CN108631570B - 一种吸收电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸收电路及方法，包括串联开关管电路，R吸收电路，RDC吸收电路和串联开关管驱动电路。串联开关管电路由两个开关管上下串联组成，R吸收电路与串联开关管电路的上管并联抑制电压振荡，RDC吸收电路与串联开关管电路整体并联抑制电压尖峰，串联开关管驱动电路控制串联开关管电路中的两个开关管同时开通和同时关断。本发明能够有效抑制串联开关管电路两端的电压振荡和电压尖峰同时具有较低的损耗。

Description

一种吸收电路及方法
技术领域
本发明涉及开关电源领域，尤其涉及一种抑制电压振荡和电压尖峰的吸收电路及方法。
背景技术
在开关电源领域，采用同步整流技术可以大大提高开关电源的效率，其研究和应用越来越广泛。同步整流技术采用MOSFET替代传统的二极管进行输出侧的整流，由于MOSFET的导通损耗可以比二极管小很多，因此可以降低整流器件的损耗，提高效率。同步整流MOSFET为全控型器件，因此需要同步整流控制器控制同步整流MOSFET的开通和关断。如图1所示为典型的同步整流单端正激变换器的电路原理图，原边PWM控制器控制原边开关管Q1的开通和关断，副边的同步整流控制器控制同步整流MOSFET Q2和同步整流MOSFET Q3的开通和关断。MOSFET器件存在较大的寄生电容，该寄生电容与变压器副边绕组的漏感形成LC寄生振荡回路，在同步整流MOSFET Q3上引起电压尖峰和电压振荡，容易损坏器件并产生电磁干扰。为了抑制同步整流MOSFET Q3上的电压尖峰和电压振荡，通常对同步整流MOSFETQ3并联R吸收回路或RC吸收回路。
图1中所示的电阻R1与同步整流MOSFET Q3并联，形成R吸收回路。当电阻R1取值合适时，R吸收回路能够有效的抑制同步整流MOSFET Q3上的电压尖峰和电压振荡，但是电阻R1上的功率损耗较大，影响电源效率的提升。
图2所示为采用RC吸收回路的同步整流单端正激变换器的电路原理图。图2中的电阻R1与电容C1串联后再与同步整流MOSFET Q3并联，形成RC吸收回路。由于电容C1的存在，降低了电阻R1上的功率损耗，但是对电压尖峰和电压振荡的抑制效果也会明显降低。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提出一种吸收电路及方法，能够有效抑制同步整流MOSFET上的电压尖峰和电压振荡，同时具有较低的损耗。
为达到上述目的，本发明采取的解决方案是：
一种吸收电路，包括串联开关管电路，R吸收电路，RDC吸收电路和串联开关管驱动电路。所述的串联开关管电路由两个MOSFET上下串联组成，上管MOSFET的源极与下管MOSFET的漏极连接，下管MOSFET的源极连接接地端。所述的R吸收电路与串联开关管电路的上管MOSFET并联。所述的RDC吸收电路与串联开关管电路整体并联。所述的串联开关管驱动电路输入端连接同步整流控制器的控制信号输出端，串联开关管驱动电路的输出端分别连接串联开关管电路的上管MOSFET的栅极和源极以及下管MOSFET的栅极。
所述的串联开关管电路取代了传统的同步整流MOSFET。所述的R吸收电路为由变压器副边绕组漏感和MOSFET器件寄生电容形成的LC寄生振动回路增加了阻尼，抑制串联开关管电路的电压振荡。所述的RDC吸收电路可以有效抑制串联开关管电路的电压尖峰。所述串联开关管驱动电路通过一路同步整流控制信号控制串联开关管电路的上管MOSFET和下管MOSFET的开通和关断，并实现上管MOSFET和下管MOSFET的同步开通和同步关断。
本发明与现有技术相比的有益效果：本发明的吸收电路中，为由变压器副边绕组漏感和MOSFET器件寄生电容形成的LC寄生振荡回路提供阻尼的R吸收电路只与所述的串联开关管电路的上管MOSFET并联，当串联开关管电路的上管MOSFET和下管MOSFET开通时，R吸收电路将被短路，当串联开关管电路的上管MOSFET和下管MOSFET关断时，R吸收电路被开路，因此R吸收电路只在LC寄生振荡回路中抑制电压振荡时产生较小的功率损耗(不超过电源额定功率的0.5％)，在大部分工作时间内不产生功率损耗。所述的RDC吸收电路在抑制电压尖峰的同时也具有较低的功率损耗(不超过电源额定功率的0.5％)。因此，本发明既能有效地抑制电压尖峰和电压振荡，又具有较低的功率损耗(吸收电路总功耗通常不超过电源额定功率的1％，而传统的R吸收回路的功率损耗通常可以达到电源额定功率的2％-3％)。
