CN205901584U - 一种多模式软开关无损吸收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多模式软开关无损吸收装置，包括单端变换器的原边绕组T1A和副边绕组T1B，开关Q1B，电容器C1、C2、C3，二极管D1、D2，电感L1，其中：T1A和T1B构成单端正激或单端反激变换器，C3、D3、L1、C1、Q1B构成谐振回路，由C1、C3、Q1B构成开关管钳位回路。本实用新型的多模式软开关无损吸收装置，通过由T1A和T1B构成单端正激或单端反激变换器，C3、D3、L1、C1、Q1B构成谐振回路，由C1、C3、Q1B构成开关管钳位回路，以达到接近零电压平稳切换、更彻底吸收切换能量的目的。

Description

一种多模式软开关无损吸收装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子控制开关技术领域，尤其是涉及一种多模式开关电源的软开关无损吸收装置。

背景技术

目前的单管开关电源控制技术主要存在如下两种：

1.RCD吸收，即电阻-电容-二极管组合，它存在的问题是对开关切换时的能量吸收不彻底，并且根据焦耳定律，在开关切换过程中器件能量吸收、发热严重，导致元器件参数以及输出电压不稳定。

2.LCD吸收，即电感-电容-二极管组合，它存在的问题在于对不同负载下开关切换能量吸收效果不一致，以及当输入电压波动后，对开关切换能量的吸收效果恶化。

发明内容

为此，本实用新型旨在提供一种多模式软开关无损吸收装置，通过由T1A和T1B构成单端正激或单端反激变换器，C3、D3、L1、C1、Q1B构成谐振回路，由C1、C3、Q1B构成开关管钳位回路，以达到接近零电压平稳切换、更彻底吸收切换能量的目的。

本实用新型所采用的技术方案是，提供一种多模式软开关无损吸收装置，包括单端变换器的原边绕组T1A和副边绕组T1B，开关Q1B，电容器C1、C2、C3，二极管D1、D2，电感L1，其中：T1A和T1B构成单端正激或单端反激变换器，C3、D3、L1、C1、Q1B构成谐振回路，由C1、C3、Q1B构成开关管钳位回路。

本实用新型的进一步改进在于，点A连接单端变压器原边绕组T1A、开关Q1B、电容C1和电容C2，点B连接二极管D1正极、电容C1和电感L1,点C连接电容C2、二极管D2正极和单边变压器副边绕组T1B，点D连接二极管D2负极、二极管D3正极和电容C3，电源端VIN连接单端变压器原边绕组T1A和二极管D1负极，接地端连接开关Q1B、单边变压器副边绕组T1B和电容C3。

本实用新型的进一步改进在于，所述电容C1的电容值远大于电容C3。

本实用新型的进一步改进在于，所述电容C3的一端连接与二极管D1负极，一端连接与电源端VIN。

本实用新型具有如下效果：

1、开关管Q1B在接通和断开时，被与其相连的电容器、二极管回路所钳位，强烈抑制尖峰电压，从而实现接近零电压平稳切换，并降低开关切换产生的环境电磁干扰。

2、降低开关管在接通和断开时承受的电压和电流，降低大电容C1在切换过程承受电压，从而减少开关电弧事故、以及提高各元器件以及整体开关电源的使用寿命。

3、所述开关管吸收装置不含电阻器，开关管切换的能量吸收过程不吸收有功功率，提高电源利用效率。

附图说明

图1是一种多模式软开关无损吸收装置的一个实施例的电路原理图。

图2是一种多模式软开关无损吸收装置的另一实施例的电路原理图。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，该实施例仅用于解释本实用新型，并不对本实用新型的保护范围构成限定。

目前的单管开关电源控制技术主要存在如下两种：

1.RCD吸收，即电阻-电容-二极管组合，它存在的问题是对开关切换时的能量吸收不彻底，并且根据焦耳定律，在开关切换过程中器件能量吸收、发热严重，导致元器件参数以及输出电压不稳定。

