CN208316575U - 一种反激式开关电源无损箝位电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种反激式开关电源无损箝位电路，该无损箝位电路包括：开关管Q1、变压器线圈N1、变压器线圈N2、整流管D1、整流管D2和电容C1；其中，开关管Q1的源极与变压器线圈N2的非同名端连接，开关管Q1的漏极分别与电容C1的一侧和变压器线圈N1的同名端连接，电容C1的另一侧分别与整流管D1的阴极和整流管D2的阳极连接，整流管D1的阳极与变压器线圈N2的同名端连接，变压器线圈N1的非同名端与整流管D2的阴极连接。本实用新型结合与电流无关的箝位特性，可以应用在各档大中小反激式开关电源中，大幅提高反激式开关电源的效率和可靠性。

Description

一种反激式开关电源无损箝位电路

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，特别涉及一种反激式开关电源无损箝位电路。

背景技术

目前典型的反激式开关电源，必须另外设置能够吸收因变压器漏感造成的关断电压尖峰部分的线路，通常称为吸收回路。由于必须以损耗形式来消耗漏感的有效能量，吸收能力越强，其静态损耗就越大，因此，必须根据线路功率和漏感，设置一个合理的吸收能力，而该能力一旦确定，又限制了在某些突发条件下，瞬态电流大大增加，吸收回路会无法吸收突然增加的大电流带来的尖峰异常增加，直接导致开关管击穿，从而导致反激式线路开关管经常损坏。同时，漏感的有效能量被损耗造成反激式开关电源的效率降低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种反激式开关电源无损箝位电路，结合与电流无关的箝位特性，完全可以应用在各档大中小反激式开关电源中，并把反激式开关电源的效率和可靠性均提升一个档次。

本实用新型实施例提供了一种反激式开关电源无损箝位电路，该无损箝位电路包括：开关管Q1、变压器线圈N1、变压器线圈N2、整流管D1、整流管D2和电容C1；其中，开关管Q1的源极与变压器线圈N2的非同名端连接，开关管Q1的漏极分别与电容C1的一侧和变压器线圈N1的同名端连接，电容C1的另一侧分别与整流管D1的阴极和整流管D2的阳极连接，整流管D1的阳极与变压器线圈N2的同名端连接，变压器线圈N1的非同名端与整流管D2的阴极连接。

优选地，该无损箝位电路还包括电容C2，该电容C2的一侧与整流管D2的阳极连接，电容C2的另一侧与整流管D2的阴极连接。

优选地，该无损箝位电路还包括电解电容C0，该电解电容C0的正极与整流管D2的阴极连接，电解电容C0的负极与开关管Q1的源极连接。

优选地，该无损箝位电路还包括脉冲宽度调制PWM控制器，PWM控制器与开关管Q1连接。

优选地，开关管Q1是MOS管或NPN高频开关管。

优选地，该无损箝位电路还包括电解电容C3、整流管D3和变压器线圈 N3；其中，变压器线圈N3的同名端和整流管D3的阳极连接，整流管D3的阴极与电解电容C3的正极连接，电解电容C3的负极与变压器线圈N3的非同名线圈连接。

优选地，变压器线圈N1、变压器线圈N2和变压器线圈N3组成高频变压器B1。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

①区别于传统有损吸收必须把漏感能量消耗掉，整个箝位过程是C1 对漏感能量储存和对B1再次释放过程，整个过程理论上是无损的。因此，大大的提高了反激开关电源的转化效率，根据统计，转化效率高达88％。

②典型的LCD无损吸收，必须有一个高耐压独立电感，该电感成本会相对比较高，同时增加了线路板面积和工艺的复杂性。而本实用新型只是在传统高频变压器上面增加一个合适匝比的N2箝位线圈，且由于该组线圈实际工作功率远小于开关电源输出功率，绕组线径可以选择的比较细，这在变压器生产过程中成本的增加微乎其微，同样道理，这里D1和D2虽然瞬态电流等于Q1切换瞬间电流值，但是实际平均工作电流非常小只等于电源平均电流的1-5％，因此包括C1在内的所有器件，要求均不是非常苛刻，甚至可以说是非常宽泛，成本上升非常有限，从而大大的节约了成本，并且工艺简单。

③传统的有损吸收，由于必须以损耗形式来消耗漏感的有效能量，吸收能力越强，其静态损耗就越大，因此，必须根据线路功率和漏感，设置一个合理的吸收能力，来确定R、C的值，而该能力一旦确定，又限制了在某些突发条件下，瞬态电流大大增加，吸收回路会无法吸收突然增加的大电流带来的尖峰异常增加，直接导致开关管击穿，从而导致反激式线路开关管经常损坏。而本实用新型提供的电路因为是无损箝位，设计时候箝位电容 C1可以选择远大于传统RCD吸收的C值，而仅仅只考虑无损箝位过程中有源器件的各种附加损耗的合理值，而不需要考虑切换电流门槛和电容的比值，大大提高了尖峰箝位能力，从而实现尖峰电压和切换电流大小基本无关，这就实现了主开关管在正常工作和异常状态下的安全性将远远超过采用传统有损吸收回路的的反激变换器。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的反激式开关电源电路图；

