CN107154727B - 一种有源吸收自驱动电路 - Google Patents

一种有源吸收自驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种有源吸收自驱动电路，包括，一第一开关单元，连接于一主变压器的输出电压侧的第一端和一参考节点之间；一第二开关单元，连接于主变压器的输出电压侧的第二端和参考节点之间；一有源吸收单元，与第一开关单元或第二开关单元并联，有源吸收单元包括一钳位电容和与钳位电容串联的一第一开关管；一自驱动单元，包括充放电支路，于第一开关单元和第二开关单元交替导通与关断中可切换地充电及放电，以实现对有源吸收单元的控制。本发明针对主变压器的副边多开关单元交替开通、关断的电路拓扑，利用各开关单元交替开通、关断时的能量与时序，实现对有源吸收单元的控制，电路结构简单，无需额外逻辑信号发生电路，无需辅助电压源。

Description

一种有源吸收自驱动电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种有源吸收电路。
背景技术
开关器件是开关电源中的重要元件，其电压耐受能力直接影响器件的成本与性能。由于实际电路设计中寄生参数的存在，尤其是寄生电感的存在，在开关器件开通、关断时会引起开关器件寄生电容与电路中寄生电感的谐振，在开关器件两端形成电压尖峰，从而增加了开关器件的电压应力，带来额外的损耗，产生更大的电磁污染。因此，开关器件两端由寄生参数引起的电压尖峰是开关电源设计中一个普遍存在的棘手问题，极大限制了开关电源产品的性能、增加了成本、延长了产品的开发周期；针对这一问题，现有技术中采用有源吸收电路是一种主要的解决方法，然而，有源吸收电路由于有源开关器件的存在，电路结构与控制方法复杂，尤其针对副边整流管的吸收电路，由于电路原、副边需要隔离，副边有源吸收电路的驱动信号非常难以产生，而产生该控制信号的成本、电路设计空间较高，限制了有源吸收电路的应用；而且，有源吸收电路通常需要副边辅助电源为控制、驱动电路提供能量，在变换器开、关机及短路、过流等异常工作状态，辅助电压源处于非正常状态，阻碍了有源吸收电路在该工作状态下的正常工作，造成变换器在开、关机及短路、过流等异常工作状态时，开关管电压应力异常增加。此类问题的存在，限制了有源吸收电路的广泛应用。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明旨在提供一种有源吸收自驱动电路，具体包括：
一种有源吸收自驱动电路，包括，
一第一开关单元，连接于一主变压器(T1)的输出电压侧的第一端和一参考节点(X)之间；
一第二开关单元，连接于所述主变压器(T1)的输出电压侧的第二端和所述参考节点(X)之间，所述第二开关单元与所述第一开关单元交替导通与关断；
一有源吸收单元，与所述第一开关单元或所述第二开关单元并联，所述有源吸收单元包括一钳位电容(C1)和与所述钳位电容(C1)串联的一第一开关管(Q1)；
一自驱动单元，所述自驱动单元包括充放电支路，所述自驱动单元于所述第一开关单元和所述第二开关单元交替导通与关断中可切换地充电及放电，以实现对所述有源吸收单元的控制。
本发明的一种有源吸收自驱动电路，所述充放电支路包括一第二开关管(Q2)、一第三电容(C3)、一第一电阻(R1)、一第一二极管(D1)，所述第一二极管(D1)的两端并联一第四电阻(R4)；
所述第二开关管(Q2)的栅极通过一第二电阻(R2)连接所述主变压器(T1)的输出电压侧的第一端；所述第二开关管(Q2)的源极连接所述主变压器(T1)的输出电压侧的第二端，所述第二开关管(Q2)的漏极与所述第三电容(C3)连接，所述第三电容(C3)通过所述第一电阻(R1)连接所述第一开关管(Q1)的栅极。
