專利名稱：一種直流變換器功率開關管電壓尖峰吸收電路的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及開關電源，具體地說，是指一種對開關型直流變換器功率開關管電壓 尖峰進行吸收箝位的電路。
背景技術(shù)：
開關型直流變換器中功率開關管通常工作在硬開關狀態(tài)，換流時變壓器的原邊、 副邊存在寄生振蕩，功率開關管通常承受著較高的尖峰電壓。圖1是副邊為全波整流的直流變換器原理圖。變壓器全波整流回路中的整流功率管Q1、 Q2，在原邊開關管同時截止期間續(xù)流。續(xù)流時，Ql、 Q2流過的電流之和等于 流過輸出電感Lo的電流。當變壓器T原邊重新出現(xiàn)反向激勵時，整流功率管Q1或Q2 兩端會有很大的尖峰電壓，如圖2所示。圖3是傳統(tǒng)反激電路的原理圖。通常在原邊主功率開關管Q3關斷時，在Q3兩端 會產(chǎn)生很高的尖峰電壓，如圖4所示。Q3開通時，副邊整流功率管Q4會產(chǎn)生很高的 尖峰電壓，如圖5所示。上述功率管兩端的尖峰電壓通常會給直流變換器帶來諸多不利影響，如提高了功率管額外的電壓應力等級，降低變換器整機效率，電磁干擾嚴重等。工程上通常釆取吸收電路來抑制尖峰，常規(guī)方法有RC吸收電路、RCD吸收電路 等。以RCD吸收電路為例，如圖6所示，在圖2所示電路副邊整流功率管的兩端增加 RCD吸收電路。尖峰電壓通過箝位二級管Dsl、 Ds2箝位于吸收電容Cs端電壓VCs。 由于吸收電容Cs相對較大，VCs相對穩(wěn)定，Rs與Cs并聯(lián)，對Cs起放電作用，調(diào)整 Rs到合適值，就可以維持合理的VCs值，從而抑制尖峰電壓的最大幅值。顯然，RCD 吸收是完全有損的，變壓器漏感越大，Q2、 Q3的反向恢復特性越差，維持一定VCs就要求Rs越小。Rs確定后，其損耗為R^/化，此損耗在相當大程度制約著變換器整機效率的提高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，旨在提出一種新的吸收電路，它將上述采用RCD吸收電路所完全損耗的能量轉(zhuǎn)移到輸出或輸入，能有效的降低功率開關管的電壓尖峰，從而提高變換器的效率。為此，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案 一種直流變換器功率開關管電壓尖峰吸收電路，所述的變換器包括主變壓器、 一個或多個功率開關管，所述的吸收電路包括與所述 的功率開關管相對應的一個或多個箝位二極管、 一個吸收電容、 一個吸收開關管、 一個防電流反灌二級管、 一個續(xù)流二極管、 一個濾波電感和一個驅(qū)動電阻，其特征在于所述 的箝位二極管的陽極分別與功率開關管的漏級相連接，陰極與箝位電容的一端和吸收開 關管的集電極相連接，吸收開關管的發(fā)射極與防電流反灌二級管的陽極相聯(lián)，防電流反 灌二級管的陰極與續(xù)流二極管的陰極以及濾波電感的一端相連，濾波電感的另一端與變 換器輸出正端相連接，吸收電容的另一端、續(xù)流二極管的陽極接至輸出地，吸收開關管 的基極串聯(lián)一驅(qū)動電阻后接至上述任一待吸收箝位的功率開關管的漏極。根據(jù)本發(fā)明，在吸收開關管的基極和發(fā)射極之間還設有一個保護二極管，所述的 保護二極管的陰極接到吸收開關管的基極，陽極接到吸收開關管的發(fā)射極。本發(fā)明還以采用以下技術(shù)方案 一種直流變換器功率開關管電壓尖峰吸收電路， 所述的變換器包括主變壓器、 一個或多個功率開關管，所述的吸收電路包括與所述的功 率開關管相對應的一個或多個箝位二極管、 一個吸收電容、 一個MOS管、 一個續(xù)流二 極管、 一個濾波電感)和一個驅(qū)動電阻，其特征在于所述的箝位二極管的陽極分別與功 率開關管的漏級相連接，陰極與箝位電容的一端和MOS管的漏極相連接，MOS管的源極與續(xù)流二極管的陰極以及濾波電感的一端相連，濾波電感的另一端與變換器輸出正端相連接，吸收電容的另一端、續(xù)流二極管的陽極接至輸出地，MOS管的門極串聯(lián)一 驅(qū)動電阻后接至上述任一待吸收箝位的功率開關管的漏極。