2.LCD吸收，即电感-电容-二极管组合，它存在的问题在于对不同负载下开关切换能量吸收效果不一致，以及当输入电压波动后，对开关切换能量的吸收效果恶化。

为此，本实用新型提供一种多模式软开关无损吸收装置，通过由T1A和T1B构成单端正激或单端反激变换器，C3、D3、L1、C1、Q1B构成谐振回路，由C1、C3、Q1B构成开关管钳位回路，以达到接近零电压平稳切换、更彻底吸收切换能量的目的。

实施例1

一种多模式软开关无损吸收装置，如图1所示，包括单端变换器的原边绕组T1A和副边绕组T1B，开关Q1B，电容器C1、C2、C3，二极管D1、D2，电感L1，其中：T1A和T1B构成单端正激或单端反激变换器，C3、D3、L1、C1、Q1B构成谐振回路，由C1、C3、Q1B构成开关管钳位回路。

各元器件的连接关系为：点A连接单端变压器原边绕组T1A、开关Q1B、电容C1和电容C2，点B连接二极管D1正极、电容C1和电感L1,点C连接电容C2、二极管D2正极和单边变压器副边绕组T1B，点D连接二极管D2负极、二极管D3正极和电容C3，电源端VIN连接单端变压器原边绕组T1A和二极管D1负极，接地端连接开关Q1B、单边变压器副边绕组T1B和电容C3。

所述电容C1的电容值远大于电容C3。

当开关管Q1B接通时，分为三个过程：

1）在开关管Q1B接通瞬间，在单端变压器副边T1B激励出感应电流，使二极管D2接通，形成包括T1B、D2、C3的回路，使电容C3充电。

2）当电容C3的端电压，即D点对地电压，低于二极管D2的接通电压后，D2截止。此时，C3、D3、L1、C1、Q1B形成谐振回路，其谐振周期为2π*sqrt(L1*C1*C3/(C1+C3))，其中sqrt表示求平方根。由于C1远大于C3，故谐振周期约等于2π*sqrt(L1* C3)，在此谐振过程中，C3放电，C1充电，L1先储能后释放。由于C1较大，C1上电压变化较小，同时，在D2截止、谐振开始时C3的初始端电压较低，从而使得谐振过程开关管Q1B两端承受的电压较低；而且由于C3电容值较小，从而使得参与整个谐振过程的电荷量很小，谐振能量有限。

3）当C3放电至端电压为-VIN时，D2接通，并形成由L1、C1、C2、D2、D3组成的回路，从而C3端电压被钳位在-VIN，L1上能量继续向C1释放，释放完成D3关断。

上述设计达到了在开关管接通的过程中，使通过开关管电流较低、开关管两端承受电压较低的目的。

当开关管Q1B关断时，经过如下2个过程：

1）在Q1B关断瞬间，在单端变压器副边T1B激励出感应电流，使二极管D2接通，形成由T1B、D2、C3组成的回路，使电容C3充电。

由于C3端电压在开关管Q1B接通后已被钳位到-VIN，在充电完成后C3端电压要比从0电压开始充电的情况小很多，故而可以达到削减电压峰值、近似零电压关断的效果。

2）当电容C3端电压低于二极管D2的接通电压后，D2截止。此时，L1、C1、C2、T1B、C3和D3组成回路，C3放电，C1充电，L1先储能后释放。放电完毕，D3关断。由于C1较大，C1上电压变化较小，从而使得此过程开关管两端承受的电压始终较低，没有尖峰电压。

因此，所述开关管Q1B可用耐压较低的普通开关管。

实施例2

所述多模式软开关无损吸收装置的另一实施例是，如图2所示，所述电容C3的一端连接与二极管D1负极，一端连接与电源端VIN。在此连接方式下，当开关管Q1B接通时，分为三个过程：

