CN115765477A - 一种正反激有源钳位驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正反激有源钳位驱动电路，由变压器、主功率MOS管Q1、谐振MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、谐振电容C1、输出电容C2、输出电容C3、输出电容C4以及二极管D1组成；所述输出电容C4并联于驱动电路的输入电压正极和输入电压负极之间；所述输出电容C2、输出电容C3相互并联，并且并联于输出电压正极和输出电压负极之间；该正反激有源钳位驱动电路中的变压器采用原边串联,副边输出并联的正反激拓扑结构，可以实现变压器进行功率均分从而降低高频下的磁芯损耗，同时实现正激和反激拓扑的优点有效的结合应用实现两种拓扑的最优应用；并且有源钳位的复位应用可以实现漏感能量的有效回收,从而实现最优的设计。
Description
技术领域
本发明涉及LED驱动技术领域，尤其涉及一种正反激有源钳位驱动电路。
背景技术
在开关变换器中，普通反激拓扑是硬开关，而且不能回收漏感能量，因此限制了中小功率产品的效率和体积，为了满足功率变换器的小型化、轻量化、模块化的发展趋势，软开关技术已经成为电力电子技术的热点之一，作为代表的软开关拓扑LLC，因为可以实现零电压开通和零电流关断，开关损耗很小，因此可以做到很高频率，非常适合应用在大功率场合，但是在中小功率场合因为它的成本太高，控制复杂等一系列因素限制，所以使用并不广泛。目前最接近反激拓扑、又能够实现部分软开关拓扑的是有源钳位反激拓扑和不对称半桥反激拓扑，但其空载功耗大以及轻载效率低，原因在于其峰值电流大，电流有效值大，引起关断损耗和绕组损耗大，并且开关频率高，进一步增加了关断损耗，同时磁芯的铁损也很大。
广州金升阳科技有限公司申请的专利号为201610641185.3、专利名称为反激控制电路及控制方法的发明专利，该专利可达到“在保证轻载以上的负载下实现传统电路的效率和EMI优势的条件下，改善轻载效率，降低空载功耗”的目的，图4为金升阳的反激有源钳位电路框图,这个电路最大的问题是S2N沟道MOS为对地浮空,驱动MOSS2需要隔离的专用驱动芯片,或者自举驱动,只有如此才能有效控制VGS1与VGS2的驱动信号的时序,如图5所示，S2需要一个高压隔离驱动电路及IC,导致成本提高,体积偏大。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提出一种正反激有源钳位驱动电路，该正反激有源钳位驱动电路中的变压器采用原边串联,副边输出并联的正反激拓扑结构，可以实现变压器进行功率均分从而降低高频下的磁芯损耗，同时实现正激和反激拓扑的优点有效的结合应用实现两种拓扑的最优应用；并且有源钳位的复位应用可以实现漏感能量的有效回收,从而实现最优的设计。
为达到上述技术目的，本发明采用了一种正反激有源钳位驱动电路，由变压器、主功率MOS管Q1、谐振MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、谐振电容C1、输出电容C2、输出电容C3、输出电容C4以及二极管D1组成；
所述输出电容C4并联于驱动电路的输入电压正极和输入电压负极之间；所述输出电容C2、输出电容C3相互并联，并且并联于输出电压正极和输出电压负极之间；
所述变压器包括第一变压器和第二变压器，所述第一变压器和第二变压器的原边绕组形成串联结构，所述第一变压器原边绕组的输入端接驱动电路的输入电压正极，所述第一变压器副边绕组的输出端接驱动电路的输出端电压正极；所述第一变压器的副边绕组输入端串联MOS管Q4后，由MOS管Q4和输出电容C2形成并联；
所述第二变压器原边的输入端和主功率MOS管Q1形成串联，主功率MOS管Q1的另一端连接输入电压负极；所述第二变压器的副边绕组输出端串联MOS管Q3后，由MOS管Q3和输出电容C3形成并联；所述第二变压器的副边绕组输出端和输出电容C3形成并联；
