CN1115762C - 一种正激电路装置 - Google Patents
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本发明公开了一种正激电路装置，包括变压器、位于原边的主开关管和副边整流滤波装置，所述的整流滤波装置包括输出整流管、输出续流管、滤波电感和滤波电容；所述的输出整流管的漏极和续流管的栅极均与变压器副边反相端相连，输出整流管的源极与输出负端相连；所述的输出续流管的漏极和输出整流管的栅极均与变压器的同相端和滤波电感的节点相连，所述的输出续流管的源极与与输出负端相连；所述的滤波电容的一端与所述的滤波电感的另一端相连并接于输出正端，其另一端接变压器输出负端，在变压器副边并联了由箝位开关和箝位电容串联支路，主开关管与箝位开关的导通是互为反相的；使主开关上的尖峰电压较小，提高电源效率。
Description
本发明涉及高频开关电源，尤其涉及一种用于小功率开关电源的正激电路装置。
正激电路装置一般是由变压器、主开关和副边输出整流滤波电路组成，其特点是变压器的原边、副边同时工作。由于电路原边绕组通过的是单向脉动电流，故其变压器必须采取措施使变压器的磁芯复位，现有技术中有采取箝位电路实现的。以美国专利US05781420为例进行简要说明，该专利是在正激电路装置的副边与输出整流管并联一箝位电路实现变压器的磁芯复位，该箝位电路由一开关和电容组成。该专利解决了变压器的磁芯复位的问题，但该专利也有缺点，由于它的箝位电路是并联在输出整流管上的，故其副边的电压尖峰会较高，同样折射到原边的尖峰也就较高，从而导致主开关的尖峰电压会较大。
本发明的目的是提供一种正激电路装置，该电路既能解决变压器的磁芯复位问题，又不会由于复位造成主开关尖峰电压太高。
本发明公开了一种正激电路装置，包括变压器、位于原边的主开关管和副边整流滤波装置，所述的整流滤波装置包括输出整流管、输出续流管、滤波电感和滤波电容；所述的输出整流管的漏极和续流管的栅极均与变压器副边反相端相连，输出整流管的源极与输出负端相连；所述的输出续流管的漏极和输出整流管的栅极均与变压器的同相端和滤波电感的节点相连，所述的输出续流管的源极与与输出负端相连；所述的滤波电容的一端与所述的滤波电感的另一端相连并接于输出正端，其另一端接变压器输出负端，其特征在于：在变压器副边还并联了由箝位开关和箝位电容串联组成一个箝位电路，所述的主开关管与所述的箝位开关的导通是互为反相的；所述的箝位开关是N沟道MOS管，所述N沟道MOS管的漏极与所述变压器副边的同相端相连，源极与所述的箝位电容相连，栅极与所述变压器副边的反相端相接。
本发明公开的另一种正激电路装置，包括变压器、位于原边的主开关管和副边整流滤波装置，所述的整流滤波装置包括输出整流管、输出续流管、滤波电感和滤波电容；所述的输出整流管的漏极和续流管的栅极均与变压器副边反相端相连，输出整流管的源极与输出负端相连；所述的输出续流管的漏极和输出整流管的栅极均与变压器的同相端和滤波电感的节点相连，所述的输出续流管的源极与与输出负端相连；所述的滤波电容的一端与所述的滤波电感的另一端相连并接于输出正端，其另一端接变压器输出负端，其特征在于：在变压器副边还并联了由箝位开关和箝位电容串联组成一个箝位电路，所述的主开关管与所述的箝位开关的导通是互为反相的；所述的箝位开关是P沟道MOS管，所述P沟道MOS管的漏极与所述的箝位电容相连，源极与所述变压器副边的反相端相接，栅极与所述变压器副边的同相端相接。
下面结合附图和实施例作详细的说明。
图1是美国专利US05781420的原理图。
图2是本发明提出的正激电路原理装置图。
图3是图2中的关键器件主开关管Q1、箝位开关Q2的时序图和主开关管Q1、箝位电容C1的电压波形图。
图4为本发明的一个实施例。
图5为本发明的另一个实施例。