本发明的一种有源吸收自驱动电路，所述充放电支路通过所述第二开关管(Q2)、所述第一电阻(R1)、所述第一二极管(D1)对所述第三电容(C3)充电；
所述第三电容(C3)电压通过所述第一电阻(R1)、所述第四电阻(R4)、所述第二开关单元、所述第二开关管(Q2)放电。
本发明的一种有源吸收自驱动电路，所述充放电支路包括一第二开关管(Q2)、一第三电容(C3)、一第一电阻(R1)、一第一二极管(D1)，所述第一二极管(D1)的两端并联一第四电阻(R4)；
所述第二开关管(Q2)的栅极通过一第二电阻(R2)连接所述主变压器(T1)的输出电压侧的第二端；所述第二开关管(Q2)的源极连接所述主变压器(T1)的输出电压侧的第一端，所述第二开关管(Q2)的漏极与所述第三电容(C3)连接，所述第三电容(C3)通过所述第一电阻(R1)连接所述第一开关管(Q1)的栅极。
本发明的一种有源吸收自驱动电路，所述充放电支路通过所述第二开关管(Q2)、所述第一电阻(R1)、所述第一二极管(D1)对所述第三电容(C3)充电；
所述第三电容(C3)电压通过所述第一电阻(R1)、所述第四电阻(R4)、所述第一开关单元、所述第二开关管(Q2)放电。
本发明的一种有源吸收自驱动电路，所述第一二极管(D1)的正极与所述第一电阻(R1)连接，所述第一二极管(D1)的负极与所述参考节点(X)连接。
本发明的一种有源吸收自驱动电路，所述第一开关单元采用一续流管，所述续流管的漏极与所述主变压器(T1)的输出电压侧的第一端连接，所述续流管的源极与所述参考节点(X)连接。
本发明的一种有源吸收自驱动电路，所述第二开关单元采用一整流管，所述整流管的漏极与所述主变压器(T1)的输出电压侧的第二端连接，所述整流管的源极与所述参考节点(X)连接。
本发明的一种有源吸收自驱动电路，还包括一输出滤波电感及一输出滤波电容，相互串联地连接于所述主变压器(T1)的输出电压侧的第一端和所述参考节点(X)之间，所述输出滤波电容的两端并联负载电阻。
本发明的一种有源吸收自驱动电路，还包括：
一主开关支路，所述主开关支路上连接一原边主管(QMAIN)；
一辅开关支路，与所述主开关支路并联，包括一钳位P沟道MOSFET管(QAUX)及一钳位电容(Cclamp)；所述主开关支路与所述辅开关支路交替导通及关断。
有益效果：本发明针对主变压器的副边存在多开关单元，并且多开关单元交替开通、关断的电路拓扑，利用各开关单元交替开通、关断时的能量与时序，实现对有源吸收单元的控制，电路结构简单，无需额外逻辑信号发生电路，无需辅助电压源。
附图说明
图1为本发明的一种具体实施例的电路结构图；
图2为本发明的图1中主要器件的工作波形图。
具体实施方式
下方将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下方结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参照图1，一种有源吸收自驱动电路，其中，包括，
一第一开关单元，连接于一主变压器(T1)的输出电压侧的第一端和一参考节点(X)之间；
一第二开关单元，连接于主变压器(T1)的输出电压侧的第二端和参考节点(X)之间，第二开关单元与第一开关单元交替导通与关断；
一有源吸收单元，与第一开关单元或第二开关单元并联，有源吸收单元包括一钳位电容(C1)和与钳位电容(C1)串联的一第一开关管(Q1)；
一自驱动单元，自驱动单元包括充放电支路，自驱动单元于第一开关单元和第二开关单元交替导通与关断中可切换地充电及放电，以实现对有源吸收单元的控制。
本发明针对主变压器的副边存在多开关单元，并且多开关单元交替开通、关断的电路拓扑，利用各开关单元交替开通、关断时的能量与时序，实现对有源吸收单元的控制，电路结构简单，无需额外逻辑信号发生电路，无需辅助电压源。
