CN1567687A - 升压型变换器的防病态运行装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升压型变换器的防病态运行装置，应用于功率变换器中，该变换器包含一变压器，该变压器的次级输出端电连接一全波整流电路、一输出滤波电感以及一输出滤波电容；一箝位电路包含二箝位二极管，该箝位二极管的正极端相互连接形成一共阳极端，一第二箝位电容，其一端电连接于该输出滤波电感与该输出滤波电容的一节点，另一端电连接于该共阳极端，以及一升压电路，该防病态运行装置应用于该升压电路中，其中，该防病态运行装置包含：一受控电压源，其一端电连接该节点，另一端电连接该升压电路。利用该受控电压源，使得升压电路的电感得以复位。

Description

升压型变换器的防病态运行装置

技术领域

本发明涉及一种升压型变换器的防病态运行装置，尤指一种利用受控电压源，使升压电路的电感复位的防病态运行装置。

背景技术

在切换电源等功率变换器中，升压(boost)电路其正常运行时输出电压必须大于输入电压。但是在有些条件下，存在输出电压等于或略大于输入电压的病态情况，而此时升压电路中的电感不能复位，电感电流增大，从而损坏开关组件。

请参阅图1，图1是一箝位及能量反馈电路，二极管Dr1、Dr2和电容C1组成二极管(D1，D2)的电压尖峰箝位电路，电容C2、电感L2和功率组件Q1，Dr3组成升压型能量反馈电路。有的电源要求在输出短路时仍能恒流输出，而此时二极管同样存在反向恢复电压尖峰问题，为保持电容C1上的电压不变(该电压Vc1常为能量反馈电路的反馈量)，附加的升压电路必须工作，而且工作周期比值(duty ratio)由电容C1的电压决定。由于该升压电路的工作周期比值仍然较大，而此时电容Cout上电压很低(因输出短路)，不能将电感L2复位(reset)。因而会损坏该升压电路，进而损坏整流二极管(D1，D2)。

请参阅图2，图3和图4，在典型应用的升压电路中，均存在如下一种病态运行状况：即：当输出(Cout)短路时，电感(L1)不能复位。

请参阅图2，图2应用一升压电路将一电压源的能量输出到一输出电容Cout。一电容C1与该电压源并联，并与该输出电容Cout串联连接。该升压电路包含一滤波电感L1、一第一开关组件Q1及一第一整流二极管D1。该输出电容Cout、该第一整流二极管D1以及该滤波电感L1构成一串联回路。

请参阅图3，图3为：电容C1、Cout串联后与输入电压源并联，并通过一升压电路将能量输出至Cout。请参阅图4，图4用电容C1与输入电压并联，并将该能量用升压电路送至Cout输出。该电压源可能包含二极管、开关组件的反向恢复问题引起的电压尖峰。

图2、图3和图4中，均会出现当输出电容Cout短路时，滤波电感(L1)不能复位的病态运行状况。

由上述原因，本发明鉴于现有技术的缺陷，提出本案的“升压型变换器的防病态运行装置”。

发明内容

本案的主要目的在于提供一种升压型变换器的防病态运行装置，在电路输出短路工作时可以有效地对升压电路中的电感复位，提高了电源的安全性。

根据本案的第一构想提供一种升压型变换器的防病态运行装置，该装置应用于功率变换器中，该变换器包含一变压器，该变压器的次级输出端电连接一全波整流电路、一输出滤波电感以及一输出滤波电容；一箝位电路包含二箝位二极管，该箝位二极管的正极端相互连接形成一共阳极端，一第二箝位电容，其一端电连接于该输出滤波电感与该输出滤波电容的一节点，另一端电连接于该共阳极端，以及一升压电路，该防病态运行装置应用于该升压电路中，其包含：一受控电压源，其一端电连接该节点，另一端电连接该升压电路。

根据上述的构想，其中该全波整流电路包含一第一整流二极管、一第二整流二极管，该二整流二极管的正极端分别电连接该变压器的次级输出端，且其负极端形成一共阴极端。

根据上述的构想，其中该变换器还包含一第一箝位电容，其一端电连接于该共阴极端，另一端电连接于该共阳极端。

根据上述的构想，其中该升压电路包含：一电感，其一端电连接该受控电压源；一第一开关组件，其第一端电连接该电感的另一端，第二端电连接该共阳极端；以及一二极管，其正极端电连接该电感的另一端，其负极端电连接该第一整流二极管的负极端。