根據(jù)本發(fā)明，在MOS管的門極和源極之間還設有一個由保護電阻、穩(wěn)壓管和保護 二極管組成的保護電路，所述的保護電阻和穩(wěn)壓管的陰極連接到MOS管的門極，穩(wěn)壓 管(Zp)的陽極連接到保護二極管的陽極，保護二極管的陰極與保護電阻的另一端和 MOS管的源極相連。本發(fā)明能通過對濾波電感L感量的調(diào)整有效地控制吸收能量向副邊輸出端或原邊 輸入端的轉(zhuǎn)移，在具體實施中將予以詳細敘述。


圖1是全波同步整流原理圖。圖2是全波同步整流功率管承受的尖峰電壓示意圖。 圖3是反激電路原理圖。圖4是反激電路原邊主功率開關管承受的尖峰電壓示意圖。圖5為反激電路副邊整流功率管承受的尖峰電壓示意6是全波整流電路RCD吸收電路原理7是本發(fā)明在橋式全波整流電路應用的原理圖。圖8是本發(fā)明在橋式全波整流電路應用的工作時序圖。圖9是本發(fā)明采用功率MOS管作吸收開關管Qs在橋式全波整流電路中應用的原理圖。圖IO是本發(fā)明在反激電路原邊應用的原理圖。 圖11是本發(fā)明在反激電路原邊應用的工作時序12是本發(fā)明采用功率MOS管作吸收開關管Qs在反激電路原邊應用的原理圖。圖13是本發(fā)明在反激電路副邊應用的原理圖。圖14是本發(fā)明在反激電路副原邊應用的工作時序圖。圖15是本發(fā)明采用功率MOS管作吸收開關管Qs在反激電路副邊應用的原理圖。
具體實施方式
實施例一圖7是本發(fā)明在橋式全波整流電路應用的原理圖。由于本實施例的吸收電路用于 變換器副邊的功率開關管，因而功率開關管即為整流功率管。所述的變換器包括主變壓 器T1、第一整流功率管Q1和第二整流功率管Q2，所述的吸收電路包括與所述的整流 功率管相對應的第一箝位二極管Dsl、第二箝位二極管Ds2、 一個吸收電容Cs、 一個 吸收開關管Qs、 一個保護二極管Dp、 一個防電流反灌二級管Df、 一個續(xù)流二極管D、 一個濾波電感L和一個驅(qū)動電阻R，所述的箝位二極管Dsl、 Ds2的陽極分別與整流功 率管Q1、 Q2的漏級相連接，陰極與吸收電容Cs的一端和吸收開關管Qs的集電極相 連接，吸收開關管Qs的發(fā)射極與保護二極管Dp的陽極以及防電流反灌二級管Df的陽 極相聯(lián)，防電流反灌二級管Df的陰極與續(xù)流二極管D的陰極以及濾波電感L的一端相 連，濾波電感L的另一端與變換器輸出正端相連接，吸收電容Cs的另一端、續(xù)流二極 管D的陽極接至輸出地，吸收開關管Qs的基極與保護二極管Dp的陰極和驅(qū)動電阻R的一端相連，驅(qū)動電阻R的另一端與第一整流功率管Q1的漏極相連。在技術(shù)背景中所論述的尖峰電壓通過箝位二極管Dsl 、 Ds2箝位于吸收電容Cs端電壓VCs，吸收電容Cs相對較大，VCs相對穩(wěn)定。 圖8是圖7所示電路的工作時序圖。在穩(wěn)態(tài)工作時，輸出電感Lo兩端電壓伏秒平衡，得到下式-F/Ww*2Z) = *(l-2￡>) (1)上式中，Vin為變換器的輸入電壓，D為變換器的工作占空比，n為變壓器的原副 邊匝比，Vout為變換器的輸出電壓。輸出整流功率管Ql， Q2兩端電壓Vds理論上是占空比為D，幅值為 FA0-FAg2-2 + F/"/w的方波。換流時，寄生振蕩產(chǎn)生的尖峰電壓通過箝位二級管Dsl、 Ds2箝位于吸收電容Cs端電壓VCs。 VCs略大于2 + F/"/"。吸收開關管Qs的驅(qū) 動取自Ql的被吸收箝位端橋臂，忽略驅(qū)動電阻R及濾波電感L上的電壓。穩(wěn)態(tài)工作原 理如下(1) 0到D+Ts，整流功率管Q1關斷，VdsQl的電壓為2*^力/",通過R驅(qū)動吸 收功率管Qs，吸收功率管Qs導通，吸收電容Cs能量通過Qs向輸出電感L充電，濾 波電感L儲能增加，電感電流增加-丄/ * 虛=秘Q1 -- , - PW (2)(2) D*Ts到Ts，整流功率管Ql導通，吸收功率管Qs關斷，VdsQl的電壓為0， 吸收功率管Qs關斷，濾波電感L電流通過續(xù)流二極管D續(xù)流，能量轉(zhuǎn)移到輸出，儲能減少，電感電流減小丄/* 扁=雨,+麗"。