CN108418409A - 缓存尖峰电压开关管及带有该开关管的开关电源拓扑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了缓存尖峰电压开关管及带有该开关管的开关电源拓扑,缓存尖峰电压开关管包括开关管本体,所述开关管本体的一引脚连接第一二极管的阳极,第一二极管的阴极连接第二二极管的阳极,同时第一二极管的阴极连接尖峰电压吸收电容的一端,尖峰电压吸收电容的另一端连接到开关管本体的另一引脚。能够吸收尖峰电压,从而延长开关管寿命,防止出现击穿损坏;吸收并再次利用尖峰能量,减少能量损耗。

Description

缓存尖峰电压开关管及带有该开关管的开关电源拓扑
技术领域
本发明涉及开关管技术领域,尤其涉及缓存尖峰电压开关管及带有该开关管的开关电源拓扑。
背景技术
现有的开关管(如:MOSFET、IGBT、三级管、可控硅)实际应用过程中其电流通路的两极(如:MOSFET为源级和漏极)经常出现尖峰电压,尤其在高频应用场合(如:开关电源)中尖峰电压更为明显。该尖峰电压通常导致能量损耗,开关管寿命缩短,甚至导致击穿损坏。
通常峰值电压吸收电路采用图10-图13所示的RCD电路和RC电路的结构,其缺点是其采用消耗能量的方式吸收峰值电压能量,虽能防止开关管击穿,但是其不能减少损耗,且导致温度上升,散热困难,器件寿命降低等问题。
现有的结构还有的将尖峰电压引回输入端,这样的转化率较低。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题,提供缓存尖峰电压开关管及带有该开关管的开关电源拓扑,既能吸收尖峰电压,从而延长寿命防止击穿;又能将尖峰能量再次利用,减少能量损耗。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
缓存尖峰电压开关管,包括开关管本体,所述开关管本体的一引脚连接第一二极管的阳极,第一二极管的阴极连接第二二极管的阳极,同时第一二极管的阴极连接尖峰电压吸收电容的一端,尖峰电压吸收电容的另一端连接到开关管本体的另一引脚。
所述开关管本体为MOSFET、三极管或可控硅。
带有所述缓存尖峰电压开关管的开关电源拓扑,包括电源,所述电源的正极同时连接电阻R的一端、电容C1的一端、电容C2的一端及电感L的一端,电阻R的另一端和电容C2的另一端同时连接开关管S2的一端,电容C1的另一端连接电源的负极;开关管S2的另一端和电感L的另一端同时连接所述缓存尖峰电压开关管。
开关管S2的另一端和电感L的另一端同时连接所述缓存尖峰电压开关管的第一二极管的阳极。
所述缓存尖峰电压开关管的第二二极管的阴极连接到所述电阻R、电容C1及开关管S2的公共连接点。
所述开关管本体与尖峰电压吸收电容的公共端连接所述电源的负极。
所述开关管本体为可控开关管,都与开关管控制及驱动单元连接。
所述开关管本体为MOSFET。
所述开关管本体为三极管。
所述开关管本体可控硅。
本发明的有益效果:
1、吸收尖峰电压,从而延长开关管寿命,防止出现击穿损坏。
2、吸收并再次利用尖峰能量,减少能量损耗。
3、将尖峰能量直接泵向输出端,转化效率较高,损耗较小。
附图说明
图1为缓存尖峰电压开关管的电路结构;
图2(a)为削峰前的波形;图2(b)为削峰后的波形;
图3为开关管的等效串联电感模型;
图4为可以缓存尖峰电压的原理;
图5为本发明带有缓存尖峰电压开关管的开关电源拓扑;
图6为开关管为MOSFET的实施例;
图7为开关管为三极管的实施例;
图8为开关管为IGBT的实施例;
图9为开关管为可控硅的实施例;
图10为RCD式吸收尖峰电压的拓扑;
图11为RCD式吸收尖峰电压的拓扑的一种实例;
图12为RC电路式吸收尖峰电压的拓扑;
图13为RC电路式吸收尖峰电压的拓扑的一种实例。
1.缓存尖峰电压开关管。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1所示,缓存尖峰电压开关管,包括开关管本体S10,所述开关管本体的一引脚连接第一二极管D11的阳极,第一二极管D11的阴极连接第二二极管D12的阳极,同时第一二极管D11的阴极连接尖峰电压吸收电容的一端,尖峰电压吸收电容的另一端连接到开关管本体S10的另一引脚。
所述开关管本体S10可以为MOSFET、IGBT、三级管或可控硅。
