CN109546849A - 反激变换器有源钳位电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种反激变换器有源钳位电路，包括：原边主功率回路、钳位回路以及副边整流回路；所述原边主功率回路两端分别与电源输入端正负极相连接，所述钳位回路以及副边整流回路分别与所述原边主功率回路相连接；所述原边主功率回路用于将电源输入端输入的电压转换为符合用电设备需求的电压；钳位回路用于存储变压器漏感能量并将所述变压器漏感能量回馈至变压器中；所述副边整流回路用于将原边主功率回路转换的符合用电设备需求的电压传输至用电设备。应用本发明提供的反激变换器有源钳位电路，由钳位回路吸收变压器漏感能量，并将所述变压器漏感能量回馈至变压器中，实现了对变压器漏感能量的有效利用，同时提升了反激变换器的转换效率。

Description

反激变换器有源钳位电路

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种反激变换器有源钳位电路。

背景技术

反激变换器因其能够满足日常生活中大多数用电场合的需求，且具有器件少、电路结构简单、成本低廉、可多路输出等优点而为人们广泛使用。反激变换器的工作状态由开关管控制，但因为反激变换器中存在变压器漏感，在开关管关断瞬间变压器漏感Ls会对开关管结电容充电，产生很大的尖峰电压，使开关管承受较高的电压应力，长此以往会对开关管造成损坏，降低变换器的可靠性。

现有技术中，主要采用RCD钳位电路对开关管进行保护，如图1所示，此电路的结构为将一电容C3一端与输入电源的正极连接，另一端与一二极管D2的阳极连接，该二极管阴极则通过原边开关管S1接地，电阻R1与电容C3并联。RCD钳位电路将变压器漏感能量储存在钳位电容C3中，然后通过电阻R1以热能的形式消耗掉，如此变压器漏感Ls便无法对开关管结电容充电，从而保护了开关管。

然而，RCD钳位电路只是将储存在钳位电容C3中的变压器漏感能量通过电阻R1以热能的形式消耗掉，无法对变压器漏感能量进行有效地利用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种反激变换器有源钳位电路，用以实现对变压器漏感能量的有效利用。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种反激变换器有源钳位电路，包括：

原边主功率回路、钳位回路以及副边整流回路；

所述原边主功率回路两端分别与电源输入端正负极相连接，所述钳位回路以及副边整流回路分别与所述原边主功率回路相连接；

所述原边主功率回路包括：输入滤波电容C1、变压器漏感Ls、变压器磁激电感Lm、变压器T1、原边开关管S1以及原边开关管漏源极等效电容C4；

其中，所述输入滤波电容C1与电源输入端并联；所述变压器T1原边绕组与变压器漏感Ls并联形成支路的第一端通过变压器漏感Ls与电源输入端正极相连接，第二端与所述原边开关管S1第一端相连接；所述原边开关管S1第三端接地；所述原边开关管漏源极等效电容C4与所述原边开关管S1并联；所述原边主功率回路用于将电源输入端输入的电压转换为符合用电设备需求的电压；

所述钳位回路第一端与所述原边开关管S1第一端相连接，第二端接地；所述钳位回路用于存储变压器漏感能量并将所述变压器漏感能量回馈至变压器中；

所述副边整流回路第一端与电源输出端正极相连接，第二端通过变压器T1副边绕组与电源输出端负极相连接；所述副边整流回路用于将原边主功率回路转换的符合用电设备需求的电压传输至用电设备。

上述的电路，可选的，所述钳位回路包括：

钳位电容C3以及钳位管S2；

其中，所述钳位电容C3第一端与原边开关管S1第一端相连接，第二端与钳位管S2第一端相连接；所述钳位管S2第三端接地。

上述的电路，可选的，所述钳位管S2为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

上述的电路，可选的，所述副边整流回路包括：

整流二极管D1以及输出电容C2；

所述整流二极管D1第一端与电源输出端正极相连接，第二端通过变压器T1副边绕组第一端相连接，所述变压器副边绕组第二端与电源输出端负极相连接；所述输出电容C2与电源输出端并联。

