CN102664526B - 反激式电路及减小反激式电路变压器漏感损耗的方法 - Google Patents

Abstract

本申请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。当开关管关断的瞬间，利用电容上的电压不能突变的基本原理，变压器绕组的电压极性在一段时间内保持原有的电压极性，利用这个电压使得变压器的寄生漏感的电流加速下降，其中寄生漏感上的能量一部分转移至箝位电容中，另一部分通过变压器和能量回收电路转移到滤波和负载电路中，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。

Description

反激式电路及减小反激式电路变压器漏感损耗的方法

技术领域

本申请涉及反激式电路技术领域，特别是涉及反激式电路及减小反激式电路变压器漏感损耗的方法。

背景技术

反激式电路以其结构简单，能够适应较大的输入电压波动的优点，广泛应用于小功率开关电源中。

请参见图1，示出了一种典型的反激式电路的电路原理图，所述反激式电路包括开关管Q1、变压器12、整流二极管D、电压箝位电路11和滤波及负载电路13，其中，所述电压箝位电路11包括箝位二极管Dc、箝位电容Cc和能量泄放电阻Rc；所述变压器12包括理想变压器T1和寄生漏感L；所述滤波及负载电路13包括滤波电容Co和负载Ro。

所述反激式电路的工作原理是：当开关管Q1导通时，输入电压Vin通过开关管Q1对变压器T1的原边绕组充磁，此时，整流二极管D1关断，输入电压Vin的电能转化为原边绕组中的磁能存储起来；当开关管Q1关断时，变压器T的绕组中的电压极性反转，整流二极管D1导通，此时，存储在原边绕组中的磁能通过整流二极管D1和滤波电容Co后，为负载Ro供电。但是，由于变压器中存在寄生漏感L，在开关管Q1关断、整流二极管D1导通的瞬间存储在寄生漏感L中的磁能需要一个释放路径，否则将导致开关管Q1两端产生一个很高的电压尖峰，很可能损坏开关管Q1，为此增设了电压箝位电路11，当开关管Q1关断时，存储在寄生漏感L中的磁能通过箝位二极管Dc转移到箝位电容Cc中，并最终转换为能量泄放电阻Rc上的热能。由于寄生漏感L中的电流不能突变，在寄生漏感L中的磁能向箝位电容Cc的过程中，存储在理想变压器T1中的一部分磁能也被带到箝位电容Cc中，请参见图2，示出了开关管Q1关断瞬间电路中的能量传输的等效示意图，图2中，n×Vo为理想变压器T1中的原边绕组的等效电压源，Vo为理想变压器T1中的副边绕组的等效电压源，如图2所示，寄生漏感L不仅带来自身存储的能量的损耗，同时会损耗掉理想变压器T1中存储的磁能，从而使得更多的能量转移至箝位电容Cc中，降低了反激式电路的转换效率；同时，导致箝位电容Cc上的电压升高，从而使得开关管Q1关断后承受的电压更高，进而导致开关管Q1失效。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供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，以实现提高反激式电路的转换效率，同时，减小开关管关断的电压应力，避免开关管失效，技术方案如下：

本申请提供一种反激式电路，包括：开关管、变压器、整流二极管、电压箝位电路、滤波和负载电路，以及能量回收电路，其中：

所述变压器包括理想变压器和寄生漏感，所述理想变压器的原边绕组、所述寄生漏感及所述开关管依次串联后，连接所述反激式电路的输入电源的两端；

所述理想变压器的副边绕组通过所述整流二极管连接所述滤波和负载电路；

所述能量回收电路，连接在所述副边绕组所在的回路中，用于回收所述寄生漏感中的部分能量；

所述电压箝位电路并联在所述原边绕组和所述寄生漏感的串联支路两端，用于为所述寄生漏感中储存的磁能提供释放路径；

所述滤波和负载电路包括并联连接的滤波电容和负载电阻，所述滤波电容和所述负载电阻构成的并联支路的一端通过所述整流二极管连接所述副边绕组的一端，所述并联支路的另一端连接所述副边绕组的另一端。

优选的，所述能量回收电路包括：能量回收电容，所述能量回收电容并联在所述整流二极管的两端。

优选的，所述能量回收电路还包括：第一二极管和第一电阻，所述第一二极管与所述能量回收电容串联后并联于所述整流二极管的两端，所述第一二极管的连接方向与所述整流二极管的连接方向相同，所述第一电阻并联于所述第一二极管的两端。

