CN112332645A - 一种开关管串联型开关电源 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种开关管串联型开关电源。开关管串联型开关电源包括母线、变压器和串联的多级开关单元，所述开关单元设置在所述变压器的原边侧，所述多级开关单元中的首级开关单元和末级开关单元分别与开关管串联型开关电源的母线连接，所述开关单元包括基于开关管的主震荡路径，所述主震荡路径中包括至少一个二极管。本申请的技术方案针对开关管串联型开关电源在母线重新均压时，母线电容会进行充放电而产生反向电流的问题，在开关管串联型开关电源的开关单元中的主震荡路径中加入二极管，实现了对反向电流的阻断。该技术方案成本低，效果显著，且不会引发过热等问题，同时对于开关管串联型开关电源在正常工作时的电流震荡也有较好的抑制作用。

Description

一种开关管串联型开关电源
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种开关管串联型开关电源。
背景技术
开关管串联型开关电源中，由于每个绕组间存在感量差异，在开关管开通瞬间，感量较大绕组对应的开关管会出现反向电流，回路阻抗较小时反向电流过大，会造成开关管应力大甚至失效。并且，在开关管串联型开关电源的正常工作过程中也会产生持续震荡电流，造成系统干扰大，影响开关管串联型开关电源的性能。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种开关管串联型开关电源。
依据本申请的一个方面，提供了一种开关管串联型开关电源，包括母线、变压器和串联的多级开关单元，所述开关单元设置在所述变压器的原边侧，
所述多级开关单元中的首级开关单元和末级开关单元分别与所述开关管串联型开关电源的母线连接，
所述开关单元包括基于开关管的主震荡路径，所述主震荡路径中包括至少一个二极管。
可选地，其特征在于，所述二极管用于阻断在开关管导通时由于母线重新均压引起的反向电流。
可选地，所述开关管为MOS管；所述开关单元还包括MOS管吸收电路。
可选地，所述开关单元还包括绕组和母线电容；
所述绕组的第一端、所述母线电容的第一端和所述MOS管吸收电路的第一端共同连接形成所述开关单元的第一端；
所述MOS管吸收电路的第二端、所述绕组的第二端和所述MOS管的漏级共同连接；
所述母线电容的第二端与所述MOS管的源级连接形成所述开关单元的第二端。
可选地，所述母线电容还并联有电阻。
可选地，所述电阻的阻值不大于预设值，以避免所述开关管串联型开关电源使用时过热。
可选地，所述二极管具体设置在所述MOS管吸收电路的第一端与所述绕组的第一端之间。
可选地，所述二极管具体设置在所述MOS管的漏极与所述绕组的第二端之间。
可选地，所述二极管具体设置在所述母线电容的第二端与所述MOS管的源极之间。
可选地，所述开关管串联型开关电源为正激变换器或反激变换器。
由上述可知，本申请针对开关管串联型开关电源在母线重新均压时，母线电容会进行充放电而产生反向电流的问题，在开关管串联型开关电源的开关单元中的主震荡路径中加入二极管，实现了对反向电流的阻断。该技术方案成本低，效果显著，且不会引发过热等问题，同时对于开关管串联型开关电源在正常工作时的电流震荡也有较好的抑制作用。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本申请一个实施例的一种开关管串联型开关电源的框图；
图2示出了根据本申请一个实施例的开关管串联型开关电源的电流原理图；
图3示出了根据本申请一个实施例的MOS管吸收电路的示意图；
图4示出了根据本申请一个实施例的另一种MOS管吸收电路的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本申请一个实施例的一种开关管串联型开关电源的框图。如图1所示，开关管串联型开关电源100包括串联的多级开关单元110，开关单元110设置在开关管串联型开关电源100中包含的变压器的原边侧。
多级开关单元110中的首级开关单元和末级开关单元分别与开关管串联型开关电源的母线120连接，
开关单元110包括基于开关管112的主震荡路径111，主震荡路径111中包括至少一个二极管113。
下面给出了一些对照的技术方案示例：
1)选用通流能力较大的开关管。该方案能够提高可靠性，但成本增加也较高。并且，这无法解决开关管串联型开关电源正常使用时存在的震荡电流，而震荡电流会引起EMC(Electro-Magnetic Compatibility，电磁兼容性)问题，进一步影响开关管串联型开关电源及周围设备的可靠性。
2)在母线电容上并联大电阻增加功率，通过电阻快速为母线电容充放电，能够减小反向电流。但是这会造成严重的发热，导致开关管串联型开关电源效率的降低。
而本申请实施例的技术方案，通过增加二极管，阻断在开关管导通时由于母线重新均压引起的反向电流，实现对反向电流的截止，成本低，效果显著。既能够保证开关管的可靠性，也能够减小电流震荡引起的干扰。
图2示出了根据本申请一个实施例的开关管串联型开关电源的电流原理图。如图2所示，开关管选用MOS管，而且不需要具有较大的通流能力以降低成本。在其他实施例中开关管也可以选用三极管、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等。开关单元110具体包括MOS管吸收电路210、母线电容C、二极管D(图中示出了可设置二极管D的三个示例性的位置)、绕组P和MOS管Q，绕组P的第一端、母线电容C的第一端和MOS管吸收电路的第一端共同连接形成开关单元110的第一端。需要说明的是，图2中仅示出了首级开关单元和末级开关单元，在实际使用时串联的多级开关单元110的数量可以根据需求确定，本申请对此不做限制。
