CN103401427A

CN103401427A - 一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路

Info

Publication number: CN103401427A
Application number: CN2013103250663A
Authority: CN
Inventors: 尹惊云; 陈恒留
Original assignee: SHENZHEN JINGFUYUAN TECH Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN JINGFUYUAN TECH Co Ltd
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2013-11-20

Abstract

本发明公开了一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路能有效吸收蓄积在寄生电感中的能量，并使开关电压被钳位，从而抑制浪涌电流，有效实现消除主开关的电压尖峰的效果，在降低主开关温升的同时还能大大提高系统的效率，而且通过本发明还能获得一稳定的输出电压。本发明作为一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路可广泛应用于电源产品中。

Description

一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路

技术领域

本发明涉及电子电路领域，尤其涉及一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路。

背景技术

Flyback变换器俗称单端反激式DC-DC变换器，又称为反驰式Flyback变换器，或Buck-Boost变换器，Flyback变换器电路是由Buck-Boost电路利用磁性元件耦合的功能衍生而来。Flyback变换器在主开关管导通期间，电路只储存而不传递能量,在主开关管关断期间才向负载传递能量的一种电路架构。

在开关电源中，主元件大都是寄生电感和电容，寄生电容一般都与开关元件或二极管并联，而寄生电感通常与其串联。由于这些寄生电容和电感的作用，开关元件在通断工作时，往往会产生较大的电压浪涌和电流浪涌。开关的通断与二级管反向恢复时都要产生较大的电流浪涌和电压浪涌，而抑制开关接通时电流浪涌的最有效方法是采用零电压开关电路。另一方面，开关断开的电压浪涌与二级管反向恢复的电压浪涌可能会损坏半导体元件，同时产生噪声。

传统的漏感能量吸收电路有三种，第一种是RCD有损漏感吸收电路，这种电路是将漏感能量转移到电阻上消耗掉，可以消除电压尖峰，但是系统的效率较低；第二种是有源钳位方式电路，这种电路不但能够消除电压尖峰，提高系统效率，而且能够实现软开关，但是电路的复杂程度较高；第三种是无源钳位方式电路，这种电路也能消除电压尖峰和提高系统效率，但是这种方式在闭环设计中因为二次输出的两个端口的电位相对于一次侧电源地来说均是浮动的，所以导致设计时会有一定的复杂性，而且会导致丧失变压器原有的隔离性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能吸收蓄积在寄生电感中的能量，并且提高系统效率的一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路。

本发明所采用的技术方案是：

一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路，包括电压输入端、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、开关管、第一晶体管、第二晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第一稳压管、第二稳压管和变压输出电路，所述电压输入端通过第一电容与地连接，所述电压输入端与变压输出电路的第一输入端连接，所述变压输出电路的第二输入端与开关管的漏极连接，所述开关管的漏极通过第一电阻与第一二极管的正极端连接，所述第一二极管的负极端通过第二电容与地连接，所述第一二极管的负极端与第二晶体管的集电极连接，所述第一二极管的负极端还通过第二电阻与第一晶体管的基极连接，所述第一晶体管的基极通过第三电容与地连接，所述第一晶体管的基极还与第一稳压管的阴极连接，所述开关管的源极和第一稳压管的阳极均与地连接，所述第一晶体管的集电极与第二晶体管的基极连接，所述第一晶体管的发射极通过第三电阻与地连接，所述第一晶体管的发射极还与第二稳压管的阳极连接，所述第二晶体管的发射极与第二稳压管的阴极连接，所述第二稳压管的阴极通过第四电容与地连接。

进一步作为优选的实施方式，所述变压输出电路包括变压器、第二二极管、第五电容和负载电阻，所述电压输入端与变压器的第一输入端连接，所述变压器的第二输入端与开关管的漏极连接，所述第五电容和负载电阻并联后接在变压器的第一输出端和第二二极管的负极端之间，所述变压器的第二输出端与第二二极管的正极端连接。