优选的，所述能量回收电路包括：能量回收电容，所述能量回收电容并联在所述副边绕组的两端。

优选的，还包括：第一二极管和第一电阻，所述第一二极管与所述能量回收电容串联后并联于所述副边绕组的两端，且所述第一二极管的连接方向能够保证电流从所述副边绕组的非同名端流向所述副边绕组的同名端，所述第一电阻并联在所述第一二极管的两端。

优选的，所述电压箝位电路包括：箝位二极管、箝位电容和能量泄放电阻，所述箝位二极管和所述箝位电容串联后并联在所述原边绕组和所述寄生漏感的串联支路两端，所述能量泄放电阻并联在所述箝位电容的两端，所述箝位二极管的阳极连接所述寄生漏感的一端，阴极连接所述箝位电容的一端，所述箝位电容的另一端连接所述原边绕组的同名端。

本申请还提供一种减小反激式电路变压器漏感损耗的方法，所述反激式电路包括：开关管、变压器、整流二极管、电压箝位电路、滤波和负载电路，该方法包括：

在所述反激式电路中增设能量回收支路，以回收所述反激式电路中的变压器的寄生漏感中的部分能量，所述能量回收支路至少包括能量回收电容。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，所述反激式电路的副边回路中增设有能量回收电路，其中该能量回收电路至少包括一个能量回收电容。当所述开关管关断的瞬间，利用电容上的电压不能突变的基本原理，从而使变压器绕组的电压极性在一段时间内保持原有的电压极性，利用所述原边绕组上的这个电压使得变压器的寄生漏感的电流加速下降，其中所述寄生漏感上的能量一部分转移至电压箝位电路中的箝位电容中，另一部分通过所述变压器和能量回收电路转移到所述滤波和负载电路中，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，由于寄生漏感中的能量被回收利用，因此，转移到箝位电容Cc中的能量相应减小，箝位电容Cc上的电压也相应降低，进而使得开关管Q1关断后承受的电压减小。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中一种典型的反激式电路的电路原理示意图；

图2为图1所示的电路在开关管关断时的等效电路示意图；

图3a为本申请实施例一种反激式电路的电路原理图；

图3b为本申请实施例另一种反激式电路的电路原理图；

图4为图3a所示电路在开关管关断时的等效电路示意图；

图5为本申请实施例另一种反激式电路的电路原理图；

图6为本申请实施例另一种反激式电路的电路原理图；

图7为图6所示电路在开关管关断时的等效电路示意图；

图8为本申请实施例另一种反激式电路分电路原理图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种反激式电路，包括开关管、变压器、整流二极管、电压箝位电路、滤波和负载电路，以及能量回收电路，其中：

所述变压器包括理想变压器和寄生漏感，所述理想变压器的原边绕组、所述寄生漏感以及所述开关管依次串联，串联支路连接所述反激式电路的输入电源两端；所述理想变压器的副边绕组通过所述整流二极管连接所述滤波和负载电路；

所述能量回收电路连接在所述变压器的副边绕组回路中，用于回收所述寄生漏感中的部分能量；

所述电压箝位电路并联在所述理想变压器的原边绕组和所述寄生漏感两端；

所述滤波和负载电路包括并联连接的滤波电容和负载电阻，所述滤波电容和所述负载电阻构成的并联支路的一端通过所述整流二极管连接所述副边绕组的一端，所述并联支路的另一端连接所述副边绕组的另一端。

当所述开关管关断时，所述能量回收电路能够使所述理想变压器绕组的电压极性在一段时间内保持原有的电压极性，利用所述原边绕组上的这个电压使得变压器的寄生漏感的电流加速下降，其中所述寄生漏感上的能量一部分转移至电压箝位电路中的箝位电容中，另一部分通过所述变压器和能量回收电路转移到所述滤波和负载电路中，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。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请参见图3a，示出了本申请实施例一种反激式电路的电路原理图。

所述反激式电路包括：开关管Q1、电压箝位电路11、变压器12、整流二极管D1、滤波和负载电路13、能量回收电容C1。

所述变压器12包括理想变压器T1和寄生漏感L，所述理想变压器T1的原边绕组、寄生漏感L及开关管Q1串联后连接在输入电源的两端；

所述理想变压器T1的副边绕组的非同名端连接所述整流二极管D1的阳极，所述整流二极管D1的阴极连接所述滤波和负载电路13。所述能量回收电容C1并联在所述整流二极管D1的两端。

