CN201185394Y - 双晶正激有源钳位开关电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种双晶正激有源钳位开关电源，包括初级部分，变压器和次级部分，其中初级部分包括第一主开关管，钳位开关管，钳位电容以及第二主开关管，所述的该第二主开关管的S极与变压器初级绕组的同名端相连，第一主开关管的D极与变压器初级绕组的异名端相连，钳位电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种开关电源，特别是一种双晶正激有源钳位开关电源。
背景技术
现有的开关电源主要有双晶正激和单晶正激有源钳位两种。其中双晶正激采用双管正激变换器，其结构简单，开关管电压应力低，磁芯自动复位，并将漏感的能量送回输入电源，可靠性高，在高压中大功率场合的应用广泛。但是其也具有一些缺点：变压器单向磁化，磁芯利用率低，使体积过大，同时由于磁芯复位的原因，其占空比不能大于0.5，开关管工作在硬开关状态下频率也不能太高。
单晶有源钳位电路简洁，具有良好的磁复位特性，变压器漏感中的储能以无损的方式在电路中循环，并可被利用来实现主开关管的ZVS开通，因而易实现高的变换效率，且变换器的占空比可以大于0.5，有利于减少变压器变比，从而能降低原边器件的电流应力，减少导通损耗，提高变换器效率，另外磁芯双向磁化，能提高磁芯利用率，次级波形无死区，适合采用自驱动同步整流。但是其缺点是：在高压应用时主开关管要求耐压高，现有功率管工艺耐压越高电流比较小导通电阻也较大所以功率和效率受到限制，且占空比控制不精确会产生灾乱性损坏，另一个缺点是需要对同步延迟时间的精确控制技术。
显然上述两种方式都已经无法现在各种发展的需要。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种可以拥有上述两种方式优点的双晶正激有源钳位开关电源。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双晶正激有源钳位开关电源，包括初级部分，变压器和次级部分，其中初级部分包括第一主开关管，钳位开关管，钳位电容以及第二主开关管，所述的该第二主开关管的S极与变压器初级绕组的同名端相连，第一主开关管的D极与变压器初级绕组的异名端相连，钳位电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是：所述次级部分包括二极管D1，D2，D1的正极与变压器次级绕组的同名端相连，D1的负极与L1相连，D2的正极与地相连，变压器次级绕组的异名端与地相连，L1的另一端与电容C2的正极和负载相连。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是：所述的第二主开关管的D极与输入电源相连。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是：第一主开关管的S极与输入地相连。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是：所述的钳位开关管的S极与变压器的异名端相连。
本实用新型解决进一步技术问题的方案是：提供一种双晶正激有源钳位开关电源，包括初级部分，变压器和次级部分，其中初级部分包括第一主开关管以及第二主开关管，次级包括钳位开关管以及钳位电容，所述的该第二主开关管的D极与输入电源相连，S极与变压器初级绕组的同名端相连，第一主开关管的D极与变压器初级绕组的异名端相连，S极与输入地相连，钳位电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连，钳位开关管的S极与变压器的异名端相连，钳位电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连，钳位开关管的S极与变压器的异名端相连。
相较于现有技术，本实用新型的双晶正激有源钳位开关电源同时拥有了单晶正激有源钳位和双晶正激两者的优点，适合于高压中大功率应用，并且磁芯得到有效的复位，磁芯利用率得到提高，占空比可以超过0.5，甚至可以达到0.7。如果输入电压为380V主开关管反压也才634V左右，在高电压应用中有较大的好处，做到了零电压开关在效率比双晶正激有较大的提高，同时也减少了EMI的干扰。而次级波形无死区时间，适合采用自驱动同步整流，对低电压输大功率输出有很大的好处，频率也可以相应的提高可经节省磁芯材料，减小体积，初次级开关管的电压应力也相应减小。