m (3)上邊兩個式子中"為濾波電感的電感量，a/丄/為濾波電感的電流變化量，^egs 為吸收開關管Qs基極到發(fā)射極飽和壓降，「d/為防電流反灌二級管Df正向壓降，fd為續(xù)流二極管D續(xù)流正向壓降，F(xiàn)ow為變換器的輸出電壓。D*Ts為一個開關周期內(nèi) Qs導通時間，DolPTs為Qs關斷，續(xù)流二極管D續(xù)流時間，Ts為一個開關周期。由(2)、 (3)式，忽略F6eOs、 FZ)p、 FD ，結(jié)合(1)式，我們可以得到Doff=l-Don?？紤]到F&eOs、 FZ)/、 KD的壓降，可以得到Doff〈l-D，可以得到吸收電路工作在濾波電感L電流斷續(xù)狀態(tài)，接近臨界連續(xù)。故調(diào)整濾波電感L感量可以調(diào)整吸收電容Cs上 饋送至輸出端Vout的能量，調(diào)整吸收電容Cs電壓VCs，從而吸收箝位同步整流管的尖 峰電壓。圖9是本發(fā)明采用功率MOS管作吸收開關管Qs在橋式全波整流電路中應用的原 理圖。針對功率MOS管特性，在其門極、源極間并聯(lián)了起保護作用的電阻Rp、穩(wěn)壓 管Zp、 二極管Dp，工作原理與圖7所示電路相同。實施例二圖IO是本發(fā)明在反激電路原邊應用的原理圖。所述的變換器包括變壓器Tl和原 邊功率開關管Q3，所述的吸收電路包括箝位二極管Ds、吸收電容Cs、吸收開關管Qs、 防電流反灌二級管Df、續(xù)流二極管D、濾波電感L、驅(qū)動電阻R、保護二極管Dp。所 述的箝位二極管Ds的陽極與反激電路原邊主功率管Q3的被吸收箝位端橋臂即Q3的 漏極相連接，陰極與吸收電容Cs的一端相連接，該結(jié)點上還接有吸收開關管Qs的集 電極，吸收開關管Qs的發(fā)射極與防電流反灌二級管Df的陽極相聯(lián)，防電流反灌二級 管Df的陰極與續(xù)流二極管D的陰極以及濾波電感L的一端相連,濾波電感L的另一端 與變換器輸入相連接，吸收電容Cs的另一端、續(xù)流二極管D的陽極接至輸入地，保護 二極管Dp的陰極、陽極分別接到吸收開關管Qs的基極、發(fā)射極，吸收開關管Qs的基 極通過驅(qū)動電阻R接至Q3的漏極。圖11是圖IO所示電路的工作時序圖，吸收電路工作原理和本發(fā)明實施例一相同， 吸收電路工作在濾波電感L電流斷續(xù)狀態(tài)，接近臨界連續(xù)。調(diào)整濾波電感L感量可以 調(diào)整吸收電容Cs上饋送至輸入端Vin的能量，調(diào)整吸收電容Cs電壓VCs，從而吸收 箝位反激電路原邊主功率管Q3漏源極電壓尖峰。圖12是本發(fā)明采用功率MOS管作吸收開關管Qs在反激電路原邊應用的原理圖。實施例三圖13是本發(fā)明在反激電路副邊應用的原理圖。所述的吸收電路包括變壓器T1、 副邊整流功率管Q4箝位二極管Ds、吸收電容Cs、吸收開關管Qs、防電流反灌二級管 Df、續(xù)流二極管D、濾波電感L、驅(qū)動電阻R、保護二極管Dp。所述的箝位二極管Ds 的陽極與反激電路副邊功率管整流管Q5的被吸收箝位端橋臂即Q5的漏極相連接，陰 極與吸收電容Cs的一端相連接，該結(jié)點上還接有吸收開關管Qs的集電極，吸收開關管Qs的發(fā)射極與防電流反灌二級管Df的陽極相聯(lián)，防電流反灌二級管Df的陰極與續(xù) 流二極管D的陰極以及濾波電感L的一端相連，濾波電感L的另一端與變換器輸入相 連接，吸收電容Cs的另一端、續(xù)流二極管D的陽極接至輸入地，保護二極管Dp的陰 極、陽極分別接到吸收開關管Qs的基極、發(fā)射極，吸收開關管Qs的基極通過驅(qū)動電 阻R接至Q5的漏極。圖14是圖13所示電路的工作時序圖，吸收電路工作原理和本發(fā)明實施例一相同， 吸收電路工作在濾波電感L電流斷續(xù)狀態(tài)，接近臨界連續(xù)。調(diào)整濾波電感L感量可以 調(diào)整吸收電容Cs上饋送至輸出端Vout的能量，調(diào)整箝位電容Cs電壓VCs，從而吸收 箝位反激電路副邊功率整流管Q5漏源極電壓尖峰。圖15是本發(fā)明采用功率MOS管作吸收開關管Qs在反激電路副邊應用的原理圖。