根据上述的构想，其中该受控电压源包含：一第二开关组件，其第一端电连接该节点，其第二端电连接该升压电路；一第一稳压二极管，其负极端电连接该共阴极端；一第一电阻，其一端电连接该第一二极管的正极端，另一端电连接该第二开关组件的控制端；一电容，其一端电连接该共阴极端，另一端电连接该第二开关组件的第二端；一第二电阻，其一端电连接该电容的另一端，另一端电连接该第二开关组件的控制端；以及一第二稳压二极管，其负极端电连接该第二开关组件的控制端，其正极端电连接该电容的另一端。

根据本案的第二构想提供一种升压型变换器的防病态运行装置，该装置电连接一电压源，一电容并联该电压源，一输出电容串联连接该电容，该防病态运行装置应用在一升压电路中，该升压电路包含一滤波电感、一第一开关组件及一第一整流二极管，其中该输出电容、该第一整流二极管以及该滤波电感构成一串联回路，而该防病态运行装置包含：一受控电压源，串联于该串联回路中间的任一点。

根据上述的构想，其中该受控电压源其一端电连接该升压电路的该滤波电感，另一端电连接该输出电容与该电容连接的一节点。

根据上述的构想，其中该受控电压源包含：一第二开关组件，其第一端电连接该节点，其第二端电连接该升压电路；一第一稳压二极管，其负极端电连接该输出电容的另一端；一第一电阻，其一端电连接该第一稳压二极管的正极端，另一端电连接该第二开关组件的控制端；一电容，其一端电连接该输出电容的另一端，另一端电连接该第二开关组件的第二端；一第二电阻，其一端电连接该电容的另一端，另一端电连接该第二开关组件的控制端；以及一第二稳压二极管，其负极端电连接该第二开关组件的控制端，其正极端电连接该电容的另一端。

根据上述的构想，其中该受控电压源其一端电连接该升压电路的该滤波电感，另一端电连接该输出电容的另一端。

根据上述的构想，其中该受控电压源包含：一第一稳压二极管，其正极端电连接输出电容与该电容连接的一节点；一第一电阻，其一端电连接该第一稳压二极管的负极端；一第二开关组件，其第一端电连接该输出电容的另一端，其控制端电连接该第一电阻的另一端；一电容，其一端电连接该第二开关组件的第二端，另一端电连接该节点；一第二电阻，其一端电连接该第一电阻的另一端，另一端电连接该第二开关组件的第二端；以及一第二稳压二极管，与该第二电阻并联连接。

根据上述的构想，其中该受控电压源其一端电连接该升压电路的该滤波电感，另一端电连接该输出电容与该电容连接的一节点。

根据上述的构想，其中该受控电压源包含：一第一稳压二极管，其正极端电连接该输出电容的另一端；一第一电阻，其一端电连接该第一稳压二极管的负极端；一第二开关组件，其第一端电连接该输出电容的另一端，其控制端电连接该第一电阻的另一端；一电容，其一端电连接该第二开关组件的第二端，另一端电连接该第一稳压二极管的正极端；一第二电阻，其一端电连接该第一电阻的另一端，另一端电连接该第二开关组件的第二端；以及一第二稳压二极管，与该第二电阻并联连接。

根据上述的构想，其中该受控电压源包含：一第一稳压二极管，其负极端电连接该节点；一第一电阻，其一端电连接该第一稳压二极管的正极端；一第二开关组件，其第一端电连接该输出电容的另一端，其控制端电连接该第一电阻的另一端；一电容，其一端电连接该第二开关组件的第二端，另一端电连接该第一稳压二极管的负极端；一第二电阻，其一端电连接该第一电阻的另一端，另一端电连接该第二开关组件的第二端；以及一第二稳压二极管，与该第二电阻并联连接。

本案由以下列附图与详细说明，可得一更深入的了解。

附图说明

图1是现有技术的一箝位及能量反馈电路示意图；

图2、图3和图4是现有技术的具有升压电路的电路示意图；

图5是本案较佳实施例的应用升压型变换器的防病态运行装置的电路原理示意图；

图6是图5具体实现的电路示意图；以及

图7～图10是本案各种较佳实施例的示意图。

其中，附图标记说明如下：

C1、C2、Cout：电容

D1、D2、Dr1、Dr2、Dr3：二极管

L1、L2：电感

Q1：功率组件

R1：限流电阻

R2：闸级保护电阻

T1：高频变压器

V：受控电压源

具体实施方式

为克服现有技术的问题，本发明以图2、图3和图4的现有技术为基础作了改进。即：在图2、图3和图4所示的串联回路(由输出电容Cout、第一整流二极管D1以及滤波电感L1构成)中，再串联一受控电压源，该受控电压源可串联于该串联回路中间的任一点。由该受控电压源，使升压电路的电感得以复位。其工作原理将以图5为例在下文中述及。