图1是美国专利US05781420的原理结构图，其中Q为主开关，Qq为箝位开关，Cq为箝位电容，CR、CR′分别为输出整流、输出续流管，L为输出滤波电感，C为输出滤波电容。该电路的工作原理如下：当主开关Q关断后，变压器的剩余能量从变压器的副边通过输出续流管CR′、箝位开关Qq向箝位电容Cq释放，箝位电容Cq上的电压升高，当剩余能量释放完毕，箝位电容Cq上的能量通过L、负载，返回变压器，使励磁电流反向，从而使变压器磁芯复位，同时主开关Q上的电压下降，主开关Q的电压大小由箝位电容Cq电压和变压器匝比决定，只要箝位电容Cq的值选取合适，主开关Q再次导通时的电压就会较低。
本发明提出的正激电路原理装置如图2所示，其中Q1为主开关管，Q2为箝位开关，C1为箝位电容，CR1、CR2分别为输出整流管、输出续流管，L1为滤波电感，C2为滤波电容，T为变压器。其工作原理是：当主开关管Q1开通时，变压器T向副边输出能量，副边电流流过输出整流管CR1、滤波电感L1和负载，此时箝位电容C1上的电压为下正上负，箝位开关Q2处于关断状态。当主开关管Q1关断后，主开关管Q1上的电压上升，对应地，变压器T副边的电压逐渐下降为零，直至反向变高，同时，输出整流管CR1关断，输出续流管CR2导通，输出电流通过输出续流管CR2续流；当变压器T副边电压反向升高到与箝位电容C1的电压相等后，箝位电路开始工作，箝位开关Q2导通，变压器T的剩余能量通过箝位开关Q2给箝位电容C1充电，箝位电容C1的电压上升；当箝位电容C1上的电压上升到一定的值后，变压器T的剩余能量释放完毕，箝位电容C1通过箝位开关Q2向变压器T副边进行放电，变压器T的励磁电流反向，对变压器T进行复位，箝位电容C1上的电压下降；当箝位电容C1上的电压下降至某一值后，主开关管Q1导通，箝位开关Q2关断，正激电路装置开始进入下一个工作周期。
由于变压器T的副边在主开关管Q1关断后相当于与箝位电容C1并联，使变压器T的原、副边不会产生电压的突变，从而限制了主开关管Q1的关断尖峰电压和输出整流管CR1、输出续流管CR2的尖峰电压；由于箝位电路放在了副边，箝位开关和箝位电容的耐压值都可取得较低。在现有技术中，主开关管Q1的开通电压为两倍输入电压，而在本装置中，主开关管Q1的开通电压受箝位电容C1上的电压控制，通过对箝位电容C1取值的优化，可以使主开关管Q1的开通电压远小于两倍输入电压，当箝位电容C1和变压器T副边电感L的半个LC谐振周期小于或等于主开关管Q1的关断时间时，主开关管Q1的开通电压仅为输入电压，相等时箝位电容C1取值为最优，此时主开关管Q1的开通电压和尖峰电压都最小。
图3是图2的关键器件主开关管Q1、箝位开关Q2的时序图和主开关管Q1、箝位电容C1的电压波形图，图中横轴为时间，纵轴为电压。从图3中可以看出，主开关管Q1、箝位开关Q2的导通是反相的。主开关管Q1关断后，主开关管Q1电压受箝位电容C1的箝位，变化趋势和箝位电容C1完全相同。
图4为本发明的一个实施例，其中Q11为主开关管，T为变压器，Q3、Q4分别为输出同步整流管、输出同步续流管，L11为滤波电感，C21为滤波电容，C11为箝位电容，Q21为箝位开关管。本实施例的箝位开关用N沟道MOS管，所述箝位开关管Q21的漏极与所述变压器T副边的同相端相连，源极与所述的箝位电容C1相连，栅极与所述变压器T副边的反相端相接。所述N沟道MOS管的控制方式为自驱动。本电路在用于DC-DC电源模块时，额定输入电压为48V，额定输出电压为5V，额定输出电流为20A。在本实施例中，主开关管Q11关断后，箝位开关管Q21的漏极、源极电压上升，上升到一定值后，开始下降，下降过程也就是变压器T磁芯复位的过程，当下降到64V左右时，主开关管Q11开始打开，其打开时的电压值远小于现有技术的96V，因此其开通损耗要大大减小，效率大为提高，满载时，整机效率达到了89～90％，而现有技术的效率仅为83％。
