CN207069893U - 一种自动箝位电路 - Google Patents

Abstract

一种自动箝位电路，包括箝位开关M1，主功率开关M2，第一二极管D1，第二二极管D2，第一电阻R1，第一电容C1，线圈N1，当箝位开关M1是MOSFET时，其栅极和源极分别连接第一二极管D1的阴极和阳极，其栅极和漏极分别连接第二二极管D2的阳极和阴极；主功率开关M2的漏极与第一二极管D1的阴极串联，第一二极管D1的阳极与线圈N1串联，第一电阻R1并联于第一二极管D1的阴极和阳极形成RD并联电路；第一电容C1连接箝位开关M1的漏极形成串联电路，此串联电路与线圈N1并联形成闭合电路；第一电容C1受箝位开关M1的控制，用于释放和吸收线圈N1的部分能量。

Description

一种自动箝位电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及有电压箝位的开关变换器。

背景技术

目前，开关电源的主功率开关M2一般使用 MOSFET或三极管，在主功率开关M2关断的瞬间，由于漏感引起很高的尖峰电压，现有技术使用RCD或者复杂的有源箝位电路来处理此尖峰电压，传统的RCD是将这部分能量由电阻发热消耗掉，降低了变换器效率；现有有源箝位的使用效果优于RCD方式，但是因为箝位开关M1的驱动是浮地，因此必须使用复杂的驱动技术来控制箝位开关M1的导通和关断，所以需要复杂且昂贵的IC，且辅助器件数目较多，成本较高且易受干扰，可靠性难以提高；图 1 为传统带有 RCD吸收的变换器电路结构图，图 2 为主功率开关 M2 漏源间的电压波形图，可读出峰值电压为850V，有多个振铃，会产生较差的EMI；图3为已知的有源箝位电路，图中PWM1为主控芯片产生的脉宽调制信号，用于驱动主功率开关M2；PWM2是由高成本的芯片产生的另一路浮动的脉宽调制信号，用于驱动箝位开关M1。

发明内容

本发明的目的在于通过一种自动箝位电路，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案。

一种自动箝位电路，包括箝位开关M1，主功率开关M2，第一二极管D1，第二二极管D2，第一电阻R1，第一电容C1，线圈N1，其连接方式为，当所述的箝位开关M1是MOSFET时，其栅极和源极分别连接第一二极管D1的阴极和阳极，其栅极和漏极分别连接第二二极管D2的阳极和阴极；所述的主功率开关M2的漏极与第一二极管D1的阴极串联，第一二极管D1的阳极与线圈N1串联，第一电阻R1并联于第一二极管D1的阴极和阳极，形成RD并联电路；所述的第一电容C1连接箝位开关M1的漏极形成一串联电路，此串联电路与线圈N1并联，形成闭合电路；第一电容C1受箝位开关M1的控制，用于释放和吸收线圈N1的部分能量；所述的箝位开关M1的寄生二极管和第二二极管D2是所述的线圈N1释放其漏感Lr储能及其它寄生能量的电流通道。

当所述的箝位开关M1是三极管时，其基极和发射极分别连接第一二极管D1的阴极和阳极，其集电极和发射极分别连接第二二极管D2的阴极和阳极；所述的主功率开关M2的漏极与第一二极管D1的阴极串联，第一二极管D1的阳极与线圈N1串联；第一电阻R1并联于第一二极管D1的阴极和阳极，形成RD并联电路；所述的第一电容C1连接箝位开关M1的集电极形成串联电路，此串联电路与线圈N1并联，形成闭合电路；第一电容C1受箝位开关M1的控制，用于释放和吸收线圈N1的部分能量；所述的箝位开关M1的集电结和第二二极管D2是所述的线圈N1释放其漏感Lr储能及其它寄生能量的电流通道。

第一电阻R1并联于第一二极管D1的两端，形成RD并联电路，此RD并联电路的作用是产生驱动箝位开关M1的电压，即箝位开关M1的关断或导通分别受控于RD并联电路两端的正向电压或反向电压。

所述的主功率开关M2或者是MOSFET，或者是三极管，主功率开关M2通过所述的RD并联电路连接线圈N1，用来控制线圈N1的电流，在主功率开关M2开通期间，由输入电源Vdc产生的电流流过线圈N1和RD并联电路，即在RD并联电路两端产生正向电压，此正向电压令箝位开关M1关断；在主功率开关M2关断期间，线圈N1释放其电感储能，直至线圈N1的端电压下降，主功率开关M2的寄生电容开始通过所述的RD并联电路向线圈N1释放其电容储能，释放该电容储能产生的电流令所述的RD并联电路产生反向电压，此反向电压令箝位开关M1导通；上述过程描述了箝位开关M1的导通和关断，周而复始即可完成自动箝位过程；在RD并联电路中，因第一电阻R1和第一二极管D1的并联关系，上述的正向电压值不会超过第一二极管D1的正向导通压降，较低的正向电压令RD并联电路保持较低的损耗。