1）在开关管Q1B接通瞬间，在单端变压器副边T1B激励出感应电流，使二极管D2接通，形成包括T1A、C2、D2、C3的回路，使电容C3、C2充电。同时，形成Q1B、C2、T1B谐振回路，使电容器C2反方向充电，由此C2的端电压上升被抑制，保证了开关管Q1B保持较低、稳定的端电压，以及接通时较小的瞬时电流。

2）当电容C3的端电压，即如图2中K点相对VIN的电压，低于二极管D2的接通电压后，D2截止。此时，C3、D3、L1、D1形成谐振回路，其谐振周期为2π*sqrt(L1* C3)，在此谐振过程中，C3先放电后充电，L1先储能后释放。

3）当C3在谐振过程末尾充电至端电压为-VIN时，D2接通，并形成由L1、C1、C2、D2、D3组成的回路，从而C3端电压被钳位在-VIN，L1上能量继续向C1释放，释放完成D3关断。

由于C1较大，C1上电压变化较小，从而使得此过程开关管两端承受的电压始终较低，没有尖峰电压。

如图2的上述设计，达到了在开关管接通的过程中，使通过开关管电流较低、开关管两端承受电压较低的目的。

当开关管Q1B关断时，经过如下3个过程：

1）在Q1B关断瞬间，使二极管D2接通，形成由T1A、C2、D2、C3组成的回路，使电容C3充电。

由于C3端电压在开关管Q1B接通后已被钳位到-VIN，在充电完成后C3端电压要比从0电压开始充电的情况小很多，故而可以达到削减电压峰值、近似零电压关断的效果。

2）当电容C3端电压低于二极管D2的接通电压后，D2截止。此时，L1、D1、C3和D3组成谐振回路，其谐振周期为2π*sqrt(L1* C3)，在此谐振过程中，C3先放电后充电，L1先储能后释放。

3）当C3在谐振过程末尾充电至端电压为-VIN时，D2接通，并形成由L1、C1、C2、D2、D3组成的回路，从而C3端电压被钳位在-VIN，L1上能量继续向C1、C2释放，释放完成D3关断。

由于C1较大，C1上电压变化较小，从而使得此过程开关管两端承受的电压始终较低，没有尖峰电压。

总之，本实用新型具有如下效果：

1、开关管Q1B在接通和断开时，被与其相连的电容器、二极管回路所钳位，强烈抑制尖峰电压，从而实现接近零电压平稳切换，并降低开关切换产生的环境电磁干扰。

2、降低开关管在接通和断开时承受的电压和电流，降低大电容C1在切换过程承受电压，从而减少开关电弧事故、以及提高各元器件以及整体开关电源的使用寿命。

3、所述开关管吸收装置不含电阻器，开关管切换的能量吸收过程不吸收有功功率，提高电源利用效率。

本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种多模式软开关无损吸收装置，包括单端变换器的原边绕组T1A和副边绕组T1B、开关Q1B、电容器C1、电容器C2、电容器C3、二极管D1、二极管D2、电感L1，其特征在于：T1A和T1B构成单端正激或单端反激变换器，电容器C3、二极管D3、电感L1、电容器C1、开关Q1B构成谐振回路，由电容器C1、电容器C3、开关Q1B构成开关管钳位回路。

2.根据权利要求1所述的一种多模式软开关无损吸收装置，其特征在于：单端变压器原边绕组T1A、开关Q1B、电容C1和电容C2相连接于点A；二极管D1正极、电容C1和电感L1相连接于点B；电容C2、二极管D2正极和单边变压器副边绕组T1B相连接于点C；二极管D2负极、二极管D3正极和电容C3相连接于点D；电源端VIN连接单端变压器原边绕组T1A和二极管D1负极，接地端连接开关Q1B、单边变压器副边绕组T1B和电容C3。

3.根据权利要求2所述的一种多模式软开关无损吸收装置，其特征在于，所述电容C1的电容值远大于电容C3。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种多模式软开关无损吸收装置，其特征在于，所述电容C3一端与二极管D1负极连接，其另一端与电源端VIN连接。