CN104993682A

CN104993682A - 一种反激变换器漏感吸收及回馈电路

Info

Publication number: CN104993682A
Application number: CN201510381336.1A
Authority: CN
Inventors: 戴二虎; 黄桃
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2015-10-21

Abstract

本发明公开了一种反激变压器漏感能量吸收及回馈电路，属于集成电路技术领域。本发明电路将漏感能量吸收和回馈电路结合在一起，由钳位电容C1和钳位开关管S2构成，结构简单可靠，控制方便。相对于传统的RCD吸收方式，电容C1的作用只是将漏感能量吸收起来，在开关管导通时，将漏感能量释放到主电路中，实现了漏感能量的吸收与回馈，有效的提高了反激变换器的效率。同时由于开关管S2与S1的导通时序相同，大大简化了对于S2时序驱动设计的要求，这种控制方式也适用于任何模式的反激变换电路。本电路结构在小功率的反激变换器中很有优势。

Description

一种反激变换器漏感吸收及回馈电路

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，特别是涉及反激变压器漏感能量吸收回馈电路。

背景技术

反激变换器由于结构简单、成本低廉、器件数量少、易于控制、支持多种输出电压等优点，在小功率电源、小功率逆变器等场合普遍使用。近年来，为了实现更高的效率和更小的体积，变换器的工作频率有了很大的提高。然而，随着工作频率的不断上升，反激变压器漏感损耗成为制约变换器转换效率的一个重要瓶颈。

反激变压器的漏感能量吸收和回馈电路是极其必要的，它将漏感能量吸收并释放到主功率电路中，消除了反激主开关管的关断电压尖峰，因而能有效的提升反激变换器的效率及其可靠性。目前现有的方案有无源RCD吸收耗散方案、无源LCD吸收回馈方案、传统有源钳位方案、无源钳位+有源吸收方案等。其中无源RCD吸收耗散电路方案如图1所示，该电路只能通过将吸收到的漏感能量通过电阻R2耗散掉，以减小主开关管的电压应力，但不能回馈漏感能量，无法提升效率；有源LCD吸收回馈方案结构相对复杂，实现困难。传统有源钳位方案由于主管和钳位管互补导通，钳位管会影响主管的工作状态，反激电路不能工作在断续和临界断续模式，因而不能应用到目前广泛应用的临界断续反激方案中；无源钳位+有源吸收方案中有源吸收电路一般由buck或反激电路构成，拓扑结构和控制方法都很复杂，且回馈时buck和反激电路效率并不高，吸收效果不佳。

发明内容

本发明所要解决的现有技术的上述问题，提供一种通用且简单、可靠、高效的反激变压器漏感能量吸收和回馈电路。

本发明适用于连续、断续、临界断续等工作模式下的反激电路，解决了现有临界断续工作模式反激变压器漏感能量吸收和回馈电路及其控制过于复杂的问题，提高了反激电路的可靠性及效率。

本发明解决上述所说技术问题所采用的技术方案是：

一种反激变换器漏感吸收及回馈电路，其结构如图2所示，包括反激电路主晶体管S1、N沟道MOSFET钳位管S2、钳位电容C1、反激变压器T1、次级整流二极管D1、滤波电容Co及负载电阻R1；所述钳位管S2的源极与主晶体管S1的漏极相连，钳位管S2的漏极与钳位电容C1的正端相连，钳位电容C1的负端与电源的正极相连，主晶体管S1的源极与电源的负极连接；所述反激变压器T1原边的同名端与电源的正极相连，其原边的异名端与主开关晶体管S1的漏极连接，其副边的异名端与输出整流二极管D1的输入端相连，二极管D1的输出端接依次并联加载输出滤波电容Co和负载电阻R1。

本发明提供的电路中，反激变压器漏感能量吸收和回馈电路一体，仅由一个钳位管和一个钳位电容构成，钳位管提供漏感能量吸收和释放的通道，钳位电容则是漏感能量暂时存储的介质；钳位管和主晶体管非互补导通控制，使得该吸收和回馈电路能够适用断续和临界导通(谐振)工作模式反激电路。

本电路在工作时，所述钳位管和主晶体管同时导通或同时断开，通过这一设计，极大的简化了对于钳位管的时序设计以及驱动设计要求。进一步的，可在钳位管S2及主晶体管S1的栅极分别连接一个驱动电路，通过两个驱动电路控制所述钳位管和主晶体管同时导通或同时断开；钳位管和主管同时导通或关断，不干涉断续和临界断续模式反激变换器励磁电感电流复位到零后，励磁电感与结电容的谐振过程，因而本发明提供的反激变压器漏感能量吸收和回馈电路机器控制方法适用于各种工作模式的反激电路。