MOS管吸收电路的第二端、绕组P的第二端和MOS管Q的漏级共同连接。
母线电容C的第二端与MOS管Q的源级连接形成开关单元110的第二端。
需要说明的是，上述连接关系可以以图2的示意为例，根据二极管D的实际设置位置进行适应性的调整。
开关管串联型开关电源选用的变压器可以是多级串联变压器，也可以是具有多绕组的一个变压器。变压器通过右侧的电路连接输出，这部分可以利用现有技术实现，本申请对此不做限制。
在一些实施例中，母线电容C还并联有电阻R。在一些实施例中，电阻R的阻值不大于预设值，以避免开关管串联型开关电源使用时过热。即仅利用电阻R起到电压均衡等作用，而不依赖电阻进行反向电流的抑制。
图2中示出了二极管D可设置的几个位置示例。在一些实施例中，二极管D具体设置在MOS管吸收电路的第一端与绕组P的第一端之间。在另一些实施例中，二极管D具体设置在MOS管Q的漏极与绕组的第二端之间。在再一些实施例中，二极管D具体设置在母线电容C的第二端与MOS管Q的源极之间。
图3和图4分别示出了两种MOS管吸收电路的示例。如图3所示，选用电阻和电容并联后与二极管串联，实现对MOS管尖峰的吸收，31端可接母线电容C第一端，32端可接绕组P第一端(在二极管D设置在MOS管吸收电路的第一端与绕组P的第一端之间的情况下，可接二极管D正极)，33端可接MOS管Q漏级。图4则是选用双向TVS(transient voltagesuppression，瞬态电压抑制)二极管来实现，41端可接母线电容C第一端，42端可接绕组P第一端(在二极管D设置在MOS管吸收电路的第一端与绕组P的第一端之间的情况下，可接二极管D正极)，43端可接MOS管Q漏级。
在一些实施例中，开关管串联型开关电源可以具体为正激变换器或反激变换器。
参照如图2所示的开关管串联型开关电源以说明技术问题的成因。启动前各开关单元中的母线电容C均分母线电压。而由于各开关单元的绕组P存在感量差异，导致开关管(MOS管Q)导通时，各母线电容C会根据各绕组P的阻抗重新分配电压。阻抗较大的绕组P对应的母线电容C会进行充电，反之则会进行放电，充电路径在图2中为逆时针。如果不设置二极管D，当反向电流较大时，会导致MOS管Q中的寄生二极管电流过大失效。即使能满足正常工作，在运行过程中的电流震荡，也会造成很大干扰，尤其对EMC、通信等造成巨大干扰。
综上所述，本申请的技术方案，针对开关管串联型开关电源在母线重新均压时，母线电容会进行充放电而产生反向电流的问题，在开关管串联型开关电源的开关单元中的主震荡路径中加入二极管，实现了对反向电流的阻断。该技术方案成本低，效果显著，且不会引发过热等问题，同时对于开关管串联型开关电源在正常工作时的电流震荡也有较好的抑制作用。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，在本申请的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本申请的目的，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种开关管串联型开关电源，其特征在于，所述开关管串联型开关电源包括母线、变压器和串联的多级开关单元，所述开关单元设置在所述变压器的原边侧，
所述多级开关单元中的首级开关单元和末级开关单元分别与所述开关管串联型开关电源的母线连接，
所述开关单元包括基于开关管的主震荡路径，所述主震荡路径中包括至少一个二极管。
2.根据权利要求1所述的开关管串联型开关电源，其特征在于，所述二极管用于阻断在开关管导通时由于母线重新均压引起的反向电流。
3.根据权利要求1所述的开关管串联型开关电源，其特征在于，所述开关管为MOS管；所述开关单元还包括MOS管吸收电路。
4.根据权利要求3所述的开关管串联型开关电源，其特征在于，所述开关单元还包括绕组和母线电容；
所述绕组的第一端、所述母线电容的第一端和所述MOS管吸收电路的第一端共同连接形成所述开关单元的第一端；
所述MOS管吸收电路的第二端、所述绕组的第二端和所述MOS管的漏级共同连接；
所述母线电容的第二端与所述MOS管的源级连接形成所述开关单元的第二端。
5.根据权利要求4所述的开关管串联型开关电源，其特征在于，所述母线电容还并联有电阻。
6.根据权利要求5所述的开关管串联型开关电源，其特征在于，所述电阻的阻值不大于预设值，以避免所述开关管串联型开关电源使用时过热。
7.根据权利要求4所述的开关管串联型开关电源，其特征在于，所述二极管具体设置在所述MOS管吸收电路的第一端与所述绕组的第一端之间。
8.根据权利要求4所述的开关管串联型开关电源，其特征在于，所述二极管具体设置在所述MOS管的漏极与所述绕组的第二端之间。
9.根据权利要求4所述的开关管串联型开关电源，其特征在于，所述二极管具体设置在所述母线电容的第二端与所述MOS管的源极之间。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的开关管串联型开关电源，其特征在于，所述开关管串联型开关电源为正激变换器或反激变换器。
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