上述的电路，可选的，述原边开关管S1为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

相比与现有技术，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种反激变换器有源钳位电路，包括：原边主功率回路、钳位回路以及副边整流回路；所述原边主功率回路两端分别与电源输入端正负极相连接，所述钳位回路以及副边整流回路分别与所述原边主功率回路相连接；所述原边主功率回路用于将电源输入端输入的电压转换为符合用电设备需求的电压；钳位回路用于存储变压器漏感能量并将所述变压器漏感能量回馈至变压器中；所述副边整流回路用于将原边主功率回路转换的符合用电设备需求的电压传输至用电设备。

应用本发明提供的反激变换器有源钳位电路，由钳位回路吸收变压器漏感能量，并将所述变压器漏感能量回馈至变压器中，实现了对变压器漏感能量的有效利用，同时提升了反激变换器的转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为传统反激变换器RCD钳位电路的结构示意图；

图2为本发明提供的一种反激变换器有源钳位电路的结构示意图；

图3为本发明提供的又一种反激变换器有源钳位电路的结构示意图；

图4为本发明提供的又一种反激变换器有源钳位电路的结构示意图；

图5为本发明提供的反激变换器开关管驱动信号时序图。

具体实施方式

下面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做出创造性劳动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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明为一种反激变换器有源钳位电路，所述电路，能够吸收变压器漏感能量，并将所述变压器漏感能量回馈至变压器中，实现了对变压器漏感能量的有效利用。

本发明实施例提供的一种反激变换器有源钳位电路的结构示意图，如图2所示，具体包括：

原边主功率回路101、钳位回路102以及副边整流回路103；

所述原边主功率回路101两端分别与电源输入端正负极相连接，所述钳位回路102以及副边整流回路103分别与所述原边主功率回路相连接；

所述原边主功率回路101包括：输入滤波电容C1、变压器漏感Ls、变压器磁激电感Lm、变压器T1、原边开关管S1以及原边开关管漏源极等效电容C4；

其中，所述输入滤波电容C1与电源输入端并联；所述变压器T1原边绕组与变压器漏感Ls并联形成支路的第一端通过变压器漏感Ls与电源输入端正极相连接，第二端与所述原边开关管S1第一端相连接；所述原边开关管S1第三端接地；所述原边开关管漏源极等效电容C4与所述原边开关管S1并联；所述原边主功率回路101用于将电源输入端输入的电压转换为符合用电设备需求的电压；

所述钳位回路102第一端与所述原边开关管S1第一端相连接，第二端接地；所述钳位回路102用于存储变压器漏感能量并将所述变压器漏感能量回馈至变压器中；

所述副边整流回路103第一端与电源输出端正极相连接，第二端通过变压器T1副边绕组与电源输出端负极相连接；所述副边整流回路103用于将原边主功率回路转换的符合用电设备需求的电压传输至用电设备。

本发明实施例提供的反激变换器有源钳位电路，所述输入滤波电容C1与电源输入端并联；所述变压器T1原边绕组与变压器漏感Ls并联形成支路的第一端通过变压器漏感Ls与电源输入端正极相连接，第二端与所述原边开关管S1第一端相连接；所述原边开关管S1第三端接地；所述原边开关管漏源极等效电容C4与所述原边开关管S1并联；所述原边主功率回路101用于将电源输入端输入的电压转换为符合用电设备需求的电压。

需要说明的是，本发明实施例提供的反激变换器有源钳位电路，所述原边开关管S1可以为金属-氧化物半导体场效应晶体管；所述原边开关管S1第一端为源级，第二端为栅极，第三端为漏级；可以通过向所述原边开关管S1第二端，即原边开关管S1栅极加载驱动信号，控制所述原边开关管S1的关断与闭合。

本发明实施例提供的反激变换器有源钳位电路，所述钳位回路102第一端与所述原边开关管S1第一端相连接，第二端接地；用于存储变压器漏感能量并将所述变压器漏感能量回馈至变压器中。

本发明实施例提供的反激变换器有源钳位电路，所述副边整流回路103第一端与电源输出端正极相连接，第二端通过变压器副边绕组与电源输出端负极相连接；所述副边整流回路103用于将所述原边主功率回路101转换的符合用电设备需求的电压传输至用电设备。