本发明的一种具体实施例，如图1所示，充放电支路包括一第二开关管(Q2)、一第三电容(C3)、一第一电阻(R1)、一第一二极管(D1)，第一二极管(D1)的两端并联一第四电阻(R4)；
第二开关管(Q2)的栅极通过一第二电阻(R2)连接主变压器(T1)的输出电压侧的第一端；第二开关管(Q2)的源极连接主变压器(T1)的输出电压侧的第二端，第二开关管(Q2)的漏极与第三电容(C3)连接，第三电容(C3)通过第一电阻(R1)连接第一开关管(Q1)的栅极。
充放电支路通过第二开关管(Q2)、第一电阻(R1)、第一二极管(D1)对第三电容(C3)充电；
第三电容(C3)电压通过第一电阻(R1)、第四电阻(R4)、第二开关单元、第二开关管(Q2)放电。
本发明的另一种具体实施例，有源吸收单元并联于第二开关单元两边，相应地，充放电支路包括一第二开关管(Q2)、一第三电容(C3)、一第一电阻(R1)、一第一二极管(D1)，第一二极管(D1)的两端并联一第四电阻(R4)；
第二开关管(Q2)的栅极通过一第二电阻(R2)连接主变压器(T1)的输出电压侧的第二端；第二开关管(Q2)的源极连接主变压器(T1)的输出电压侧的第一端，第二开关管(Q2)的漏极与第三电容(C3)连接，第三电容(C3)通过第一电阻(R1)连接第一开关管(Q1)的栅极。
充放电支路通过第二开关管(Q2)、第一电阻(R1)、第一二极管(D1)对第三电容(C3)充电；
第三电容(C3)电压通过第一电阻(R1)、第四电阻(R4)、第一开关单元、第二开关管(Q2)放电。
本发明的有源吸收自驱动电路，第一二极管(D1)的正极与第一电阻(R1)连接，第一二极管(D1)的负极与参考节点(X)连接。
本发明的有源吸收自驱动电路，第一开关单元采用一续流管，续流管的漏极与主变压器(T1)的输出电压侧的第一端连接，续流管的源极与参考节点(X)连接。
本发明的有源吸收自驱动电路，第二开关单元采用一整流管，整流管的漏极与主变压器(T1)的输出电压侧的第二端连接，整流管的源极与参考节点(X)连接。
本发明的有源吸收自驱动电路，还包括一输出滤波电感(LF)及一输出滤波电容(Cout)，相互串联地连接于主变压器(T1)的输出电压侧的第一端和参考节点(X)之间，输出滤波电容的两端并联负载电阻(Rload)。
本发明的有源吸收自驱动电路，
主变压器(T1)的原边包括：还包括：
一主开关支路，主开关支路上连接一原边主管(QMAIN)；
一辅开关支路，与主开关支路并联，包括一钳位P沟道MOSFET管(QAUX)及一钳位电容(Cclamp)；主开关支路与辅开关支路交替导通及关断。
以下针对第一种具体实施例，并结合图2对本发明的工作原理进行介绍如下：
t0时刻前，主变压器(T1)的输出电压侧的第一端即(VTSEC)点端为正，第二开关单元导通，第一开关单元两端承受反向电压，第一开关单元的电压(VQFW)为正；
t0时刻时，主变压器(T1)原边的主开关支路关断，第一开关单元两端电压下降，当下降至零开通主变压器(T1)原边的辅开关支路，后第二开关单元与第一开关单元换流，第二开关单元两端电压(VQFR)上升，当第二开关单元两端电压(VQFR)上升时，由于第二开关管(Q2)两端存在寄生体二极管，第二开关单元两端电压(VQFR)通过充放电支路的第二开关管(Q2)、第一电阻(R1)、第一二极管(D1)对第三电容(C3)充电；至第三电容(C3)两端电压稳定在第二开关单元两端电压上；由于第一二极管(D1)导通，同时第四电阻(R4)的存在，第一开关管(Q1)基极电压VQ1GS为零，有源吸收支路中第一开关管(Q1)关断；