上述的正向电压和反向电压均以第一二极管D1的PN结方向为参照，令该PN结导通的电压为正向电压，令该PN结截止的电压为反向电压。

所述的线圈N1或者是独立电感，或者是变压器的原边绕组，其电感量包括漏感Lr和励磁电感L1。

本发明提出的自动箝位电路解决了传统有源箝位中箝位开关M1的驱动问题，其利用所述的RD并联电路两端电压来控制箝位开关M1的开通和关断，以完成自动电压箝位过程，由于尖峰电压被箝位，主功率开关M2和箝位开关M1可选用较低等级的器件，同时自动箝位电路省去了用于产生PWM2的IC和外围元器件，由此降低了成本，提高了可靠性和效率。

附图说明

图1 传统带有 RCD吸收的变换器电路结构图。

图2 RCD箝位时主功率开关 M2 漏源间的电压波形图。

图3 已知的有源箝位电路结构图。

图4 本发明提供的第一实施例第一种自动箝位电路结构图。

图5 本发明提供的第一实施例中主功率开关M2漏源之间的电压波形图。

图6 本发明提供的第一实施例中箝位开关M1开通时的状态图。

图7 本发明提供的第一实施例中箝位开关M1关断时的状态图。

图8 本发明提供的第二实施例第二种自动箝位电路结构图。

标号说明：1：线圈N1；2：RD并联电路；Vdc：输入电源；PWM1：驱动主功率开关M2的电压信号；PWM2：驱动箝位开关M1的电压信号；D1,D2：二极管；M1：箝位开关；M2：主功率开关；R1：第一电阻；C1：第一电容；I1，I2：RD并联电路的电流方向；

+，- ：RD并联电路的电压方向；N2：与线圈1耦合的线圈2。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参照图4所示的本发明提供的第一实施例第一种自动箝位电路结构图

此实施例包括箝位开关M1，主功率开关M2，第一二极管D1，第二二极管D2，第一电阻R1，第一电容C1，线圈N1，其连接方式为，箝位开关M1的栅极和源极分别连接第一二极管D1的阴极和阳极，其栅极和漏极分别连接第二二极管D2的阳极和阴极；所述的主功率开关M2的漏极通过第一二极管D1的阴极和阳极与线圈N1串联，第一电阻R1并联于第一二极管D1的阴极和阳极，形成RD并联电路；所述的第一电容C1通过箝位开关M1的漏极和源极与线圈N1并联，形成闭合电路；箝位开关M1的关断和导通分别受控于上述RD并联电路两端的正向电压和反向电压，第一电容C1受箝位开关M1的控制，不停吸收释放线圈N1的部分能量，即完成自动箝位的过程；此实施例中线圈N1是变压器的原边绕组，其电感量包括漏感Lr和励磁电感L1。

此实施例中主功率开关M2是MOSFET，主功率开关M2存在寄生电容C2，图6是本发明提供的第一实施例中箝位开关M1变为开通时的状态图，工作过程为：如图6所示，当主功率开关M2的驱动变为低电平时，主功率开关M2关断，线圈N1的电感储能开始释放，多余的漏感Lr能量和其他寄生能量通过体二极管和第二二极管D2，存储在第一电容C1中，此过程即电压箝位的过程，当线圈N1的储能释放至其端电压下降时，主功率开关M2的寄生电容C2开始通过第一电阻R1，向线圈N1释放其电容储能，释放电容储能的过程形成了通过第一电阻R1的反向电流I2，此电流I2的流向与第一二极管D1的PN结相反，因此称为反向电流，上述反向电流I2产生的反向电压对于箝位开关M1的栅源而言为正，该反向电压驱动箝位开关M1开通；第一电容C1由此刻开始，通过箝位开关M1向线圈N1释放刚刚存储的能量，以保持第一电容C1的电压不会无限升高，为下个周期的电压箝位做好准备；图6中的上负下正符号代表反向电压的方向。