所述谐振MOS管Q2和谐振电容C1形成串联，且所述谐振MOS管Q2的输出端并入第二变压器和输入电压负极之间，所述谐振电容C1输入端并入第二变压器原边的输入端和主功率MOS管Q1之间；
所述二极管D1的输入端并入谐振MOS管Q2和谐振电容C1之间，所述二极管D1的输出端并入主功率MOS管Q1和输入电压负极之间。
作为本发明之优选，所述主功率MOS管Q1接地。
作为本发明之进一步优选，所述谐振MOS管Q2为N沟道MOS管。
作为本发明之改进，所述谐振电容C1和一P沟道谐振MOS管Q2形成串联，且所述谐振电容C1输入端并入第二变压器原边的输入端和主功率MOS管Q1之间，所述P沟道谐振MOS管Q2的输出端并入主功率MOS管Q1和输入电压负极之间。
作为本发明之进一步改进,所述的串联变压器的副边绕组可以采用S1,S2同名端相同的方式进行并联,从而实现原边绕组串联,副边绕组并联的方式进行反激功率的平均分配。
作为本发明之进一步改进，所述的串联变压器的副边绕组S1和S2可以采用非同名端相同的方式进行并联,从而实现原边绕组串联,副边绕组S1绕组工作在正激状态,S2工作在反激状态,从而实现变压器的正激和反激工作状态。
作为本发明之更进一步优选,所述正反激的有源钳位的钳位电路采用RCD或者浮驱动钳位方式实现变压器的复位。
附图说明
图1所示为本发明中有源钳位电路可以采用隔离的浮驱动时的电路原理图；
图2所示为本发明中有源钳位电路采用与主功率Q1共接地的驱动的电路原理图；
图3所示为本发明中N沟道MOS+二极管D1采用P沟道MOS替代时的电路原理图；
图4所示为金升阳专利的有源钳位反激拓扑电路原理图；
图5所示为金升阳专利的反激控制电路的电路原理图；
其中，1、主功率MOS管Q1；2、谐振MOS管Q2；3、MOS管Q3；4、MOS管Q4；5、谐振电容C1； 6、输出电容C2；7、输出电容C3；8、输出电容C4；9、二极管D1；10、输入电压正极；11、输入电压 负极；12、输出电压正极；13、输出电压负极；14、第一变压器；15、第二变压器；16、接地端； 17、P沟道谐振MOS管Q2。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
结合图1可知，作为本发明的第一优选例，一种正反激有源钳位驱动电路，由变压器、主功率MOS管Q1(图1中序号为1)、谐振MOS管Q2(图1中序号为2)、MOS管Q3(图1中序号为3)、MOS管Q4(图1中序号为4)、谐振电容C1(图1中序号为5)、输出电容C2(图1中序号为6)、输出电容C3(图1中序号为7)、输出电容C4(图1中序号为8)以及二极管D1(图1中序号为9)组成。
上述元器件中，谐振MOS管Q2为N沟道MOS管，输出电容C4并联于驱动电路的输入电压正极10和输入电压负极11之间；输出电容C2、输出电容C3相互并联，并且并联于输出电压正极12和输出电压负极13之间。
在本发明中，变压器包括第一变压器14和第二变压器15，第一变压器14和第二变压器15的原边绕组形成串联结构，第一变压器14原边绕组的输入端接驱动电路的输入电压正极10，第一变压器14的副边绕组的输出端接驱动电路的输出端电压正极12；第一变压器14的副边绕组输入端串联MOS管Q4后，由MOS管Q4和输出电容C2形成并联。
上述结构中，串联的变压器(第一变压器14和第二变压器15)的副边绕组可以采用S1,S2同名端相同的方式进行并联,从而实现原边绕组串联,副边绕组并联的方式进行反激功率的平均分配；或者，串联的变压器(第一变压器14和第二变压器15)的副边绕组S1和S2可以采用非同名端相同的方式进行并联,从而实现原边绕组串联,副边绕组S1绕组工作在正激状态,S2工作在反激状态,从而实现变压器的正激和反激工作状态。在本发明中，正反激的有源钳位的钳位电路也可以采用RCD或者浮驱动钳位方式实现变压器的复位。
在本发明中，第二变压器15原边的输入端和主功率MOS管Q1形成串联，主功率MOS管Q1的另一端连接输入电压负极；第二变压器15的副边绕组输出端串联MOS管Q3后，由MOS管Q3和输出电容C3形成并联；第二变压器15的副边绕组输出端和输出电容C3形成并联。