t1时刻时，关断主变压器(T1)原边的辅开关支路，第二开关单元两端电压(VQFR)下降，由于此时第二开关管(Q2)的栅源电压(GS电压)为负电压，第二开关管(Q2)截止关断，第三电容(C3)电压维持不变，此时，由于所述第四电阻(R4)的存在，所述第一开关管(Q1)基极电压VQ1GS为零，所述第一开关管(Q1)关断；
t2时刻，主变压器(T1)原边的主开关支路开通，第一开关单元电压(VQFW)升高；
t3时刻，当第一开关单元电压(VQFW)升至第二开关管(Q2)门限电压时，第二开关管(Q2)导通；第三电容(C3)电压反并在第一开关管(Q1)的栅源端(GS端)，通过第一电阻(R1)、第二开关单元组成的反向充电支路向第一开关管(Q1)的栅源端(GS端)反向充电，第一开关管(Q1)的基极电压(VQ1GS)反向增加；可适当调整第一电阻(R1)的阻值，使得第一开关管(Q1)的导通时间延后，确保第二开关单元两端电压(VQFR)上升到大于等于钳位电容(C1)电压，第一开关管(Q1)的寄生体二极管导通后再开通第一开关管(Q1)，第一开关管(Q1)的寄生体二极管导通后，钳位电容(C1)与变压器的漏感及电路中寄生电感谐振，吸收寄生电感中的储能，由于钳位电容(C1)容值较大，而漏感较小，谐振过程中电容电压变化较小，起到了钳位作用，实现了对第一开关单元的有源吸收，抑制了第二开关单元的电压尖峰；
t4时刻时，第一开关管(Q1)的基极电压(VQ1GS)达到其门限电压，第一开关管(Q1)导通，在钳位电容(C1)与变压器漏感及电路中寄生电感谐振过程中，钳位电容(C1)达到峰值后通过输出滤波电感LF将储能释放，达到变压器副边电压(VTSEC)后稳定不变，由于第四电阻(R4)的存在，第三电容(C3)电压通过充放电支路的第四电阻(R4)、第二开关单元、第二开关管(Q2)、第一电阻(R1)放电；
至t5时刻，第一开关管(Q1)的基极电压(VQ1GS)低于第二开关管(Q2)的门限电压，第二开关管(Q2)关断，有源吸收过程结束。
忽略第一开关管的导通损耗及各有源器件的驱动损耗，近似认为此有源吸收过程无损耗。
本发明的第二种实施例的原理与第一种具体实施例类同，在此不作赘述。本发明可广泛推广适用于双管正激电路、三绕组复位正激、谐振复位正激、有源嵌位正激、正反激等电路副边整流电路开关器件有源吸收单元的自驱动，半桥或全桥副边的全波、倍流、全桥等整流电路开关器件的有源吸收单元的自驱动，及其它变换器副边采用多开关管整流的开关管有源吸收单元的自驱动。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种有源吸收自驱动电路，其特征在于，包括，
一第一开关单元，连接于一主变压器(T1)的输出电压侧的第一端和一参考节点(X)之间；
一第二开关单元，连接于所述主变压器(T1)的输出电压侧的第二端和所述参考节点(X)之间，所述第二开关单元与所述第一开关单元交替导通与关断；
一有源吸收单元，与所述第一开关单元并联，所述有源吸收单元包括一钳位电容(C1)和与所述钳位电容(C1)串联的一第一开关管(Q1)；
一自驱动单元，所述自驱动单元包括充放电支路，所述自驱动单元于所述第一开关单元和所述第二开关单元交替导通与关断中可切换地充电及放电，以实现对所述有源吸收单元的控制；
所述充放电支路包括一第二开关管(Q2)、一第三电容(C3)、一第一电阻(R1)、一第一二极管(D1)，所述第一二极管(D1)的两端并联一第四电阻(R4)；
所述第二开关管(Q2)的栅极通过一第二电阻(R2)连接所述主变压器(T1)的输出电压侧的第一端；所述第二开关管(Q2)的源极连接所述主变压器(T1)的输出电压侧的第二端，所述第二开关管(Q2)的漏极与所述第三电容(C3)连接，所述第三电容(C3)通过所述第一电阻(R1)连接所述第一开关管(Q1)的栅极；
所述第一二极管(D1)的正极与所述第一电阻(R1)连接，所述第一二极管(D1)的负极与所述参考节点(X)连接；