图7是本发明提供的第一实施例中箝位开关M1变为关断时的状态图，具体工作过程是：如图7所示，当主功率开关M2的驱动信号逐渐变高且达到其栅极的阈值电压时，主功率开关M2逐渐开始导通，此导通过程导致其漏极电压微微下降，此刻将有正向电流I1通过RD并联电路，此电流流向与第一二极管D1的PN结同向，因此称为正向电流，上述正向电流I1在RD并联电路两端产生正向电压，上述正向电压对于箝位开关M1的栅源而言为负，箝位开关M1在此刻关断，第一电容C1结束能量释放过程；随着驱动信号的升高，主功率开关M2在导通一段时间后，再次受控进入图6所描述的阶段，由此周而复始按照开关频率进行自动电压箝位。

上述的反向电压和正向电压均以第一二极管D1的PN结方向做参照，令该PN结导通的电压为正向电压，令该PN结截止的电压为反向电压。在RD并联电路中，因第一电阻R1和第一二极管D1的并联关系，上述的正向电压值不会超过第一二极管D1的正向导通压降，较低的正向电压降低了RD并联电路的损耗；图7中上正下负的符号代表正向电压的方向。

图8是本发明提供的第二实施例第二种自动箝位电路结构图，其中的箝位开关M1为三极管，第二二极管D2的阳极和阴极分别连接箝位开关M1的发射极和集电极，该箝位开关M1的集电结和第二二极管D2是线圈N1释放其漏感Lr储能及其它寄生能量的电流通道，其余元器件的工作过程与第一实施例相同。

图5是本发明提供的第一实施例中主功率开关M2漏源之间的电压波形图，可以看出，本实施例自动箝位电路达到理想的效果。在相同的条件下，自动箝位电路令最高电压保持在480V左右，无多余的振铃；图2是RCD箝位时主功率开关 M2 漏源间的电压波形图，RCD箝位效果较差，令峰值电压达到850V，大大超过480V，且有较多振铃，EMI会受到不利的影响，由此说明自动箝位电路具有较高实用价值。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种自动箝位电路，包括箝位开关M1，主功率开关M2，第一二极管D1，第二二极管D2，第一电阻R1，第一电容C1，线圈N1，其特征是，当所述的箝位开关M1是MOSFET时，其栅极和源极分别连接第一二极管D1的阴极和阳极，其栅极和漏极分别连接第二二极管D2的阳极和阴极；所述的主功率开关M2的漏极与第一二极管D1的阴极串联，第一二极管D1的阳极与线圈N1串联，第一电阻R1并联于第一二极管D1的阴极和阳极，形成RD并联电路；所述的第一电容C1连接箝位开关M1的漏极形成一串联电路，此串联电路与线圈N1并联，形成闭合电路；第一电容C1受箝位开关M1的控制，第一电容C1用于释放和吸收线圈N1的部分能量。

2.根据权利要求1所述的一种自动箝位电路，其特征是，当所述的箝位开关M1是三极管时，其基极和发射极分别连接第一二极管D1的阴极和阳极，其集电极和发射极分别连接第二二极管D2的阴极和阳极；所述的主功率开关M2的漏极与第一二极管D1的阴极串联，第一二极管D1的阳极与线圈N1串联；第一电阻R1并联于第一二极管D1的阴极和阳极，形成RD并联电路；所述的第一电容C1连接箝位开关M1的集电极形成串联电路，此串联电路与线圈N1并联，形成闭合电路。

3.根据权利要求1或2所述的一种自动箝位电路，其特征是，所述的RD并联电路的作用是产生驱动箝位开关M1的电压，即箝位开关M1的关断或导通分别受控于RD并联电路两端的正向电压或反向电压。

4.根据权利要求1或2所述的一种自动箝位电路，其特征是，所述的主功率开关M2或者是MOSFET，或者是三极管，主功率开关M2通过所述的RD并联电路连接线圈N1，控制线圈N1的电流；在主功率开关M2开通或关断期间，所述的RD并联电路即产生正向电压或反向电压。

5.根据权利要求1或2所述的一种自动箝位电路，其特征是，所述的线圈N1或者是独立电感，或者是变压器的原边绕组，其电感量包括漏感Lr和励磁电感L1。

6.根据权利要求1所述的一种自动箝位电路，其特征是，所述的箝位开关M1的寄生二极管和第二二极管D2是所述的线圈N1释放其漏感Lr储能及其它寄生能量的电流通道。

7.根据权利要求2所述的一种自动箝位电路，其特征是，所述的箝位开关M1的集电结和第二二极管D2是所述的线圈N1释放其漏感Lr储能及其它寄生能量的电流通道。