CN101227150B - 一种副边有源箝位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种副边有源箝位装置，包括：原边具有开关的变压器，连接第一、第二金属氧化物场效应管MOSFET栅极的同步整流电路，所述变压器副边主绕组的同名端连接所述的第二MOSFET漏极、并通过连接电感接到副边输出；信号驱动电路的一端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接，信号驱动电路的另一端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极，所述箝位管的漏极连接电容的一端，所述电容的另一端连接所述第一、第二MOSFET的源极并接到副边输出。本发明提出的有源箝位电路没有占空比限制，并且复位电容的电压和输入电压没有关系，使得有源箝位电路在宽输入电压场合应用成为了可能。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别是指一种副边有源箝位装置。
背景技术
在电子技术领域中，箝位电路作为稳压装置一直广泛应用，且有源箝位是正激变换器的一种重要的磁复位技术。相对于传统的使用第三个复位绕组、RCD箝位电路以及无损LCD缓冲器等磁复位技术，有源箝位有独特的优点，例如可提高变压器的利用率；降低开关管的电压应力；提高了功率转换的效率和功率密度等。
目前，大部分的有源箝位电路都是采用原边箝位，这种原边有源箝位正激拓扑又分flyback和boost两种箝位电路。这两种箝位电路都有专门的驱动电路，特别是flyback方式，驱动电路比较复杂；原边有源箝位的箝位管的电压应力和输入电压有关，一般应力较高，这就需要耐压高的箝位管。为此，有人提出副边有源箝位电路，副边有源箝位采用P沟道的MOS管。
P沟道的MOS管能解决上述原边箝位电路的箝位管电压应力要求较高的固有缺陷，但存在占空比较小的问题，并导致功率转换效率低、副边整流器件应力高的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明在于提供一种副边有源箝位装置，以解决上述有源箝位电路占空比小、功率转换效率低、副边整流器件应力高的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种副边有源箝位装置，包括：
原边具有开关的变压器，连接第一、第二金属氧化物场效应管MOSFET栅极的同步整流电路，所述变压器副边主绕组的同名端连接所述的第二MOSFET漏极、并通过连接电感接到副边输出；信号驱动电路的一端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接，信号驱动电路的另一端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极，所述箝位管的漏极连接电容的一端，所述电容的另一端连接所述第一、第二MOSFET的源极并接到副边输出。
优选的，所述信号驱动电路为：
连接有电阻的所述变压器的辅助绕组。
优选的，所述信号驱动电路的一端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接为：
所述变压器辅助绕组的同名端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接；
所述信号驱动电路的另一端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极为：
所述变压器辅助绕组的异名端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极。
优选的，所述信号驱动电路为：
连接有电阻的所述电感的辅助绕组。
优选的，所述信号驱动电路的一端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接为：
所述电感的辅助绕组的异名端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接；
所述信号驱动电路的另一端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极为：
所述电感的辅助绕组的同名端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极。
优选的，所述信号驱动电路与所述箝位管栅极之间还连接有防止箝位管击穿的稳压管。
优选的，所述变压器的副边还连接有包括整流电路的输出端。
本发明具有如下有益效果：
1)由于P沟道的MOS管构成的副边有源箝位技术的占空比受到限制，所以其输入电压只能在一个很窄的范围内。而原边有源箝位电路的复位电容的电压不但和占空比有关系，还和输入电压有关，所以其输入电压也只能在一个窄范围内变化。而本发明提出的有源箝位电路没有占空比限制，并且复位电容的电压和输入电压没有关系，所以能完全克服以上两种有源箝位电路的输入电压较窄的问题，使得有源箝位电路在宽输入电压场合应用成为了可能。