还包括一输出滤波电感及一输出滤波电容，相互串联地连接于所述主变压器(T1)的输出电压侧的第一端和所述参考节点(X)之间，所述输出滤波电容的两端并联负载电阻。
2.根据权利要求1所述的一种有源吸收自驱动电路，其特征在于，所述充放电支路通过所述第二开关管(Q2)、所述第一电阻(R1)、所述第一二极管(D1)对所述第三电容(C3)充电；
所述第三电容(C3)电压通过所述第一电阻(R1)、所述第四电阻(R4)、所述第二开关单元、所述第二开关管(Q2)放电。
3.根据权利要求1所述的一种有源吸收自驱动电路，其特征在于，所述第一开关单元采用一续流管，所述续流管的漏极与所述主变压器(T1)的输出电压侧的第一端连接，所述续流管的源极与所述参考节点(X)连接。
4.根据权利要求1所述的一种有源吸收自驱动电路，其特征在于，所述第二开关单元采用一整流管，所述整流管的漏极与所述主变压器(T1)的输出电压侧的第二端连接，所述整流管的源极与所述参考节点(X)连接。
5.根据权利要求1所述的一种有源吸收自驱动电路，其特征在于，所述主变压器(T1)的原边包括：
一主开关支路，所述主开关支路上连接一原边主管(QMAIN)；
一辅开关支路，与所述主开关支路并联，包括一钳位P沟道MOSFET管(QAUX)及一钳位电容(Cclamp)；所述主开关支路与所述辅开关支路交替导通及关断。
6.根据权利要求1所述的一种有源吸收自驱动电路，其特征在于，应用于双管正激电路、或三绕组复位正激电路、或谐振复位正激电路、或有源钳位正激电路、或正反激电路的副边整流单元开关器件有源吸收单元的自驱动。
7.根据权利要求1所述的一种有源吸收自驱动电路，其特征在于，应用于半桥或全桥副边的全波整流电路或倍流整流电路或全桥整流电路开关器件的有源吸收单元的自驱动。
8.一种有源吸收自驱动电路，其特征在于，包括，
一第一开关单元，连接于一主变压器(T1)的输出电压侧的第一端和一参考节点(X)之间；
一第二开关单元，连接于所述主变压器(T1)的输出电压侧的第二端和所述参考节点(X)之间，所述第二开关单元与所述第一开关单元交替导通与关断；
一有源吸收单元，与所述第二开关单元并联，所述有源吸收单元包括一钳位电容(C1)和与所述钳位电容(C1)串联的一第一开关管(Q1)；
一自驱动单元，所述自驱动单元包括充放电支路，所述自驱动单元于所述第一开关单元和所述第二开关单元交替导通与关断中可切换地充电及放电，以实现对所述有源吸收单元的控制；
所述充放电支路包括一第二开关管(Q2)、一第三电容(C3)、一第一电阻(R1)、一第一二极管(D1)，所述第一二极管(D1)的两端并联一第四电阻(R4)；
所述第二开关管(Q2)的栅极通过一第二电阻(R2)连接所述主变压器(T1)的输出电压侧的第二端；所述第二开关管(Q2)的源极连接所述主变压器(T1)的输出电压侧的第一端，所述第二开关管(Q2)的漏极与所述第三电容(C3)连接，所述第三电容(C3)通过所述第一电阻(R1)连接所述第一开关管(Q1)的栅极；
所述第一二极管(D1)的正极与所述第一电阻(R1)连接，所述第一二极管(D1)的负极与所述参考节点(X)连接；
还包括一输出滤波电感及一输出滤波电容，相互串联地连接于所述主变压器(T1)的输出电压侧的第一端和所述参考节点(X)之间，所述输出滤波电容的两端并联负载电阻。
9.根据权利要求8所述的一种有源吸收自驱动电路，其特征在于，所述充放电支路通过所述第二开关管(Q2)、所述第一电阻(R1)、所述第一二极管(D1)对所述第三电容(C3)充电；
所述第三电容(C3)电压通过所述第一电阻(R1)、所述第四电阻(R4)、所述第一开关单元、所述第二开关管(Q2)放电。
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