本发明实施例提供了一种反激变换器有源钳位电路，包括：原边主功率回路101、钳位回路102以及副边整流回路103；所述原边主功率回路101两端分别与电源输入端正负极相连接，所述钳位回路102以及副边整流回路103分别与所述原边主功率回路101相连接；所述原边主功率回路101用于将电源输入端输入的电压转换为符合用电设备需求的电压；所述钳位回路102用于存储变压器漏感能量并将所述变压器漏感能量回馈至变压器中；所述副边整流回路103用于将原边主功率回路101转换的符合用电设备需求的电压传输至用电设备。应用本发明提供的反激变换器有源钳位电路，由钳位回路102吸收变压器漏感能量，并将所述变压器漏感能量回馈至变压器中，实现了对变压器漏感能量的有效利用，同时提升了反激变换器的转换效率。

如图3所示，为本发明实施例提供的又一种反激变换器有源钳位电路的结构示意图，其钳位回路202具体可以包括：

钳位电容C3以及钳位管S2；

其中，所述钳位电容C3第一端与原边开关管S1第一端相连接，第二端与钳位管S2第一端相连接；所述钳位管S2第三端接地。

需要说明的是，本发明实施例提供的反激变换器有源钳位电路，所述钳位管S2可以为金属-氧化物半导体场效应晶体管；所述钳位管S2第一端为源级，第二端为栅极，第三端为漏级；可以通过向所述钳位管S2第二端，即钳位管S2栅极加载驱动信号，控制所述钳位管S2的关断与闭合。

本发明实施例提供的反激变换器有源钳位电路，所述钳位电容C3用于在所述钳位管S2处于闭合状态时存储变压器漏感能量，并在所述钳位管S2处于关断状态时将存储的变压器漏感能量回馈至变压器中。

本发明实施例提供的反激变换器有源钳位电路，所述钳位回路202包括：钳位电容C3以及钳位管S2；其中，所述钳位电容C3第一端与原边开关管S1第一端相连接，第二端与钳位管S2第一端相连接；所述钳位管S2第三端接地。应用本发明实施例提供的反激变换器有源钳位电路，钳位电容C3在所述钳位管S2处于闭合状态时存储变压器漏感能量，保护原边开关管S1，使其免受变压器漏感能量对其充电所造成的损耗，并在所述钳位管S2处于关断状态时将存储的变压器漏感能量回馈至变压器中，实现了对变压器漏感能量的有效利用，同时提升了反激变换器的转换效率。

如图4所示，为本发明实施例提供的又一种反激变换器有源钳位电路的结构示意图，其副边整流回路303，具体可以包括：

整流二极管D1以及输出电容C2；

所述整流二极管D1第一端与电源输出端正极相连接，第二端通过变压器T1副边绕组第一端相连接，所述变压器副边绕组第二端与电源输出端负极相连接；所述输出电容C2与电源输出端并联。

本发明实施例提供的反激变换器有源钳位电路，所述整流二极管D1用于对原边主功率回路301转换的电压进行整流，所述输出电容C2用于对原边主功率回路301转换的电压进行滤波，并将原边主功率回路301转换的符合用电设备需求的电压传输至用电设备。

本发明实施例提供的反激变换器有源钳位回路，其完整结构如下，具体包括：

原边主功率回路301、钳位回路302以及副边整流回路303；

所述原边主功率回路301两端分别与电源输入端正负极相连接，所述钳位回路302以及副边整流回路303分别与所述原边主功率回路301相连接；

所述原边主功率回路301包括：输入滤波电容C1、变压器漏感Ls、变压器磁激电感Lm、变压器T1、原边开关管S1以及原边开关管漏源极等效电容C4；

其中，所述输入滤波电容C1与电源输入端并联；所述变压器T1原边绕组与变压器漏感Ls并联形成支路的第一端通过变压器漏感Ls与电源输入端正极相连接，第二端与所述原边开关管S1第一端相连接；所述原边开关管S1第三端接地；所述原边开关管漏源极等效电容C4与所述原边开关管S1并联；所述原边主功率回路301用于将电源输入端输入的电压转换为符合用电设备需求的电压；

所述钳位回路302包括：钳位电容C3以及钳位管S2；

其中，所述钳位电容C3第一端与原边开关管S1第一端相连接，第二端与钳位管S2第一端相连接；所述钳位管S2第三端接地；所述钳位回路302用于存储变压器漏感能量并将所述变压器漏感能量反馈至变压器中；

所述副边整流回路303包括：整流二极管D1以及输出电容C2；

其中，所述整流二极管D1第一端与电源输出端正极相连接，第二端通过变压器T1副边绕组第一端相连接，所述变压器副边绕组第二端与电源输出端负极相连接；所述输出电容C2与电源输出端并联；所述副边整流回路303用于将原边主功率回路301转换的符合用电设备需求的电压传输至用电设备。