请参阅图5。与图1的不同之处是在电感L2上串联一受控电压源V，当电容电压Cout小于某一个值时受控电压源V为正(参考方向如图标)，用Vc_out与V的和使电感L2复位，并将C2的能量损耗在该受控电压源上。当输出正常时电容Cout上的电压为正常电压，电压源V的电压近似为零，从而将C2的能量送到输出电容Cout，因而提高了效率。

本发明就是通过一简单的辅助电路以实现这一受控电压源的目的。即，提供一种升压型变换器的防病态运行装置，电连接一电压源，一电容C1并联该电压源，一输出电容Cout串联连接该电容C1，该防病态运行装置应用在一升压电路(L1，D1，Q1)中，该升压电路包含一滤波电感L1、一第一开关组件Q1及一第一整流二极管D1，其中该输出电容Cout、该第一整流二极管D1以及该滤波电感L1构成一串联回路，包含：一受控电压源，串联于该串联回路中间的任一点，该受控电压源的具体实施方式请参阅图6至图10，将在下文中述及。

请参阅图6，是实现图5所示受控电压源功能的具体电路。其组成部分如下：T1代表高频变压器；D1、D2代表高频整流二极管；Dr1、Dr2代表箝位二极管；Q1代表能量回流开关组件；Dr3代表能量回流二极管；C1、C2代表箝位电容；L1代表输出滤波电感；L2代表能量回流电感；ZD1、ZD2代表稳压二极管，其中ZD1用于确定Cout短路时的受控电压源的电压，ZD2用于保护功率组件Q2的闸极；R1、R2代表电阻，其中R1为限流电阻，R2为闸级保护电阻；Q2为功率组件，可工作于饱和与放大状态；C3代表电容。

图6其工作过程分为以下两个阶段：正常运行阶段以及短路阶段。

正常运行时，升压(boost)电路将电容C2中的箝位能量对电容C3充电，当C3上的电压大于稳压管ZD1的稳压值时，开关组件Q2导通，可通过设计使其工作于饱和态。C3的能量流向电容Cout。短路运行时电容Cout的电压为零，但是D1，D2的反向恢复问题仍然存在。为了稳定箝位电容C1的电压，升压电路必须运行，升压电路将电容C2中的箝位电压能量对电容C3充电，可通过设计使功率组件Q2工作于线性区，将箝位吸收的能量消耗在开关组件Q2上，从而保护了主二极管。使电路在病态情况下也能够安全工作。

为克服如图2、图3、图4所示典型应用升压电路中，存在电感不能复位的问题。本案利用在升压电感上串联可控制电压源的想法，提出了几种具体实施电路图如下。

实施例1：在图2、图3的应用中可以应用图7、图8所示的防病态运行装置。图7中功率开关组件为N型的MOS，也可为NPN型晶体管。图8中功率开关组件为P型的MOS，也可为PNP型晶体管。

实施例2：在图6的应用中可以应用图9、图10所示的防短路保护电路。图9中功率开关组件为N型的MOS，也可为NPN型晶体管。图10中功率开关组件为P型的MOS，也可为PNP型晶体管。

图7、图8所示的是一类通用的防病态的电路，其应用范围不仅仅局限于吸收电路。

综合上述，本发明提供了一种升压型变换器的防病态运行装置，利用一受控电压源，使升压电路的电感得以复位。将其应用于箝位反馈电路中，可以将反向恢复电压的箝位能量损耗在受控电压源上。且当输出正常时，输出电容上的电压为正常电压，而受此控制的电压源的电压近似为零，从而将箝位能量几乎全部能够返回输出电容，因而提高了系统效率。故本发明确实具有工业上实用进步的价值，本案可由本技术领域的普通技术人员作出多种等效结构变换，但是均包含在本发明的专利范围内。

Claims (11)

1.一种升压型变换器的防病态运行装置，应用于功率变换器中，该变换器包含一变压器，该变压器的次级输出端电连接一全波整流电路、一输出滤波电感以及一输出滤波电容；一箝位电路包含二箝位二极管，该二箝位二极管的正极端相互连接形成一共阳极端，一第二箝位电容，其一端电连接于该输出滤波电感与该输出滤波电容的一节点，另一端电连接于该共阳极端，以及一升压电路，该防病态运行装置应用于该升压电路中，其特征在于，该防病态运行装置包含：

一受控电压源，其一端电连接该节点，另一端电连接该升压电路。

2.如权利要求1所述的防病态运行装置，其特征在于，该全波整流电路包含一第一整流二极管、一第二整流二极管，该第一和第二整流二极管的正极端分别电连接该变压器的次级输出端，且其负极端形成一共阴极端。