附图说明
图1是本实用新型的双晶正激有源钳位开关电源的电路原理示意图。
图2至图6是本实用新型的双晶正激有源钳位开关电源的工作过程示意图。
图7是本实用新型的双晶正激有源钳位开关电源的时序波形图。
图8是本实用新型的双晶正激有源钳位开关电源的另一电路原理示意图。
图9至图13是图8所示的双晶正激有源钳位开关电源的工作过程示意图。
图14是图8所示的双晶正激有源钳位开关电源的时序波形图。
具体实施方式
以下内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
请参阅图1，本实用新型的双晶正激有源钳位开关电源包括初级部分，变压器T1和次级部分。
其中初级部分包括第一主开关管Q1，钳位开关管QR1，钳位电容CR1以及第二主开关管Q2。该第二主开关管Q2的D极与输入电源相连，S极与变压器初级绕组的同名端相连，第一主开关管Q1的D极与变压器初级绕组的异名端相连，S极与输入地相连。钳位电容CR1一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管QR1的D极相连，钳位开关管QR1的S极与变压器的异名端相连。
本实用新型的双晶正激有源钳位开关电源的次级部分包括二极管D1，D2，D1的正极与变压器次级绕组的同名端相连，D1的负极与L1相连。D2的正极与地相连，变压器次级绕组的异名端与地相连。L1的另一端与电容C2的正极和负载相连。
请参阅图2至图7，本实用新型的双晶正激有源钳位开关电源的工作过程如下：
a.功率传输阶段(t0-t1)，如图2所示，该阶段第一主开关管Q1和第二主开关管Q2同时导通，而钳位开关管QR1处于关断状态。加在变压器上的输入电压使励磁电流线性上升，初级向次级经变压器传输能量。次级D1导通，D2截止，L1上的电流线性上升，整流滤波后供给负载RL.在此条件下Q1和Q2刚好ZVS下导通，因其体二极管先前已经在导通状态(如图6所示)
b.谐振阶段(t1-t2)，如图3所示，在占空比的控制下第一主开关管Q1和第二主开关管Q2在t1时刻同时关断，变压器磁芯极性反转。因输入电源和变压器的励磁电感的作用给Q1和Q2的寄生电容Coss1，Coss2充电，由于电容电压不能突变，第一主开关管Q1和第二主开关管Q2在ZVS状态下关断。同时变压器的励磁电流开始给钳位开关管QR1的寄生电容Coss放电，经QR1的体二极管给钳位电容CR1充电。次级D1截止，D2导通，L1经过D2续流继续给负载RL供电。
c.有源钳位阶段(t2-t3)，如图4以及图5所示，在t2时刻钳位开关管QR在ZVS状态下开启，由于QR1的体二极管先前已开通QR1的VDS电压很低。钳位开关管QR1在整个阶段处于开通状态，变压器励磁电流经过钳位开关管QR1继续给钳位电容CR1充电，钳位电容CR1充满以后经变压器励磁电感放电.次级在整个阶段由L1续流经D2给负载供电，D1截止。
d.谐振阶段(t3-t4)，如图6所示，t3时刻钳位开关管QR1在ZVS状态下关断(QR1的寄生电容使电压不能突变)，由于变压器初级电流仍然反向流动，磁芯极性反转，使第一主开关管Q1和第二主开关管Q2的寄生电容Coss放电，次级在t3完成后D1导通，D2截止；然后其主开关管的体二极管导通把能量全部送回输入电源与负载，变压器磁芯完成磁复位。此时主开关管Q1和Q2的VDS电压为零，t4时刻同时开启第一主开关管Q1和第二主开关管Q2做到ZVS导通。在t4完成后，开关周期又返回到t0-t1的状态。
其中t1-t2和t3-t4的谐振时间是实现零电压开关的关健，可以调节使零电压开关做到最佳。
本实用新型的双晶正激有源钳位开关电源同时拥有了单晶正激有源钳位和双晶正激两者的优点，适合于高压中大功率应用，并且磁芯得到有效的复位，磁芯利用率得到提高，占空比可以超过0.5，甚至可以达到0.7。如果输入电压为380V占空比在0.7时主开关管反压也才634V左右，在高电压应用中有较大的好处，做到了零电压开关在效率比双晶正激有较大的提高，同时也减少了EMI的干扰。而次级波形无死区时间，适合采用自驱动同步整流，对低电压输大功率输出有很大的好处，频率也可以相应的提高可经节省磁芯材料，减小体积，初次级开关管的电压应力也相应减小。