当然，所述整流二极管D1还可以连接在所述副边绕组的同名端，即整流二极管D1的阳极连接所述滤波和负载电路13，阴极连接所述副边绕组的同名端，本申请对此并不限制。

所述电压箝位电路11包括：箝位电容Cc、箝位二极管Dc、能量泄放电阻Rc；

所述箝位电容Cc和箝位二极管Dc串联后并联于所述理想变压器T1的原边绕组与所述寄生漏感L串联支路的两端，而且，所述箝位二极管Dc的阳极连接所述寄生漏感L，阴极连接所述箝位电容Cc的一端，所述箝位电容Cc的另一端连接所述理想变压器T1的同名端，所述能量泄放电阻Rc并联在所述箝位电容Cc的两端；

当然，所述箝位二极管Dc和所述箝位电容Cc的串联关系还可以是，箝位二极管Dc的阴极连接输入电源，阳极连接所述箝位电容Cc的一端，箝位电容Cc的另一端连接所述寄生漏感L，本申请对此并不限制。

所述滤波和负载电路13包括并联连接的滤波电容Co和负载电阻Ro，所述并联支路的一端连接所述整流二极管D1的阴极，另一端连接所述副边绕组的同名端。

所述电压箝位电路11还可以是图3b所示的形式，具体包括：并联连接的瞬间电压抑制器TVS、泄放电阻Rc、箝位电容Cc，与并联支路连接的箝位二极管Dc，其中，所述瞬间电压抑制器TVS的阳极连接所述输入电源的正极性端，阴极连接所述箝位二极管Dc的阴极，所述箝位二极管Dc的阳极连接所述开关管Q1。

需要说明的是，本申请提供的反激式电路中的电压箝位电路的形式并不局限于上述的两种电路形式，凡是能够为寄生漏感L提供泄放回路的电路均是本申请公开和保护的范围。

请参见图4，示出了图3a所示的电路图在开关管Q1关断瞬间的等效电路图。电路中的原边绕组回路的电流方向即图中的箭头方向，电流流向为：n×Vs—L—Dc—Cc—n×Vs，副边绕组回路的电流方向如图4中的箭头方向所示，电流流向为：Vs—C1—Ro、Co—Vs。

开关管Q1关断的瞬间，由于所述能量回收电容C1上的电压不能突变，能量回收电容C1的电压极性保持原有极性，即左负右正，使得理想电压器T1的副边绕组的电压极性在一小段时间内保持原有极性，即上负下正，如图中所示的电压源Vs的电压极性，原边绕组的电压极性为上正下负，如图中所示的电压源n×Vs的电压极性。在理想变压器T1的原边绕组回路中，所述原边绕组上的电压和箝位电容Cc上的电压同向叠加，加在寄生漏感L上，加快了寄生漏感L上电流的下降速度。寄生漏感L中的能量一部分转移至箝位电容Cc中，另一部分能量经过所述理想变压器T1和能量回收电容C1提供给滤波和负载电路13，因此提高了反激式电路的转换效率。同时，由于寄生漏感L中的一部分能量被滤波和负载电路回收利用，因此，转移到箝位电容Cc中的能量相应减小，箝位电容Cc上的电压也相应降低，进而使得开关管Q1关断后承受的电压减小。

需要说明的是，图4所示的等效电路是开关管Q1关断的瞬间的等效电路，该等效电路只能维持比较短的时间，当能量回收电容C1的电压降到零后，整流二极管D1开通，反激式电路就进入如图2所示的工作状态。图4所示的工作状态的持续时间与所述能量回收电容C1的容值相关，所述能量回收电容C1的容值越大，图4所示的工作状态持续的时间越长，对所述寄生漏感L中能量的回收也就越多。但是，当寄生漏感L的能量都被回收完后，需要尽快进入图2所示的状态，因此，能量回收电容C1的容值也不能太大。

请参见图5，示出了另一种反激式电路的电路原理图，在图3所示的电路的基础上增设了第一二极管D2和第一电阻R1。

所述第一二极管D2与所述能量回收电容C1串联后并联于所述整流二极管D1的两端，且第一二极管D2的连接方向与所述整流二极管D1的连接方向相同，所述第一电阻R1并联在所述第一二极管D2的两端。具体的，如图5所示，所述能量回收电容C1的一端连接所述副边绕组与所述整流二极管D1的公共端，能量回收电容C1的另一端连接所述第一二极管D2的阳极，第一二极管D2的阴极连接所述整流二极管D1的阴极；