附图说明
图1采用R吸收电路的正激同步整流单端变换器电路原理图；
图2采用RC吸收电路的同步整流单端正激变换器电路原理图；
图3采用本发明吸收电路的同步整流单端正激变换器电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
图3所示为本发明吸收电路的实施例。如图3所示，本发明吸收电路包括串联开关管电路1，R吸收电路2，RDC吸收电路3，串联开关管驱动电路4。
串联开关管电路1由第一MOSFET Q4和第二MOSFET Q5组成。第一MOSFET Q4的源极连接第二MOSFET Q5的漏极，第一MOSFET Q4的漏极连接同步整流单端正激变换器的输出电感L1的输入端。第二MOSFET Q5的源极连接副边地GND。第一MOSFET Q4与第二MOSFET Q5形成串联关系。
R吸收电路2由第一电阻R101组成。第一电阻R101的一端连接第一MOSFET Q4的漏极，另一端连接第一MOSFET Q4的源极。第一电阻R101与第一MOSFET Q4形成并联关系。
所述的第一电阻R101为由变压器副边绕组漏感、第一MOSFET Q4的寄生电容以及第二MOSFET Q5的寄生电容形成的LC寄生振荡回路增加了阻尼，从而抑制了由LC寄生振荡回路引起的电压振荡。
在正常的同步整流工作过程中，第一MOSFET Q4和第二MOSFET Q5同时开通和同时关断。当第一MOSFET Q4和第二MOSFET Q5同时开通时，第一电阻R101被第一MOSFETQ4短路，第一电阻R101上没有电流，不产生功率损耗。当第一MOSFET Q4和第二MOSFETQ5同时关断时，第一电阻R101被第二MOSFET Q5开路，第一电阻R101上没有电压，也不产生功率损耗。因此，在正常的同步整流工作过程中，第一电阻R101不产生功率损耗，第一电阻R101只有在为LC寄生振荡回路提供阻尼时产生部分损耗，且该部分损耗很低。
RDC吸收电路3由第一二极管D101，第二电阻R102，第三电阻R103和第一电容C101组成。第一二极管D101的阳极与第一MOSFET Q4的漏极连接，阴极与第二电阻R102的一端连接，第二电阻R102的另一端连接第一电容C101的一端，第一电容C101的另一端连接副边地GND。第三电阻R103与第一电容C101并联连接。
当电压尖峰出现时，尖峰能量将通过所述RDC吸收电路3的第一电容C101被吸收，电压尖峰因此得到抑制。第二电阻R102为RDC吸收电路3提供阻尼，避免因第一电容C101引起的电压振荡。第三电阻R103为第一电容C101提供放电回路，第三电阻R103的电阻值可以设置很大，只需将第一电容C101所吸收的尖峰能量释放掉即可，因此产生的功率损耗较小。
串联开关管驱动电路4由第二二极管D102和第四电阻R104组成。第二二极管D102的阳极连接第二MOSFET Q5的栅极，同时连接同步整流控制器的控制信号输出端。第二二极管D102的阴极连接第一MOSFET Q4的栅极。第四电阻R104的一端连接第一MOSFET Q4的栅极，另一端连接第一MOSFET Q4的源极。
当同步整流控制器输出控制信号为饱和正压时，第二MOSFET Q5的栅极电压为饱和正压，第二MOSFET Q5立即开通，第一MOSFET Q4的源极被第二MOSFET Q5短接至副边地GND。此时第二二极管D102导通，第一MOSFET Q4的栅极电压比饱和正压低第二二极管D102的管压降，第一MOSFET Q4随即开通。
当同步整流控制器输出控制信号为饱和负压时，第二MOSFET Q5的栅极电压为饱和负压，第二MOSFET Q5立即关断，第二二极管D102截止，第一MOSFET的栅极电荷通过第四电阻R104释放掉，第一MOSFET Q4随即关断。