进一步作为优选的实施方式，所述开关管为N沟道增强型场效应管晶体管。

进一步作为优选的实施方式，所述第一晶体管为NPN双极型晶体管。

进一步作为优选的实施方式，所述第二晶体管为PNP双极型晶体管。

本发明的有益效果是：

本发明一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路能有效吸收蓄积在寄生电感中的能量，并使开关电压被钳位，从而抑制浪涌电流，有效实现消除主开关的电压尖峰的效果，在降低主开关温升的同时还能大大提高系统的效率，而且通过本发明还能获得一稳定的输出电压。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路的电路原理图；

图2是本发明一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路的开关管关断时的电压波形图；

图3是本发明一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路的开关管瞬时端电压波形图；

图4是本发明一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路的C点输出电压波形图。

具体实施方式

参照图1，本发明一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路，包括电压输入端、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、开关管M、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一二极管D1、第一稳压管ZD1、第二稳压管ZD2和变压输出电路，所述电压输入端通过第一电容C1与地连接，所述电压输入端与变压输出电路的第一输入端连接，所述变压输出电路的第二输入端与开关管M的漏极连接，所述开关管M的漏极通过第一电阻R1与第一二极管D1的正极端连接，所述第一二极管D1的负极端通过第二电容C2与地连接，所述第一二极管D1的负极端与第二晶体管Q2的集电极连接，所述第一二极管D1的负极端还通过第二电阻R2与第一晶体管Q1的基极连接，所述第一晶体管Q1的基极通过第三电容C3与地连接，所述第一晶体管Q1的基极还与第一稳压管ZD1的阴极连接，所述开关管M的源极和第一稳压管ZD1的阳极均与地连接，所述第一晶体管Q1的集电极与第二晶体管Q2的基极连接，所述第一晶体管Q1的发射极通过第三电阻R3与地连接，所述第一晶体管Q1的发射极还与第二稳压管ZD2的阳极连接，所述第二晶体管Q2的发射极与第二稳压管ZD2的阴极连接，所述第二稳压管ZD2的阴极通过第四电容C4与地连接。

进一步作为优选的实施方式，所述变压输出电路包括变压器T、第二二极管D2、第五电容C5和负载电阻R，所述电压输入端与变压器T的第一输入端连接，所述变压器T的第二输入端与开关管M的漏极连接，所述第五电容C5和负载电阻R并联后接在变压器T的第一输出端和第二二极管D2的负极端之间，所述变压器T的第二输出端与第二二极管D2的正极端连接。

进一步作为优选的实施方式，所述开关管M为N沟道增强型场效应管晶体管。

进一步作为优选的实施方式，所述第一晶体管Q1为NPN双极型晶体管。

进一步作为优选的实施方式，所述第二晶体管Q2为PNP双极型晶体管。

其中，本发明的电压输入为12V的蓄电池电压，第一稳压管ZD1的击穿电压为U1，第二稳压管ZD2的击穿电压为U2，第一稳压管ZD1的击穿会使得第一晶体管Q1工作在恒流状态，从而使得第二晶体管Q2也工作在恒流状态。这样C点的输出电压Uc可以表示为：

第一稳压管ZD1和第二稳压管ZD2均击穿的情况：

Uc=U1+U2-0.6；

第一稳压管ZD1击穿，第二稳压管ZD2未击穿的情况：

U1-0.6≤Uc≤U1+U2-0.6；

第一稳压管ZD1和第二稳压管ZD2均未击穿的情况：

Uc≤U1-0.6。

本发明中开关管M的开通与关断情况下漏感能量吸收电路的工作原理为：

当开关管M开通时，AO间电压约为0V，这时漏感吸收电路不能从A点获得能量。

当开关管M关断时，如果Flyback变换器工作于连续导通方式，在开关管M关断期间开关管M端电压波形如图2a所示，显然开关管M关断期间能够满足第一稳压管ZD1和第二稳压管ZD2均击穿的条件，可以使得C点的输出电压Uc保持稳定；如果Flyback变换器工作于非连续导通模式，开关管M端电压波形如图2b所示，在电流断续期间，开关管M端电压就是电池电压，这时满足第一稳压管ZD1击穿，第二稳压管ZD2未击穿的情况,这时可能造成C点的输出电压Uc的波动。