图5为本发明的另一种实施例，其中Q12为主开关管，T为变压器，Q3、Q4分别为输出同步整流管、输出同步续流管，L12为滤波电感，C22为输出滤波电容，C12为箝位电容，Q22为箝位开关管。与图4不同的是，本实施例的箝位开关Q22用的是P沟道MOS管。所述的箝位开关Q22的漏极与所述的箝位电容C12相连，其源极与所述变压器T副边的反相端相接，其栅极与所述变压器T副边的同相端相接。本装置用于同样的DC-DC电源模块时，效率也可做到89～90％。
本发明提出的正激电路装置采用副边箝位，解决了对变压器磁芯的复位问题。同时，由于采用副边箝位，对于一般的DC-DC电源变换器而言，其副边电压要远小于原边电压，故其箝位开关和箝位电容的耐压值相对现有技术的原边箝位要低很多。本发明提出的正激电路装置对主开关管进行箝位，减小了主开关管的开通损耗，电源的效率从现有技术83％提高到了89～90％。本发明中的箝位开关可以做成自驱动，故电路结构可以做得很简单，无需加更多的器件；由于该箝位电路并联在变压器副边，故其绕组上的尖峰电压较小，使主开关的尖峰电压也较小。
Claims (5)
1、一种正激电路装置，包括变压器(T)、位于原边的主开关管(Q11)和副边整流滤波装置，所述的整流滤波装置包括输出整流管(Q4)、输出续流管(Q3)、滤波电感(L11)和滤波电容(C21)；所述的输出整流管(Q4)的漏极和续流管(Q3)的栅极均与变压器副边反相端相连，输出整流管(Q4)的源极与输出负端相连；所述的输出续流管(Q3)的漏极和输出整流管(Q4)的栅极均与变压器(T)的同相端和滤波电感(L11)的节点相连，所述的输出续流管(Q3)的源极与输出负端相连；所述的滤波电容(C21)的一端与所述的滤波电感(L11)的另一端相连并接于输出正端，其另一端接变压器输出负端，其特征在于：在变压器(T)副边还并联了由箝位开关(Q21)和箝位电容(C11)串联组成一个箝位电路，所述的主开关管(Q11)与所述的箝位开关(Q21)的导通是互为反相的；所述的箝位开关(Q21)是N沟道MOS管，所述N沟道MOS管的漏极与所述变压器(T)副边的同相端相连，源极与所述的箝位电容(C11)相连，栅极与所述变压器(T)副边的反相端相接。
2、如权利要求1所述的正激电路装置，其特征在于：所述的箝位电容(C11)的最佳取值条件满足：箝位电容(C11)和变压器(T)副边电感L的半个LC谐振周期等于主开关管(Q11)的关断时间。
3、一种正激电路装置，包括变压器(T)、位于原边的主开关管(Q12)和副边整流滤波装置，所述的整流滤波装置包括输出整流管(Q4)、输出续流管(Q3)、滤波电感(L12)和滤波电容(C22)；所述的输出整流管(Q4)的漏极和续流管(Q3)的栅极均与变压器副边反相端相连，输出整流管(Q4)的源极与输出负端相连；所述的输出续流管(Q3)的漏极和输出整流管(Q4)的栅极均与变压器(T)的同相端和滤波电感(L12)的节点相连，所述的输出续流管(Q3)的源极与输出负端相连；所述的滤波电容(C22)的一端与所述的滤波电感(L12)的另一端相连并接于输出正端，其另一端接变压器输出负端，其特征在于：在变压器(T)副边还并联了由箝位开关(Q22)和箝位电容(C12)串联组成一个箝位电路，所述的主开关管(Q12)与所述的箝位开关(Q22)的导通是互为反相的；所述的箝位开关(Q22)是P沟道MOS管，所述P沟道MOS管的漏极与所述的箝位电容(C12)相连，源极与所述变压器(T)副边的反相端相接，栅极与所述变压器(T)副边的同相端相接。
4、如权利要求3所述的正激电路装置，其特征在于：所述的箝位电容(C12)的最佳取值条件满足：箝位电容(C12)和变压器(T)副边电感L的半个LC谐振周期等于主开关管(Q12)的关断时间。
5、如权利要求1或2所述的正激电路装置，其特征在于：所述的箝位开关是采用自驱动的控制方式。
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