權(quán)利要求
1. 一種直流變換器功率開關管電壓尖峰吸收電路，所述的變換器包括主變壓器(T1)、一個或多個功率開關管(Q1、Q2、Q3、Q4)，所述的吸收電路包括與所述的功率開關管相對應的一個或多個箝位二極管(Ds1、Ds2)、一個吸收電容(Cs)、一個吸收開關管(Qs)、一個防電流反灌二級管(Df)、一個續(xù)流二極管(D)、一個濾波電感(L)和一個驅(qū)動電阻(R)，其特征在于所述的箝位二極管(Ds1、Ds2)的陽極分別與功率開關管(Q1、Q2)的漏級相連接，陰極與箝位電容(Cs)的一端和吸收開關管(Qs)的集電極相連接，吸收開關管(Qs)的發(fā)射極與防電流反灌二級管(Df)的陽極相聯(lián)，防電流反灌二級管(Df)的陰極與續(xù)流二極管(D)的陰極以及濾波電感(L)的一端相連，濾波電感(L)的另一端與變換器輸出正端相連接，吸收電容(Cs)的另一端、續(xù)流二極管(D)的陽極接至輸出地，吸收開關管(Qs)的基極串聯(lián)一驅(qū)動電阻(R)后接至上述任一待吸收箝位的功率開關管(Q1、Q2、Q3、Q4)的漏極。
2、 如權(quán)利要求1所述的直流變換器功率開關管電壓尖峰吸收電路，其特征在于在吸收開 關管(Qs)的基極和發(fā)射極之間還設有一個保護二極管(Dp)，所述的保護二極管(Dp) 的陰極接到吸收開關管(Qs)的基極，陽極接到吸收開關管(Qs)的發(fā)射極。
3、 一種直流變換器功率開關管電壓尖峰吸收電路，所述的變換器包括主變壓器(Tl)、 一個或多個功率開關管(Ql、 Q2、 Q3、 Q4),所述的吸收電路包括與所述的功率開 關管相對應的一個或多個箝位二極管(Dsl、 Ds2)、 一個吸收電容(Cs)、 一個MOS 管(Qs)、 一個續(xù)流二極管(D)、 一個濾波電感(L)和一個驅(qū)動電阻(R)，其特征 在于所述的箝位二極管(Dsl、 Ds2)的陽極分別與功率開關管(Ql、 Q2)的漏級相 連接，陰極與箝位電容(Cs)的一端和MOS管(Qs)的漏極相連接，MOS管(Qs) 的源極與續(xù)流二極管(D)的陰極以及濾波電感(L)的一端相連，濾波電感(L)的 另一端與變換器輸出正端相連接，吸收電容(Cs)的另一端、續(xù)流二極管(D)的陽 極接至輸出地，MOS管(Qs)的門極串聯(lián)一驅(qū)動電阻(R)后接至上述任一待吸收箝 位的功率開關管(Ql、 Q2、 Q3、 Q4)的漏極。
4、 如權(quán)利要求3所述的直流變換器功率開關管電壓尖峰吸收電路，其特征在于在MOS 管(Qs)的門極和源極之間還設有一個由保護電阻(Rp)、穩(wěn)壓管(Zp)和保護二極 管(Dp)組成的保護電路，所述的保護電阻(Rp)和穩(wěn)壓管(Zp)的陰極連接到MOS 管(Qs)的門極，穩(wěn)壓管(Zp)的陽極連接到保護二極管(Dp)的陽極，保護二極 管(Dp)的陰極與保護電阻(Rp)的另一端和MOS管(Qs)的源極相連。
全文摘要
一種直流變換器功率開關管電壓尖峰吸收電路，包括變壓器T1、第一整流功率管Q1、第二整流功率管Q2、第一箝位二極管Ds1、第一箝位二極管Ds2、吸收電容Cs、吸收開關管Qs、防電流反灌二級管Df、續(xù)流二極管D、濾波電感L、驅(qū)動電阻R、保護二極管Dp；主要特點在于所述吸收開關管Qs由橋臂方波通過驅(qū)動電阻R驅(qū)動，所述吸收電路的輸出連接至電源的輸出；本發(fā)明能有效地吸收功率開關管的電壓尖峰，降低其電壓應力，提高變換器效率，具有結(jié)構(gòu)相對簡單，性能可靠等特點。
文檔編號H02M1/32GK101272089SQ20081006067
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者周遠平, 釗 唐, 徐迎春 申請人:伊博電源(杭州)有限公司