为了保持CO间输出恒定的电压，电路中采用了一个一阶低通滤波环节即第一电阻R1、第二电容C2以及一个较大的第四电容C4。在升压变换应用中，因为开关管M关断期间第一电阻R1和第二电容C2组成的一阶低通滤波环节可以将高频高压的AO之间电压滤波，把更多的能量储存在第二电容C2中，这样就可以很容易的保证后级的第一稳压管ZD1和第二稳压管ZD2可靠的击穿，使输出电压Uc保持恒定。

实际实验时，采用额定电压12V的电池作为输入电压，要求Flyback变换器额定输出电压为150V，C点输出电压14V，开关管M工作频率为180KHz，采用本发明漏感能量吸收电路后，主开关瞬时端电压波形如图3所示，C点输出电压波形如图4所示，可以看到，通过采用本发明漏感能量吸收电路，开关管M的电压毛刺大大减小，不包括控制电路功率损耗，变换器的效率为88%。其中第一稳压管ZD1和第二稳压管ZD2均为7.5V的稳压管，第一电阻R1=200Ω，第二电容C2=0.1uF。通过波形可以看出14V左右的电压基本稳定，纹波幅值很小，也说明本发明有效满足设计的要求。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路，其特征在于：包括电压输入端、第一电容（C1）、第二电容（C2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）、开关管（M）、第一晶体管（Q1）、第二晶体管（Q2）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第一二极管（D1）、第一稳压管（ZD1）、第二稳压管（ZD2）和变压输出电路，所述电压输入端通过第一电容（C1）与地连接，所述电压输入端与变压输出电路的第一输入端连接，所述变压输出电路的第二输入端与开关管（M）的漏极连接，所述开关管（M）的漏极通过第一电阻（R1）与第一二极管（D1）的正极端连接，所述第一二极管（D1）的负极端通过第二电容（C2）与地连接，所述第一二极管（D1）的负极端与第二晶体管（Q2）的集电极连接，所述第一二极管（D1）的负极端还通过第二电阻（R2）与第一晶体管（Q1）的基极连接，所述第一晶体管（Q1）的基极通过第三电容（C3）与地连接，所述第一晶体管（Q1）的基极还与第一稳压管（ZD1）的阴极连接，所述开关管（M）的源极和第一稳压管（ZD1）的阳极均与地连接，所述第一晶体管（Q1）的集电极与第二晶体管（Q2）的基极连接，所述第一晶体管（Q1）的发射极通过第三电阻（R3）与地连接，所述第一晶体管（Q1）的发射极还与第二稳压管（ZD2）的阳极连接，所述第二晶体管（Q2）的发射极与第二稳压管（ZD2）的阴极连接，所述第二稳压管（ZD2）的阴极通过第四电容（C4）与地连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路，其特征在于：所述变压输出电路包括变压器（T）、第二二极管（D2）、第五电容（C5）和负载电阻（R），所述电压输入端与变压器（T）的第一输入端连接，所述变压器（T）的第二输入端与开关管（M）的漏极连接，所述第五电容（C5）和负载电阻（R）并联后接在变压器（T）的第一输出端和第二二极管（D2）的负极端之间，所述变压器（T）的第二输出端与第二二极管（D2）的正极端连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路，其特征在于：所述开关管（M）为N沟道增强型场效应管晶体管。

4.根据权利要求1所述的一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路，其特征在于：所述第一晶体管（Q1）为NPN双极型晶体管。

5.根据权利要求1所述的一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路，其特征在于：所述第二晶体管（Q2）为PNP双极型晶体管。