CN101355295A - 一种用于同步整流的可变缓冲网络 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的用于同步整流的可变缓冲网络，它由若干个串联可变缓冲网络单元串联连接组成，或由若干个并联可变缓冲网络单元并联连接组成，或由若干个串联可变缓冲网络单元和若干个并联可变缓冲网络单元串联连接或并联连接组成，每个串联可变缓冲网络单元由一个串联可变缓冲电路模块和一个串联模态开关并联组成；每个并联可变缓冲网络单元由一个并联可变缓冲电路模块和一个并联模态开关串联组成。本发明的可变缓冲网络根据同步整流电路运行的不同模态，通过实时调节缓冲网络的结构，使得电路在整个模态都能够高效率运行。此种缓冲网络有利于低导通电阻同步整流管的选取，从而进一步提高开关电源的效率和功率密度。

Description

一种用于同步整流的可变缓冲网络
技术领域
本发明涉及开关电源中的一种缓冲网络，具体的说，是一种用于输出电流断续模式的同步整流型中间母线变流器热插拔过程中抑制同步整流管较高电压尖峰的可变缓冲网络。
背景技术
随着开关电源的快速发展，对功率密度和电源效率提出高要求的同时，也给电源系统的灵活性、适应性提出了更高的要求，这也对电源厂商带来了前所未有的挑战。目前中间母线架构(Intermediate Bus Architecture，IBA)，吸引了全球电源制造商越来越多的注意，因为此种架构具有高的适应性和可扩展性，并且此种架构能够进一步的提高电源的效率，优化电源的标准。输入为48V的中间母线变流器(Intermediate Bus Converter，IBC)是此种框架下高端电源的一种，它属于低压大电流输出型电源，广泛用于通讯及计算机领域。中间母线变流器的特点是占空比接近1，同时输出电压不控，是一种转换效率非常高的直流-直流变流器。
为了获得该兼有高效率和高性能的中间母线变流器，工业领域在设计中间母线变流器时广泛采用了同步整流技术。传统的同步整流的缓冲网络主要是采用如图1所示的RC缓冲网络，或者是如图2带有二极管的RC缓冲网络，或者是如图3所示的RCD缓冲网络。这几种缓冲网络简单可靠，便于实现。但是这几种缓冲网络有其致命的缺点，就是它们的灵活性低，在一定的负载下缓冲网络损耗是一定的，不能够随着电路运行状态的变化而自动调节。特别是在输出电流断续模式下的中间母线变流器在热插拔过程中的几十到上百毫秒内，由于此时中间母线变流器的输出电压将大于后端直流母线电压，因而输出电容上多余的能量将反灌入中间母线变流器电路，造成非常高的同步整流管反向电压尖峰，为了保证同步整流管不被击穿，必须设计在很大程度上能够吸收电压尖峰能量的缓冲网络，而该在动态情况下能够稳定工作的缓冲网络却在电路进入稳态时有着过多的富裕，以至于稳态工作过程中缓冲网络损耗过大，对整机效率提高不利。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于同步整流的可变缓冲网络。
本发明的用于同步整流的可变缓冲网络，它由若干个串联可变缓冲网络单元串联连接组成，或由若干个并联可变缓冲网络单元并联连接组成，或由若干个串联可变缓冲网络单元和若干个并联可变缓冲网络单元串联连接组成，或由若干个串联可变缓冲网络单元和若干个并联可变缓冲网络单元并联连接组成，每个串联可变缓冲网络单元由一个串联可变缓冲电路模块和一个串联模态开关并联组成；每个并联可变缓冲网络单元由一个并联可变缓冲电路模块和一个并联模态开关串联组成，上述n为1、2、…、正整数。
本发明中，所说的串联可变缓冲电路模块和并联可变缓冲电路模块分别是由第二电阻器串联可变开关管后再与第一电阻器并联构成的电路；或是由第二电阻器并联可变开关管后再与第一电阻器串联构成的电路；或是由第二电容器串联可变开关管后再与第一电容器并联构成的电路；或是由第二电容器并联可变开关管后再与第一电容器串联构成的电路；或是由第二电容器、第二电阻器与可变开关管相互串联组成的电路再与第一电容器和第一电阻器组成的串联电路相并联构成；或是由第二电容器与第二电阻器的串联电路并联可变开关管后再与第一电容器和第一电阻器组成的串联电路相串联构成。