2)由于本发明采用的箝位管为N沟道MOS管，并且要求的耐压值较低，可以选用小封装MOS管，选型方便；其驱动电路非常简单，器件很少，克服了原边有源箝位电路驱动复杂，器件较多，箝位管较大的缺陷，使得在小体积的开关电源中使用有源箝位技术成为了可能，这样就可以大大提高中小体积的开关电源的可靠性，功率转换效率和功率密度。
3)由于本发明的箝位电路加在变压器T1的副边，因此可以应用在多路输出的产品上。主路采用副边有源箝位电路加上同步整流电路，其它的辅路可以采用二极管整流或者同步整流，这种技术完全克服了通常同步整流只能在单路输出产品中应用的缺陷。
4)本发明所提出的副边有源箝位技术不但可以用在DC/DC电路拓扑上，同样可以应用AC/DC拓扑中，可以大大提高AC/DC电源产品的系统性能。
附图说明
图1是实施例一的结构图；
图2是实施例二的结构图；
图3是实施例三的结构图；
图4是实施例四的结构图；
图5是实施例五的结构图；
图6是实施例六的结构图。
具体实施方式
为清楚说明本发明的副边有源箝位装置，下面给出优选的各个实施例并结合附图详细说明。
在各个实施例中，该装置包括：变压器T1，箝位电路、信号驱动电路、同步整流电路、电感L1组成。其中，箝位电路包括箝位管Q2和复位电容C1，同步整流电路的两端连接金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)Q3、Q4的栅极，箝位管采用N沟道的MOSFET。参见图1，图1是本发明实施例一的结构图，
变压器T1的原边上具有开关Q1，变压器T1副边的主绕组同名端通过连接电感L1来连接副边的输出，变压器T1副边主绕组的异名端连接信号驱动电路、箝位管Q2的源极和同步整流电路上Q3的漏极；
信号驱动电路连接箝位管Q2的栅极，箝位管Q2的漏极连接复位电容C1的一端，复位电容C1的另一端连接变压器T1副边的输出。
信号驱动电路包括副边的辅助绕组，和电阻R1、R2，辅助绕组的同名端连接主绕组的异名端，辅助绕组的同名端、异名端上分别连接有R1、R2并连接在箝位管Q2的栅极。
同步整流电路的Q3、Q4的源极连接变压器T1副边的输出，同步整流电路上Q4的漏极连接变压器T1副边主绕组的同名端和电感L1。
该实施例中的箝位装置在工作过程中，驱动信号来自变压器T1辅助绕组。在正半周期间，变压器T1原边开关管Q1导通，变压器T1的同名端为正，变压器T1的励磁电流正向增大，箝位管Q2的栅、源之间的电压为负电压，Q2关断，整流管Q3导通，续流管Q4关断，变压器T1通过Q3向电感L1和负载输送能量。在负半周期间，原边开关管Q1关断，由于电磁感应，变压器T1同名端为负，整流管Q3关断，续流管Q4开通，电感L1通过Q4向负载继续提供能量。箝位管Q2的栅、源极之间为正向电压，Q2导通，复位电容C1通过Q2和Q4使得励磁电流变小，一直到反向，这样，变压器T1就实现了磁复位。变压器T1副边主绕组的电压被复位电容C1箝位住。
信号驱动电路的驱动信号不仅限于来自变压器T1的辅助绕组，还可通过电感L1上获取，该方案可通过实施例二来描述。参见图2，图2中箝位装置与图1的区别在于信号驱动电路的驱动信号取自电感L1。
信号驱动电路中电感L 1辅助绕组的同名端连接R1，并通过R1连接箝位管Q2的栅极，电感L1辅助绕组的异名端接整流管Q3的漏极、箝位管Q2的源极和变压器T1副边绕组的异名端，并通过连接R2连接箝位管Q2的栅极。
实施例二中的箝位装置在工作过程中，驱动信号来自电感L1的辅助绕组。在正半周期间，原边开关管Q1导通，变压器T1的同名端为正，变压器T1的励磁电流正向增大，电感L1的同名端为负，箝位管Q2的栅、源之间的电压为负，钳位管Q2关断，整流管Q3导通，续流管Q4关断，变压器T1通过Q3向电感L1和负载输送能量。在负半周期间，原边开关管Q1关断，同步整流管Q3关断，同步续流管Q4开通，电感L1通过续流管Q4续流向负载继续提供能量。电感L1的同名端为正，箝位管Q2的栅、源之间的电压为正，钳位管Q2开通，复位电容C1通过箝位管Q2和续流管Q4使得励磁电流变小，一直到反向，这样，变压器T1就实现了磁复位。这时变压器T1副边主绕组的电压被复位电容C1箝位住。
实施例一、二中提出的有源箝位电路没有占空比限制，并且复位电容的电压和输入电压没有关系，所以能完全克服P沟道MOS管、和原边有源箝位电路的输入电压较窄的问题，使得有源箝位电路在宽输入电压场合应用成为了可能。
由于本发明采用的箝位管为N沟道MOS管，并且要求的耐压值较低，可以选用小封装MOS管，选型方便；克服了原边有源箝位电路驱动复杂，器件较多，箝位管较大的缺陷，使得在小体积的开关电源中使用有源箝位技术成为了可能，这样就可以提高中小体积的开关电源的可靠性，功率转换效率和功率密度。
上述的实施例一、二中，为保证箝位管在工作过程中不被反向电压击穿，在信号驱动电路中安装有稳压管D1，可提高对箝位管Q2的保护。