综上所述，本实施例的吸收电路，经过串联开关管驱动电路4控制串联开关管电路1的两个MOSFET同时开通和同时关断，经过R吸收电路2抑制电压振荡，经过RDC吸收电路3抑制电压尖峰，电路既能保证对电压振荡和电压尖峰的有效抑制，又能避免产生过多的功率损耗而影响电源效率。
以上虽然描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明原理和实现的前提下，可以对这些实施方案做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种吸收电路，其特征在于包括：串联开关管电路（1），R吸收电路（2），RDC吸收电路（3）和串联开关管驱动电路（4）；串联开关管电路（1）由两个MOSFET上下串联组成，上管MOSFET的源极与下管MOSFET的漏极连接，下管MOSFET的源极连接接地端；R吸收电路（2）与串联开关管电路（1）的上管MOSFET并联；RDC吸收电路（3）与串联开关管电路（1）整体并联；串联开关管驱动电路（4）的输入端连接同步整流控制器的控制信号输出端，串联开关管驱动电路（4）的输出端分别连接串联开关管电路（1）的上管MOSFET的栅极和源极以及下管MOSFET的栅极；
由变压器副边绕组漏感和MOSFET器件寄生电容形成的LC寄生振荡回路提供阻尼的R吸收电路只与所述的串联开关管电路的上管MOSFET并联，当串联开关管电路的上管MOSFET和下管MOSFET开通时，R吸收电路将被短路，当串联开关管电路的上管MOSFET和下管MOSFET关断时，R吸收电路被开路， R吸收电路只在LC寄生振荡回路中抑制电压振荡时产生较小的功率损耗，不超过电源额定功率的0.5%，在大部分工作时间内不产生功率损耗；所述的RDC吸收电路在抑制电压尖峰的同时也具有较低的功率损耗，不超过电源额定功率的0.5%。
2. 根据权利要求 1所述的一种吸收电路，其特征在于：所述的R吸收电路（2）由第一电阻R101组成；第一电阻R101的一端连接上管MOSFET的漏极，另一端连接上管MOSFET的源极；第一电阻R101与上管MOSFET形成并联关系。
3. 根据权利要求 1所述的一种吸收电路，其特征在于：所述的RDC吸收电路（3）由第一二极管D101，第二电阻R102，第三电阻R103和第一电容C101组成；第一二极管D101的阳极与上管MOSFET的漏极连接，阴极与第二电阻R102的一端连接，第二电阻R102的另一端连接第一电容C101的一端，第一电容C101的另一端连接接地端；第三电阻R103与第一电容C101并联连接。
4. 根据权利要求 1所述的一种吸收电路，其特征在于：所述的串联开关管驱动电路（4）由第二二极管D102和第四电阻R104组成；第二二极管D102的阳极连接下管MOSFET的栅极，同时连接同步整流控制器的控制信号输出端；第二二极管D102的阴极连接上管MOSFET的栅极；第四电阻R104的一端连接上管MOSFET的栅极，另一端连接上管MOSFET的源极。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的吸收电路的吸收方法，其特征在于，实现为：R吸收电路与串联开关管电路的上管并联抑制电压振荡，RDC吸收电路与串联开关管电路整体并联抑制电压尖峰，串联开关管驱动电路控制串联开关管电路中的两个开关管同时开通和同时关断；为由变压器副边绕组漏感和MOSFET器件寄生电容形成的LC寄生振荡回路提供阻尼的R吸收电路只与所述的串联开关管电路的上管MOSFET并联，当串联开关管电路的上管MOSFET和下管MOSFET开通时，R吸收电路将被短路，当串联开关管电路的上管MOSFET和下管MOSFET关断时，R吸收电路被开路，R吸收电路只在LC寄生振荡回路中抑制电压振荡时产生较小的功率损耗，在大部分工作时间内不产生功率损耗。
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