上述的可变开关管可以是三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、门极可关断晶闸管、绝缘栅双极性晶体管、继电器触点开关或机械闸刀开关。
本发明中，所说的串联模态开关可以是三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、门极可关断晶闸管、绝缘栅双极性晶体管、继电器触点开关或机械闸刀开关。
本发明中，所说的并联模态开关可以是三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、门极可关断晶闸管、绝缘栅双极性晶体管、继电器触点开关或机械闸刀开关。
本发明的可变缓冲网络根据同步整流电路运行的不同模态，通过实时调节缓冲网络的结构，使得电路在整个模态都能够高效率运行。此种缓冲网络有利于低导通电阻同步整流管的选取，从而进一步提高开关电源的效率和功率密度。
附图说明
图1是已有的RC缓冲网络；
图2是已有的带有二极管的RC缓冲网络；
图3是已有的RCD钳位缓冲网络；
图4是本发明用于同步整流的可变缓冲网络一种构成示意图；
图5是本发明用于同步整流的可变缓冲网络另一种构成示意图；
图6是本发明用于同步整流的可变缓冲网络第三种构成示意图；
图7是本发明用于同步整流的可变缓冲网络第四种构成示意图；
图8是串联可变缓冲电路模块或并联可变缓冲电路模块第一种实现方式；
图9是串联可变缓冲电路模块或并联可变缓冲电路模块第二种实现方式；
图10是串联可变缓冲电路模块或并联可变缓冲电路模块第三种实现方式；
图11是串联可变缓冲电路模块或并联可变缓冲电路模块第四种实现方式；
图12是串联可变缓冲电路模块或并联可变缓冲电路模块第五种实现方式；
图13是串联可变缓冲电路模块或并联可变缓冲电路模块第六种实现方式；
图14是用于同步整流的可变缓冲网络一种具体电路示意图。
具体实施方式
以下附图进一步说明本发明。
本发明的用于同步整流的可变缓冲网络由若干个串联可变缓冲网络单元111串联连接组成(如图4)，或由若干个并联可变缓冲网络单元121并联连接组成(如图5)，或由若干个串联可变缓冲网络单元111和若干个并联可变缓冲网络单元121串联连接组成(如图6)，或由若干个串联可变缓冲网络单元111和若干个并联可变缓冲网络单元121并联连接组成(如图7)，每个串联可变缓冲网络单元111由一个串联可变缓冲电路模块ZSn和一个串联模态开关MSn并联组成；每个并联可变缓冲网络单元121由一个并联可变缓冲电路模块ZPn和一个并联模态开关MPn串联组成，上述n为1、2、…、正整数。图4-图7中的D端连接同步整流管漏极，S端连接同步整流管源极。
上述的串联可变缓冲电路模块ZSn和并联可变缓冲电路模块ZPn分别可以有以下六种实现方式。
第一种方式(如图8所示)：由第二电阻器R2串联可变开关管SE后再与第一电阻器R1并联构成的电路；
第二种方式(如图9所示)：由第二电阻器R2并联可变开关管SE后再与第一电阻器R1串联构成的电路；
第三中方式(如图10所示)：由第二电容器C2串联可变开关管SE后再与第一电容器C1并联构成的电路；
第四种方式(如图11所示)：由第二电容器C2并联可变开关管SE后再与第一电容器C1串联构成的电路；
第五中方式(如图12所示)：由第二电容器C2、第二电阻器R2与可变开关管SE相互串联组成的电路再与第一电容器C1和第一电阻器R1组成的串联电路相并联构成；
第六种方式(如图13所示)：由第二电容器C2与第二电阻器R2的串联电路并联可变开关管SE后再与第一电容器C1和第一电阻器R1组成的串联电路相串联构成。
其中所述的开关SE可以是三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、晶闸管(SCR)、门极可关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)、继电器触点开关或机械闸刀开关。
