因此，BC2 还降低了关断损耗。

相位[t₁, t₂]

在t₁+时，升压二极管D_B 关断，过流I_RM被贮存小线圈内，过流使D_B 结电容线性放电。同时，主线圈上的电压极性发生变化，直到D₁ 二极管导通为止。与此同时，过流I_RM 被变压比m₁降低，然后被发射到主线圈内。

图5:每相的等效时序

图6:每相的等效电路

因此，流经N_S1的电流有助于给内部线圈L_B放电，同时交流电源电压给线圈N_p 施加偏压。因为根据下面公式计算的反射电压V_NS1的原因，流经D₁ 的电流I_RM 降至0 A。

;

为保证断续模式下的软开关操作，流经D₁的电流在t₃前达到0 A。因为当正弦周期内的V_mains电压达到最高值时，I_RM电流达到最高值，所以t_{D1_ON} 时间趋势支持功率因数校正应用/此外，为消除二极管D₁ 的反向恢复电流效应，因为反射电压V_NS1低的原因，必须使dI/dt_D₁ 总是保持低斜率，通过下面公式计算dI/dt_D₁:



不幸地是，在这个相位期间，升压二极管D_B被施加一个高反向电压：

这个特性要求这种应用增加一个二极管，为此，意法半导体开发出一个优化的二极管，使I_RM 电流值与击穿电压达到精确平衡。

相位[t₂, t₃]

在t₂时，D₁二极管的电流达到0 A，BC2变成一个传统的功率升压转换器。当功率晶体管保持通态时，在t₃点，主L_B 线圈内和小L线圈内的电流上升到I₁。

相位 [t₃, t₄]

在t₃时，功率晶体管关断。这时，C_OSS电容电压被小线圈L内贮存的电流线性充电，直到二极管D₂导通为止；在关断期间，功率开关上没有过压应力。

同时，主线圈上的电压极性发生变化，直到D_B 二极管导通为止。一旦所有的二极管一起导通，输出电流按图5所示的方式配流。因为N_S2的反射电压的原因，D₂ 的电流从I₁开始降至0 A，dI/dt斜率较低。相反，在t₄时，D_B 的电流升到标称值。

这种配流有利于BC2电路。事实上，在交流电压较低的功率因数校正应用（例如90V_RMS）中，最高增强电流是在二极管D_B 和D₁之间机械分配。因此，整流阶段的导通损耗得到改进。下面是反射电压V_NS2 和D₂ 导通时间的计算公式：

;

t_{D2_ON}时间趋势支持功率因数校正应用，因为V_mains 电压最低时，I₁ 电流最大。因此，即变在恶劣的条件下，例如，最低V_mains电压下的高输出负载电流，BC2电路仍然能够保证断续模式。此外，为消除二极管D₂ 的反向恢复电流效应，因为反射电压V_NS2低的原因，必须使dI/dt_D₂ 总是保持低斜率，通过下面公式计算dI/dt_D₂:

相位 [t₄, t₅]

在t₄时，D₂二极管的电流达到0 A，BC2变成一个传统的功率升压转换器，只有升压二极管D_B 导通。因为N_S2上的反射电压的原因，功率开关管的电压低于 Vout。因此，C_OSS电容在体电容内放电。在t₀时，晶体管导通，节能电能。

2.3.BC2电路上的电压应力

表1列出了每个相位对应的最大电压。

表1:BC2上的最大反向电压