当然，所述第一二极管D2的连接位置具体还可以为：第一二极管D2的阳极连接所述副边绕组和所述整流二极管D1的公共端，第一二极管D2的阴极连接能量回收电容C1的一端，能量回收电容C1的另一端连接所述整流二极管D1的阴极。

图5所示的电路中的能量回收电容C1的作用与图3中的能量回收电容C1的作用相同，此处不再赘述。

增设所述第一二极管D2和第一电阻R1的作用在于，降低所述整流二极管D1关断时的电压应力。

具体的，所述第一二极管D2与所述能量回收电容C1串联，提供一个低阻抗的能量回收回路，而在所述整流二极管D1关断瞬间，所述第一二极管D2关断，所述第一电阻R1和所述能量回收电容C1串联，增加了能量回收回路的阻抗，抑制能量吸收电容C1和所述理想变压器T1副边绕组的寄生漏感的振荡，减小所述整流二极管D1的关断电压应力。

请参见图6和图7，图6示出了另一种反激式电路的电路原理示意图，图7，示出了图6所示的电路在开关管Q1关断瞬间的等效电路图。图6所示的反激式电路与图3所示的反激式电路所不同的是，能量回收电容C1的位置不同。图7所示的等效电路中的原边绕组回路中的电流方向为：n×Vs-L-Dc-Cc-n×Vs；副边绕组回路中的电流方向为：Vs-C1-Vs。

本实施例中的能量回收电容C1并联于所述理想变压器T1的副边绕组的两端。

具体的，当开关管Q1关断瞬间，所述能量回收电容C1的电压极性为上负下正，使得所述原边绕组和副边绕组的电压极性在一小段时间内保持原有的电压极性，所述原边绕组的电压极性如图中电压源n×Vs所示的电压极性，所述副边绕组的电压极性如图中电压源Vs所示的电压极性。

所述开关管Q1关断瞬间，理想变压器T1的原边绕组回路中，所述原边绕组上的电压和箝位电容Cc上的电压同向叠加，加在寄生漏感L上,加快了寄生漏感L上的电流的下降速度。寄生漏感L中的能量一部分转移至箝位电容Cc中，另一部分能量经过所述理想变压器T1和能量回收电容C1提供给滤波和负载电路13，因而提高了反激式电路的转换效率。同时，由于寄生漏感中的一部分能量被滤波和负载电路回收利用，因此，转移到箝位电容Cc中的能量相应减小，箝位电容Cc上的电压也相应降低，进而使得开关管Q1关断后承受的电压减小。

如同图4所示的等效电路，图7所示的等效电路仅仅是开关管Q1关断瞬间的等效状态，该状态只是一个比较短暂的过程，当能量回收电容C1上的电压上升到输出电压，所述输出电压即反激式电路的输出电压时，所述整流二极管D1导通，图6所示的反激式电路就会进入图2所示的工作状态，图7所示的工作状态所维持的时间与所述能量回收电容C1的容值相关，所述能量回收电容C1的容值越大，上图4所示的工作状态维持的时间越长，对所述寄生漏感L中能量的回收也就越多，但是，当寄生漏感L的能量都被回收完后，需要尽快进入图2所示的状态，因此，能量回收电容C1的容值也不能太大。

请参见图8，示出了另一种反激式电路的电路原理图，在图6所示电路的基础上增设了第一二极管D2和第一电阻R1，其中，

所述第一二极管D2和所述能量回收电容C1串联后并联在所述副边绕组的两端，所述第一二极管D2的阳极连接所述能量回收电容C1的一端，阴极连接所述副边绕组的同名端，所述能量回收电容C1的另一端连接所述副边绕组的非同名端；所述第一电阻R1并联于所述第一二极管D2的两端。

需要说明的是，本申请并不限定第一二极管D2的具体连接位置，所述第一二极管D2的连接方向能够保证电流从所述副边绕组的非同名端流向同名端即可。因此，所述第一二极管D2与能量回收电容C1串联关系具体还可以为：第一二极管D2的阳极连接所述副边绕组的非同名端，阴极连接所述能量回收电容C1的一端，能量回收电容C1的另一端连接所述副边绕组的同名端；

所述第一二极管D2和第一电阻R1的作用在于降低所述整流二极管D1关断时的电压应力。

具体的，所述第一二极管D2与所述能量回收电容C1串联，提供一个低阻抗的能量回收回路，而在所述整流二极管D1关断瞬间，所述第一二极管D2也关断，所述第一电阻R1与所述能量回收电容C1串联，增加了能量回收回路的阻抗，抑制能量吸收电容C1和所述理想变压器T1副边绕组的寄生漏感的振荡，从而减小所述整流二极管D1的关断电压应力。