下面给出实施例三、实施例四进行说明，实施例三的结构图可参见图3，实施例三与实施例一的结构基本相同，不同之处在于，变压器T1的辅助绕组、R1、R2和稳压管D1构成箝位管Q2的驱动电路。
实施例四的结构图可参见图4，实施例四与实施例二的结构基本相同，不同之处在于，电感L1的辅助绕组、R1、R2和稳压管D1构成箝位管Q2的驱动电路。
另外，本发明的实施例一、实施例二的变压器T1还可添加辅助绕组构成两路输出，下面通过实施例五、实施例六说明。
参见图5，在实施例五中，变压器T1的辅助绕组连接整流电路和电感L2构成第二路输出。
参见图6，在实施例六中，变压器T1的辅助绕组连接整流电路和电感L2构成第二路输出。
在上述的各个实施例中，稳流管Q3也定义为第一MOSFET，续流管也定位为第二MOSFET。
由于本发明的箝位电路加在变压器T1的副边，因此可以应用在多路输出的产品上。主路采用副边有源箝位电路加上同步整流电路，其它的辅路可以采用二极管整流或者同步整流，这种技术完全克服了通常同步整流只能在单路输出产品中应用的缺陷。
本发明所提出的副边有源箝位技术不但可以用在直流/直流(DC/DC)电路拓扑上，同样可以应用交流/直流(AC/DC)拓扑中，可以大大提高AC/DC电源产品的系统性能。
对于本发明各个实施例中所阐述的装置，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种副边有源箝位装置，其特征在于，包括：
原边具有开关的变压器，连接第一、第二金属氧化物场效应管MOSFET栅极的同步整流电路，所述变压器副边主绕组的同名端连接所述的第二MOSFET漏极、并通过连接电感接到副边输出；信号驱动电路的一端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接，信号驱动电路的另一端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极，所述箝位管的漏极连接电容的一端，所述电容的另一端连接所述第一、第二MOSFET的源极并接到副边输出；所述信号驱动电路为：
连接有电阻的所述变压器的辅助绕组。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号驱动电路的一端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接为：
所述变压器辅助绕组的同名端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接；
所述信号驱动电路的另一端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极为：
所述变压器辅助绕组的异名端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信号驱动电路与所述箝位管栅极之间还连接有防止箝位管击穿的稳压管。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述变压器的副边的辅助绕组还连接有包括整流电路的输出端。
5.一种副边有源箝位装置，其特征在于，包括：
原边具有开关的变压器，连接第一、第二金属氧化物场效应管MOSFET栅极的同步整流电路，所述变压器副边主绕组的同名端连接所述的第二MOSFET漏极、并通过连接电感接到副边输出；信号驱动电路的一端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接，信号驱动电路的另一端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极，所述箝位管的漏极连接电容的一端，所述电容的另一端连接所述第一、第二MOSFET的源极并接到副边输出；所述信号驱动电路为：
连接有电阻的所述电感的辅助绕组。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号驱动电路的一端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接为：
所述电感的辅助绕组的异名端与所述变压器副边主绕组的异名端、N沟道MOSFET箝位管的源极、所述第一MOSFET的漏极相连接；
所述信号驱动电路的另一端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极为：
所述电感的辅助绕组的同名端连接N沟道MOSFET箝位管的栅极。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号驱动电路与所述箝位管栅极之间还连接有防止箝位管击穿的稳压管。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述变压器的副边的辅助绕组还连接有包括整流电路的输出端。
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