请参阅图8，本实用新型的双晶正激有源钳位开关电源的另一种结构示意图。其结构与图1所示的双晶正激有源钳位开关电源基本相似，只是所述的钳位开关管Q3以及钳位电容C4设置在副边，钳位电容C4一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管Q3的D极相连，钳位开关管Q3的S极与变压器的异名端相连。
上述的双晶正激有源钳位开关电源的工作过程如图9至图14所示：t0-t1功率传输阶段(图9)：
该阶段主功率管Q1和Q2同时导通，加在变压器上的输入电压使励磁电流线性上升，初级向次级经变压器传输能量。副边Q3处于关断状态。D1导通，D2截止，L1上的电流线性上升，整流滤波后供给负载RL.在此条件下Q1和Q2刚好ZVS下导通，因其体二极管先前已经在导通状态(如图13)
t1-t2谐振阶段(图10)：
在占空比的控制下主功率管Q1和Q2在t1时刻同时关断，变压器磁芯极性反转。因输入电源和变压器的励磁电感的作用给Q1和Q2的寄生电容Coss充电，由于电容电压不能突变，主开关管Q1和Q2在ZVS状态下关断.同时副边变压器的绕组开始给钳位开关管Q3的寄生电容Coss放电，经Q3的体二极管给C4充电。副边D1截止，D2导通，L1经过D2续流继续给负载R1供电。
t2-t3有源钳位阶段(图11，图12)：
在t2时刻钳位开关管Q3在ZVS状态下开启，由于Q3的体二极管先前已开通QR的VDS电压很低。钳位开关管Q3在整个阶段处于开通状态，变压器励磁电流经过钳位开关管Q3继续给钳位电容C4充电，钳位电容C4充满以后经变压器副边绕组放电.在整个阶段由L1续流经D2给负载供电.D1截止。
t3-t4谐振阶段(图13)：
t3时刻钳位开关管Q3在ZVS状态下关断(Q4寄生电容使电压不能突变)，由于变压器初级电流仍然反向流动，磁芯极性反转，使主开关管Q1和Q2的寄生电容Coss放电，副边在t3完成(即Q3关断后)D1导通，D2截止；然后其主开关管的体二极管导通把能量全部送回输入电源与负载，变压器磁芯完成磁复位。此时主开关管Q1和Q2的VDS电压为零，t4时刻同时开启主开关管Q1和Q2做到ZVS导通.。在t4完成后，开关周期又返回到t0-t1的状态。
Claims (6)
1.一种双晶正激有源钳位开关电源，包括初级部分，变压器和次级部分，其特征在于：初级部分包括第一主开关管，钳位开关管，钳位电容以及第二主开关管，所述的该第二主开关管的S极与变压器初级绕组的同名端相连，第一主开关管的D极与变压器初级绕组的异名端相连，钳位电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连。
2.根据权利要求1所述的双晶正激有源钳位开关电源，其特征在于：所述次级部分包括二极管D1，D2，D1的正极与变压器次级绕组的同名端相连，D1的负极与L1相连，D2的正极与地相连，变压器次级绕组的异名端与地相连，L1的另一端与电容C2的正极和负载相连。
3.根据权利要求2所述的双晶正激有源钳位开关电源，其特征在于：所述的第二主开关管的D极与输入电源相连。
4.根据权利要求3所述的双晶正激有源钳位开关电源，其特征在于：第一主开关管的S极与输入地相连。
5.根据权利要求3所述的双晶正激有源钳位开关电源，其特征在于：所述的钳位开关管的S极与变压器的异名端相连。
6.一种双晶正激有源钳位开关电源，包括初级部分，变压器和次级部分，其特征在于：初级部分包括第一主开关管以及第二主开关管，次级包括钳位开关管以及钳位电容，所述的该第二主开关管的D极与输入电源相连，S极与变压器初级绕组的同名端相连，第一主开关管的D极与变压器初级绕组的异名端相连，S极与输入地相连，钳位电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连，钳位开关管的S极与变压器的异名端相连，钳位电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连，钳位开关管的S极与变压器的异名端相连。
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| CN103248233A (zh) * | 2013-04-26 | 2013-08-14 | 山东超越数控电子有限公司 | 一种实现电源隔离的方法 |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
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