在本发明中，谐振MOS管Q2和谐振电容C1形成串联，且谐振MOS管Q2的输出端并入第二变压器15和输入电压负极11之间，谐振电容C1输入端并入第二变压器15原边的输入端和主功率MOS管Q1之间。
在本发明中，二极管D1的输入端并入谐振MOS管Q2和谐振电容C1之间，二极管D1的输出端并入主功率MOS管Q1和输入电压负极之间。
由图2可知，作为本发明的第二优选例，主功率MOS管Q1接地。
由图3可知，作为本发明的第三优选例，谐振电容C1和一P沟道谐振MOS管Q2形成串联，且谐振电容C1输入端并入第二变压器15原边的输入端和主功率MOS管Q1之间，P沟道谐振MOS管Q2的输出端并入主功率MOS管Q1和输入电压负极11之间。
本发明和金升阳专利技术的最大不同在于：
1、本发明的变压器由两个相同的分体式磁芯组成；
2、本发明的变压器的原边串联,副边一个绕组为正激工作模式,一个绕组为反激工作模式，输出端并联；
3、从电路结构上看,本发明电路的谐振MOS及谐振电容可以与主功率MOSQ1共大地,从而比较易于实现驱动逻辑及时序的实现。
4、从电路结构上看,本发明电路的谐振MOS及谐振电容可以采用图1的浮驱动模式。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种正反激有源钳位驱动电路，由变压器、主功率MOS管Q1、谐振MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、谐振电容C1、输出电容C2、输出电容C3、输出电容C4以及二极管D1组成；
所述输出电容C4并联于驱动电路的输入电压正极和输入电压负极之间；所述输出电容C2、输出电容C3相互并联，并且并联于输出电压正极和输出电压负极之间；
其特征在于，所述变压器包括第一变压器和第二变压器，所述第一变压器和第二变压器的原边绕组形成串联结构，所述第一变压器原边绕组的输入端接驱动电路的输入电压正极，所述第一变压器副边绕组的输出端接驱动电路的输出端电压正极；所述第一变压器的副边绕组输入端串联MOS管Q4后，由MOS管Q4和输出电容C2形成并联；
所述第二变压器原边的输入端和主功率MOS管Q1形成串联，主功率MOS管Q1的另一端连接输入电压负极；所述第二变压器的副边绕组输出端串联MOS管Q3后，由MOS管Q3和输出电容C3形成并联；所述第二变压器的副边绕组输出端和输出电容C3形成并联；
所述谐振MOS管Q2和谐振电容C1形成串联，且所述谐振MOS管Q2的输出端并入第二变压器和输入电压负极之间，所述谐振电容C1输入端并入第二变压器原边的输入端和主功率MOS管Q1之间；
所述二极管D1的输入端并入谐振MOS管Q2和谐振电容C1之间，所述二极管D1的输出端并入主功率MOS管Q1和输入电压负极之间。
2.如权利要求1所述的一种正反激有源钳位驱动电路，其特征在于，所述主功率MOS管Q1接地。
3.如权利要求1所述的一种正反激有源钳位驱动电路，其特征在于，所述谐振MOS管Q2为N沟道MOS管。
4.如权利要求1所述的一种正反激有源钳位驱动电路，其特征在于，所述谐振电容C1和一P沟道谐振MOS管Q2形成串联，且所述谐振电容C1输入端并入第二变压器原边的输入端和主功率MOS管Q1之间，所述P沟道谐振MOS管Q2的输出端并入主功率MOS管Q1和输入电压负极之间。
5.如权利要求1所述的一种正反激有源钳位驱动电路,其特征在于,所述的串联变压器的副边绕组可以采用S1,S2同名端相同的方式进行并联,从而实现原边绕组串联,副边绕组并联的方式进行反激功率的平均分配。
6.如权利要求1所述的一种正反激有源钳位驱动电路,其特征在于,所述的串联变压器的副边绕组S1和S2可以采用非同名端相同的方式进行并联,从而实现原边绕组串联,副边绕组S1绕组工作在正激状态,S2工作在反激状态,从而实现变压器的正激和反激工作状态。
7.如权利要求1所述的一种正反激有源钳位驱动电路,其特征在于,所述正反激的有源钳位的钳位电路采用RCD或者浮驱动钳位方式实现变压器的复位。
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