图5为本发明实施例提供的反激变换器驱动信号时序图，结合图4对本发明实施例的具体实现过程进行说明。本发明实施例提供的反激变换器有源钳位电路，其具体实现过程如下：

T0时刻，向原边开关管S1第二端加载驱动信号VGS1，原边开关管S1导通，钳位管S2驱动信号VGS2为0，即不加驱动信号，钳位管S2和整流二级管D1均截止，变压器励磁电感Lm和变压器漏感Ls线性充电。

T1时刻，停止向原边开关管S1第二端加载驱动信号，此时VGS1为0，原边开关管S1关断，励磁电感Lm中的励磁电流对原边开关管漏源极等效电容C4充电，原边开关管S1漏源极电压近似线性上升。

经过死区时间T1～T2之后，向钳位管S2第二端加载驱动信号，钳位管S2导通，变压器漏感Ls产生的磁化电感电流对钳位电容C3进行充电，钳位电容C3储存变压器漏感能量，原边开关管S1漏源极电压被钳位到恒定值，即原边开关管处于关断状态。

T3时刻，停止向钳位管S2加载驱动信号，钳位管S2关断，变压器磁励电感Lm与原边开关管S1漏源极等效电容C4谐振，变压器漏感Ls与钳位电容C3谐振，钳位电容C3放电，将储存的变压器漏感能量回馈至变压器中；在钳位电容C3以及原边开关管等效电容C4放电期间，原边开关管S1漏源极电压仍被钳位到恒定值，即原边开关管S1仍处于关断状态。

T4时刻，向原边开关管S1加载驱动信号，原边开关管S1再次导通，钳位管S2栅极驱动信号VGS2为0，钳位管S2和整流二极管D1再一次截止，变压器励磁电感Lm和变压器漏感Ls线性充电，重复上述过程。

应用本发明实施例提供的反激变换器有源钳位电路，通过向原边开关管S1以及钳位管S2栅极加载驱动信息，控制原边开关管S1以及钳位管S2的导通与闭合，使得钳位电容C3吸收变压器漏感能量，并将吸收的变压器漏感能量回馈至变压器中，实现了对变压器漏感能量的有效利用，同时提升了反激变换器的转换效率。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种反激变换器有源钳位电路，其特征在于，包括：

原边主功率回路、钳位回路以及副边整流回路；

所述原边主功率回路两端分别与电源输入端正负极相连接，所述钳位回路以及副边整流回路分别与所述原边主功率回路相连接；

所述原边主功率回路包括：输入滤波电容C1、变压器漏感Ls、变压器磁激电感Lm、变压器T1、原边开关管S1以及原边开关管漏源极等效电容C4；

其中，所述输入滤波电容C1与电源输入端并联；所述变压器T1原边绕组与变压器漏感Ls并联形成支路的第一端通过变压器漏感Ls与电源输入端正极相连接，第二端与所述原边开关管S1第一端相连接；所述原边开关管S1第三端接地；所述原边开关管漏源极等效电容C4与所述原边开关管S1并联；所述原边主功率回路用于将电源输入端输入的电压转换为符合用电设备需求的电压；

所述钳位回路第一端与所述原边开关管S1第一端相连接，第二端接地；所述钳位回路用于存储变压器漏感能量并将所述变压器漏感能量回馈至变压器中；

所述副边整流回路第一端与电源输出端正极相连接，第二端通过变压器T1副边绕组与电源输出端负极相连接；所述副边整流回路用于将原边主功率回路转换的符合用电设备需求的电压传输至用电设备。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述钳位回路包括：

钳位电容C3以及钳位管S2；

其中，所述钳位电容C3第一端与原边开关管S1第一端相连接，第二端与钳位管S2第一端相连接；所述钳位管S2第三端接地。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述钳位管S2为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述副边整流回路包括：

整流二极管D1以及输出电容C2；

所述整流二极管D1第一端与电源输出端正极相连接，第二端通过变压器T1副边绕组第一端相连接，所述变压器副边绕组第二端与电源输出端负极相连接；所述输出电容C2与电源输出端并联。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的电路，其特征在于，所述原边开关管S1为金属-氧化物半导体场效应晶体管。