3.如权利要求2所述的防病态运行装置，其特征在于，该变换器还包含一第一箝位电容，其一端电连接于该共阴极端，另一端电连接于该共阳极端。

4.如权利要求2所述的防病态运行装置，其特征在于，该升压电路包含：

一电感，其一端电连接该受控电压源；

一第一开关组件，其第一端电连接该电感的另一端，第二端电连接该共阳极端；以及

一二极管，其正极端电连接该电感的另一端，其负极端电连接该第一整流二极管的负极端。

5.如权利要求2所述的防病态运行装置，其特征在于，该受控电压源包含：

一第二开关组件，其第一端电连接该节点，其第二端电连接该升压电路；

一第一稳压二极管，其负极端电连接该共阴极端；

一第一电阻，其一端电连接该第一稳压二极管的正极端，另一端电连接该第二开关组件的控制端；

一电容，其一端电连接该共阴极端，另一端电连接该第二开关组件的第二端；

一第二电阻，其一端电连接该电容的另一端，另一端电连接该第二开关组件的控制端；以及

一第二稳压二极管，其负极端电连接该第二开关组件的控制端，其正极端电连接该电容的另一端。

6.一种升压型变换器的防病态运行装置，电连接一电压源，一电容并联该电压源，一输出电容串联连接该电容，该防病态运行装置应用在一升压电路中，该升压电路包含一滤波电感、一第一开关组件及一第一整流二极管，其中该输出电容、该第一整流二极管以及该滤波电感构成一串联回路，其特征在于，该防病态运行装置包含：

一受控电压源，串联于该串联回路中间的任一点。

7.如权利要求6所述的防病态运行装置，其特征在于，该受控电压源的一端电连接该升压电路的该滤波电感，另一端电连接该输出电容与该电容连接的一节点，而该受控电压源包含：

一第二开关组件，其第一端电连接该节点，其第二端电连接该升压电路；

一第一稳压二极管，其负极端电连接该输出电容的另一端；

一第一电阻，其一端电连接该第一稳压二极管的正极端，另一端电连接该第二开关组件的控制端；

一电容，其一端电连接该输出电容的另一端，另一端电连接该第二开关组件的第二端；

一第二电阻，其一端电连接该电容的另一端，另一端电连接该第二开关组件的控制端；以及

一第二稳压二极管，其负极端电连接该第二开关组件的控制端，其正极端电连接该电容的另一端。

8.如权利要求6所述的防病态运行装置，其特征在于，该受控电压源其一端电连接该升压电路的该滤波电感，另一端电连接该输出电容的另一端，而该受控电压源包含：

一第一稳压二极管，其正极端电连接该输出电容与该电容连接的一节点；

一第一电阻，其一端电连接该第一稳压二极管的负极端；

一第二开关组件，其第一端电连接该输出电容的另一端，其控制端电连接该第一电阻的另一端；

一电容，其一端电连接该第二开关组件的第二端，另一端电连接该节点；

一第二电阻，其一端电连接该第一电阻的另一端，另一端电连接该第二开关组件的第二端；以及

一第二稳压二极管，与该第二电阻并联连接。

9.如权利要求6所述的防病态运行装置，其特征在于，该受控电压源其一端电连接该升压电路的该滤波电感，另一端电连接该输出电容与该电容连接的一节点。

10.如权利要求9所述的防病态运行装置，其特征在于，该受控电压源包含：

一第一稳压二极管，其正极端电连接该输出电容的另一端；

一第一电阻，其一端电连接该第一稳压二极管的负极端；

一第二开关组件，其第一端电连接该输出电容的另一端，其控制端电连接该第一电阻的另一端；

一电容，其一端电连接该第二开关组件的第二端，另一端电连接该第一稳压二极管的正极端；

一第二电阻，其一端电连接该第一电阻的另一端，另一端电连接该第二开关组件的第二端；以及

一第二稳压二极管，与该第二电阻并联连接。

11.如权利要求9所述的防病态运行装置，其特征在于，该受控电压源包含：

一第一稳压二极管，其负极端电连接该节点；

一第一电阻，其一端电连接该第一稳压二极管的正极端；

一第二开关组件，其第一端电连接该输出电容的另一端，其控制端电连接该第一电阻的另一端；

一电容，其一端电连接该第二开关组件的第二端，另一端电连接该第一稳压二极管的负极端；

一第二电阻，其一端电连接该第一电阻的另一端，另一端电连接该第二开关组件的第二端；以及

一第二稳压二极管，与该第二电阻并联连接。

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