用于同步整流的可变缓冲网络中的串联模态开关MSn和并联模态开关MPn均可以采用三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、晶闸管(SCR)、门极可关断晶闸管(GTO)、绝缘栅双极性晶体管(IGBT)、继电器触点开关或机械闸刀开关。
以下以图14电路为例，说明同步整流可变缓冲网络的工作原理：
图14所示的可变缓冲网络是由一个串联可变缓冲网络单元111和一个并联可变缓冲网络单元121串联连接组成，这里，串联可变缓冲网络单元111中的串联可变缓冲电路模块ZSn采用第一种实现方式，其中可变开关SE为打开状态；同时并联可变缓冲网络单元121中的并联可变缓冲电路模块ZPn采用第三种实现方式；并且可变开关管SE采用型号N-MOSFET。
在同步整流电路运行在输出电流断续模式热插拔时，控制可变开关管SE的栅极驱动为高电平，此时开关管SE导通，电容CE有效并联在电容CS两端，增加缓冲网络RC常数，从而能够更好的抑制同步整流电路中同步整流管电压尖峰。
在同步整流电路处于稳定运行状态时，控制可变开关管SE的栅极驱动为低电平，此时开关管SE关断，电容CE断开，恢复稳态RC时间常数，从而减小稳态缓冲网络的损耗，进而提高效率。

Claims (5)

1.一种用于同步整流的可变缓冲网络，其特征在于：它由若干个串联可变缓冲网络单元(111)串联连接组成，或由若干个并联可变缓冲网络单元(121)并联连接组成，或由若干个串联可变缓冲网络单元(111)和若干个并联可变缓冲网络单元(121)串联连接组成，或由若干个串联可变缓冲网络单元(111)和若干个并联可变缓冲网络单元(121)并联连接组成，每个串联可变缓冲网络单元(111)由一个串联可变缓冲电路模块(ZSn)和一个串联模态开关(MSn)并联组成；每个并联可变缓冲网络单元(121)由一个并联可变缓冲电路模块(ZPn)和一个并联模态开关(MPn)串联组成，上述n为1、2、…、正整数。
2.根据权利要求1所述的用于同步整流的可变缓冲网络，其特征在于：所说的串联可变缓冲电路模块(ZSn)和并联可变缓冲电路模块(ZPn)分别是由第二电阻器(R2)串联可变开关管(SE)后再与第一电阻器(R1)并联构成的电路；或是由第二电阻器(R2)并联可变开关管(SE)后再与第一电阻器(R1)串联构成的电路；或是由第二电容器(C2)串联可变开关管(SE)后再与第一电容器(C1)并联构成的电路；或是由第二电容器(C2)并联可变开关管(SE)后再与第一电容器(C1)串联构成的电路；或是由第二电容器(C2)、第二电阻器(R2)与可变开关管(SE)相互串联组成的电路再与第一电容器(C1)和第一电阻器(R1)组成的串联电路相并联构成；或是由第二电容器(C2)与第二电阻器(R2)的串联电路并联可变开关管(SE)后再与第一电容器(C1)和第一电阻器(R1)组成的串联电路相串联构成。
3.根据权利要求2所述的用于同步整流的可变缓冲网络，其特征在于：所说的可变开关管(SE)是三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、门极可关断晶闸管、绝缘栅双极性晶体管、继电器触点开关或机械闸刀开关。
4.根据权利要求1所述的用于同步整流的可变缓冲网络，其特征在于：所说的串联模态开关(MSn)是三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、门极可关断晶闸管、绝缘栅双极性晶体管、继电器触点开关或机械闸刀开关。
5.根据权利要求1所述的用于同步整流的可变缓冲网络，其特征在于：所说的并联模态开关(MPn)是三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管、晶闸管、门极可关断晶闸管、绝缘栅双极性晶体管、继电器触点开关或机械闸刀开关。
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