相应于上述的反激式电路的实施例，本申请还提供一种减小反激式电路变压器漏感损耗的方法，该方法包括：

利用所述反激式电路中增设的能量支路回收反激式电路中的变压器漏感中的部分能量。

所述能量支路回收支路设置在所述反激式电路的副边绕组回路中，具体的，所述能量回收支路可以通过能量回收电容实现，所述能量回收电容可以并联在所述反激式电路中的整流二极管两端，也可以并联在所述反激式电路中的变压器副边绕组两端，由于能量回收电容两端的电压不能突变，当反激式电路中的开关管关断瞬间，所述电容上的电压极性保持原有的电压极性，从而使得变压器绕组的电压极性在一段时间内保持原有极性，利用变压绕组上的这个电压使得变压器的寄生漏感的电流加速下降，其中所述寄生漏感上的能量一部分转移至电压箝位电路中的箝位电容中，另一部分通过所述变压器和能量回收电容转移到所述滤波和负载电路中，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。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (3)

1.一种反激式电路，其特征在于，包括：开关管、变压器、整流二极管、电压箝位电路、滤波和负载电路，以及能量回收电路，其中：

所述变压器包括理想变压器和寄生漏感，所述理想变压器的原边绕组、所述寄生漏感及所述开关管依次串联后，连接所述反激式电路的输入电源的两端；

所述理想变压器的副边绕组通过所述整流二极管连接所述滤波和负载电路；

所述能量回收电路，连接在所述副边绕组所在的回路中，用于回收所述寄生漏感中的部分能量；

所述电压箝位电路并联在所述原边绕组和所述寄生漏感的串联支路两端，用于为所述寄生漏感中储存的磁能提供释放路径；

所述滤波和负载电路包括并联连接的滤波电容和负载电阻，所述滤波电容和所述负载电阻构成的并联支路的一端通过所述整流二极管连接所述副边绕组的一端，所述并联支路的另一端连接所述副边绕组的另一端；

其中，所述能量回收电路包括：能量回收电容、第一二极管和第一电阻；

其中，所述第一二极管与所述能量回收电容串联后并联于所述整流二极管的两端，所述第一二极管的连接方向与所述整流二极管的连接方向相同，所述第一电阻并联于所述第一二极管的两端；

或，

所述能量回收电路包括：能量回收电容、第一二极管和第一电阻；

其中，所述第一二极管与所述能量回收电容串联后并联于所述副边绕组的两端，且所述第一二极管的连接方向能够保证电流从所述副边绕组的非同名端流向所述副边绕组的同名端，所述第一电阻并联在所述第一二极管的两端。

2.根据权利要求1所述的反激式电路，其特征在于，所述电压箝位电路包括：箝位二极管、箝位电容和能量泄放电阻，所述箝位二极管和所述箝位电容串联后并联在所述原边绕组和所述寄生漏感的串联支路两端，所述能量泄放电阻并联在所述箝位电容的两端，所述箝位二极管的阳极连接所述寄生漏感的一端，阴极连接所述箝位电容的一端，所述箝位电容的另一端连接所述原边绕组的同名端。

3.一种减小反激式电路变压器漏感损耗的方法，所述反激式电路包括：开关管、变压器、整流二极管、电压箝位电路、滤波和负载电路，其中，所述变压器包括理想变压器和寄生漏感，所述理想变压器的原边绕组、所述寄生漏感及所述开关管依次串联后，连接所述反激式电路的输入电源的两端，所述理想变压器的副边绕组通过所述整流二极管连接所述滤波和负载电路，其特征在于，该方法包括：

在所述反激式电路中增设能量回收电路，以回收所述反激式电路中的变压器的寄生漏感中的部分能量，所述能量回收电路至少包括能量回收电容；其中，所述能量回收电路包括：能量回收电容、第一二极管和第一电阻；

其中，所述第一二极管与所述能量回收电容串联后并联于所述整流二极管的两端，所述第一二极管的连接方向与所述整流二极管的连接方向相同，所述第一电阻并联于所述第一二极管的两端；

或，

所述能量回收电路包括：能量回收电容、第一二极管和第一电阻；

其中，所述第一二极管与所述能量回收电容串联后并联于所述副边绕组的两端，且所述第一二极管的连接方向能够保证电流从所述副边绕组的非同名端流向所述副边绕组的同名端所述第一电阻并联在所述第一二极管的两端。