本发明的有益效果是：

本发明提供的电路结构简单可靠，吸收和回馈电路为一体；其中钳位管的开关状态不影响主管的工作，适用断续、临界断续、连续工作模式反激电路；同时，漏感能量被钳位电容可靠吸收，消除了反激电路主功率管的电压尖峰，提高了反激电路的可靠性，而钳位电容吸收到的漏感能量能完全释放到主功率电路，提高了反激电路的效率。

附图说明

图1为传统的无源RCD吸收耗散电路示意图；

图2为本发明提供的反激变换器漏感能量吸收和回馈电路的电路原理图；

图3是本发明主晶体管S1导通了一段时间后的电流流向示意图；

图4是本发明主晶体管S1关断时电流流向示意图；

图5是本发明主晶体段S2导通瞬间电流流向示意图；

图6是本发明主晶体管S1和钳位管S2的通关状态以及钳位电容的电压、电流波形。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

图1为传统的RCD漏感能量吸收回馈电路，其中漏感能量通过二极管D2传导到C1电容存储起来，实现漏感能量的回收，然后通过电阻R2将漏感能量消耗掉。

图2是本发明的工作电路原理图，图中由反激变压器T1原边的同名端与输入电压相连，主开关管S1的漏极与反激变压器T1原边的异名端相连，钳位电容C1负端与输入电源正极相连，C1的正端与钳位管S2的漏极相连，钳位管S2的源极与主晶体管S1的漏极相连。反激变压器T1副边的异名端接输出整流二极管D1的输入端，二极管D1的输出端依次并联加载输出滤波电容Co和负载电阻R1。

图3是主开关管S1关断一段时间后电流流向示意图。此时，主开关管S1和钳位管S2都处于导通状态，钳位电容C1中存储的漏感能量通过钳位管S2流出到主晶体管S1中，由于S1的漏极近似为接地状态，所以钳位电容里存储的漏感能量会全部释放到主电路当中，实现了反激漏感能量吸收和回馈。

图4是主开关管S1关断瞬间时的电流流向示意图。此时主开关管S1处于关闭状态，反激电压器的漏感能量释放出来，通过钳位管S2的体二极管流到钳位电容C1里存储起来，实现了反激漏感能量的吸收。

图5是主开关管S1刚导通的电路流向示意图。此时，主开关管S1和钳位管S2都处于导通状态，开关管S1的漏极近似为接地，钳位电容的电平远大于主开关管S1漏极的电平，所以钳位电容上存储的漏感能量会通过钳位管S2流出到主开关管S1,将能量反馈回主电路。

图6是主开关段S1和钳位管S2以及钳位电容的电压电流波形。漏感能量的吸收是通过钳位管S2的体二极管流入到钳位电容储存起来。此时电容电压会上升。当漏感能量全部流入到钳位电容时，电流为零，电容的电压上升到最大值。实现漏感能量的吸收。当主开关管S1和钳位管S2导通时，钳位电容储存的漏感能量通过钳位管S2流出到主电路，钳位电容的电压开始下降，电流开始上升，最终变为零，实现了漏感能量的回馈。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种反激变换器漏感吸收及回馈电路，包括反激电路主晶体管S1、钳位电容C1、反激变压器T1、次级整流二极管D1、滤波电容Co及负载电阻R1，其特征在于，还包括N沟道MOSFET钳位管S2，所述钳位管S2的源极与主晶体管S1的漏极相连，钳位管S2的漏极与钳位电容C1的正端相连，钳位电容C1的负端与电源的正极相连，主晶体管S1的源极与电源的负极连接；所述反激变压器T1原边的同名端与电源的正极相连，其原边的异名端与主开关晶体管S1的漏极连接，其副边的异名端与输出整流二极管D1的输入端相连，二极管D1的输出端接依次并联加载输出滤波电容Co和负载电阻R1。

2.根据权利要求1所述的反激变换器漏感吸收及回馈电路，其特征在于，所述电路在工作时，所述钳位管S2和主晶体管S1同时导通或同时断开。

3.根据权利要求2所述的反激变换器漏感吸收及回馈电路，其特征在于，钳位管S2及主晶体管S1的栅极分别连接一个驱动电路，通过两个驱动电路控制所述钳位管和主晶体管同时导通或同时断开。