S10为开关管本体,D11、D12为二极管,C13为尖峰电压吸收电容。其工作原理为S10中有较大电流自上而下流过,在其突然断开时,由于电路中的寄生电感的作用S10上端相对于下端的电压瞬间出现尖峰,此时二极管D11导通,C13将过高的尖峰电压携带的尖峰能量吸收。当D12达到导通电压之后C13又将能量释放出去。其能量吸收效果如图2(a)-图2(b)所示。
寄生电感可引起开关管的尖峰电流的产生。如图3所示,Ls为开关管的ESL(等效串联电感),Ls即视为器件的引脚和PCB引线带来的电感,实际应用中电感分布如图4中左侧电路所示,包括Ls1和Ls2,本发明中的二极管D11阳极理论上就是接于LS与理想理想开关管之间,如图4右侧电路所示,只不过完全将LS消除是不可能的,故实际应用中尽量使D11阳极与开关管的上端距离小,以使LS的一部分LS2趋近于0,最终近似达到图4中右侧电路所示效果。
带有缓存尖峰电压开关管的开关电源拓扑,如图5所示,包括电源,所述电源的正极同时连接电阻R的一端、电容C1的一端、电容C2的一端及电感L的一端,电阻R的另一端和电容C2的另一端同时连接开关管S2的一端,电容C1的另一端连接电源的负极;开关管S2的另一端和电感L的另一端同时连接所述缓存尖峰电压开关管1。
开关管S2的另一端和电感L的另一端同时连接所述缓存尖峰电压开关管的第一二极管的阳极。
所述缓存尖峰电压开关管的第二二极管的阴极连接到所述电阻R、电容C1及开关管S2的公共连接点。
所述开关管本体与尖峰电压吸收电容的公共端连接所述电源的负极。
该拓扑应用了缓存尖峰电压开关管,可以将S1的上的尖峰电压吸收再释放出去,达到图2(b)所示目的。
带有缓存尖峰电压开关管的开关电源拓扑提供以下几个实施例,开关管本体分别为MOSFET、三极管、IGBT及可控硅时的具体实施例。
实施例二
如图6所示,带有缓存尖峰电压开关管的开关电源拓扑,为一种开关电源,其下桥S1采用的开关管为MOSFET,栅极连接开关管控制及驱动单元。S1和S2开关的时序图互补,即此开彼关。当S1开启时,电池中的流过电感L和S1,电感L储存能量。当S1断开时S2闭合,电感L释放能量电流流过S2。但是,S1断开的瞬间,实际情况下S1漏源极电压会突然升高,此时D11导通C13将电压峰值携带的能量吸收。S1再次闭合之后,C13将刚才的能量通过D12释放。开关管控制及驱动单元负责控制开关管的开通占空比已经驱动开关管的通断。
实施例三
如图7所示,带有缓存尖峰电压开关管的开关电源拓扑,其下桥S11采用的开关管为三极管,三极管的基极连接开关管控制及驱动单元,发射极连接电源的负极以及电容C13的一端。
实施例四
如图8所示,带有缓存尖峰电压开关管的开关电源拓扑,其下桥S21采用的开关管为IGBT。
实施例五
如图9所示,带有缓存尖峰电压开关管的开关电源拓扑,其下桥S31采用的开关管为可控硅。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.缓存尖峰电压开关管,其特征是,包括开关管本体,所述开关管本体的一引脚连接第一二极管的阳极,第一二极管的阴极连接第二二极管的阳极,同时第一二极管的阴极连接尖峰电压吸收电容的一端,尖峰电压吸收电容的另一端连接到开关管本体的另一引脚。
2.如权利要求1所述缓存尖峰电压开关管,其特征是,所述开关管本体为MOSFET、三极管或可控硅。
3.带有权利要求1所述缓存尖峰电压开关管的开关电源拓扑,其特征是,包括电源,所述电源的正极同时连接电阻R的一端、电容C1的一端、电容C2的一端及电感L的一端,电阻R的另一端和电容C2的另一端同时连接开关管S2的一端,电容C1的另一端连接电源的负极;开关管S2的另一端和电感L的另一端同时连接所述缓存尖峰电压开关管。
4.如权利要求3所述开关电源拓扑,其特征是,开关管S2的另一端和电感L的另一端同时连接所述缓存尖峰电压开关管的第一二极管的阳极。
5.如权利要求3所述开关电源拓扑,其特征是,所述缓存尖峰电压开关管的第二二极管的阴极连接到所述电阻R、电容C1及开关管S2的公共连接点。
6.如权利要求3所述开关电源拓扑,其特征是,所述开关管本体与尖峰电压吸收电容的公共端连接所述电源的负极。
7.如权利要求3所述开关电源拓扑,其特征是,所述开关管本体为可控开关管,都与开关管控制及驱动单元连接。
8.如权利要求3或7所述开关电源拓扑,其特征是,所述开关管本体为MOSFET。
9.如权利要求3或7所述开关电源拓扑,其特征是,所述开关管本体为三极管。
10.如权利要求3或7所述开关电源拓扑,其特征是,所述开关管本体可控硅。
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