图2是本实用新型一个实施例提供的一种反激式开关电源的无损箝位电路图；

图3是本实用新型一个实施例提供的一种反激式开关电源的无损箝位电路Q1关闭瞬间工作电流方向指示图；

图4是本实用新型一个实施例提供的一种反激式开关电源的无损箝位电路工作电流方向指示图；

图5是本实用新型一个实施例提供的一种反激式开关电源的无损箝位电路中A点工作波形图。

图6是本实用新型一个实施例提供的一种反激式开关电源的无损箝位电路中C点工作波形图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，是一个现有技术中典型的反激式开关电源，这里Q1为MOS 管或者NPN高频开关管，B1为高频变压器，高频整流管D3电解电容C3组成输出整流储能回路，在上述器件基础上，还必须包括能够吸收因变压器漏感造成的关断电压尖峰部分线路，图中的C1、D2和电阻R1组成，通常称为RCD吸收回路，来保护主开关管安全工作。

如图2所示，本实用新型实施例提供了一种反激式开关电源无损箝位电路，该无损箝位电路包括：开关管Q1、变压器线圈N1、变压器线圈N2、整流管D1、整流管D2和电容C1；其中，开关管Q1的源极与变压器线圈N2 的非同名端连接，开关管Q1的漏极分别与电容C1的一侧和变压器线圈N1 的同名端连接，电容C1的另一侧分别与整流管D1的阴极和整流管D2的阳极连接，整流管D1的阳极与变压器线圈N2的同名端连接，变压器线圈N1 的非同名端与整流管D2的阴极连接，来无损箝位由漏感电流造成的尖峰电压。

为了补偿箝位线路由于线路板和器件杂散分布参数造成的瞬态特性变化，在本实用新型的一个实施例可以在电路中设置一容量很小的电容器C2。

在本实用新型一个实施例中，该无损箝位电路还包括电解电容C0、脉冲宽度调制PWM控制器、电解电容C3、整流管D3和变压器线圈N3；电解电容C0的正极与整流管D2的阴极连接，电解电容C0的负极与开关管Q1 的源极连接，PWM控制器与开关管Q1连接，变压器线圈N3的同名端和整流管D3的阳极连接，整流管D3的阴极与电解电容C3的正极连接，电解电容C3的负极与变压器线圈N3的非同名线圈连接。变压器线圈N1、变压器线圈N2和变压器线圈N3组成高频变压器B1。

为了更加清楚的阐述本实用新型的有益效果，结合图3、4和5对本实用新型提供的电路图的工作原理(假定线路已经工作在稳定开关转换的正常状态)进行分析。

1、t1时刻：Q1关闭瞬间，A点电压上升到设计的反射电压值，由于电感电流不能突变的特性，该等效电流将转移到N3，通过整流管D3对负载输出，但由于漏感的存在，该瞬间电流无法立即传递到B1次级，因此该瞬间电流将以图3中箭头方向流动，对C1充电，只要C1容量较大，这个充电过程中C1电压就可以基本上维持不变，当漏感电流储存能量完毕，则该充电电流等于0，电流全部转移到B1次级，D2截止，D3导通，对C3和负载输出，此时，C1上面电压VB-VA为上负下正的某个值，该值大于设计的反射电压值。

2、t2时刻：下一个周期，Q1开始导通，A点电压等于0，N1电流开始线性上升，B1进入典型的反激变压器储能过程，同时，N2会感应产生正比于N1/N2匝比的负极性方波。该方波幅度Vc＝-VC0*N2/N1。由于B点电压＝-VC1，很明显，如果VC1>VC0*N2/N1，D1将导通，通过N2对C1放电到VC1＝VC0*N2/N1停止，电流方向如图4中箭头所示，根据N1和N2的同名端方向，很明显，该电流和N1电流是叠加的，共同对B1储能。

3、t3时刻：Q1再次截止，此时，VC1＝VC0*N2/N1，并再次开始漏感瞬间电流充电过程。因此，只要合理的选择N2/N1，使得VC0*N2/N1等于反射电压和剩余尖峰电压之和，也就是可以把反射电压与剩余尖峰电压之和箝位在VC0*N2/N1的值。该时刻开关管电压VA＝VC0+VC1＝VC0+ VC0*N2/N1＝VC0(1+N2/N1)(见图5-图6)，很明显，当C1足够大时候，尖峰电压箝位特性和Q1开关转换的瞬间电流大小无关。

从中可以看出：

1、区别于传统有损吸收必须把漏感能量消耗掉，整个箝位过程是C1漏感能量储存和对B1再次释放过程，整个过程理论上是无损的。因此，大大的提高了反激开关电源的效率；

2、典型的LCD无损吸收，必须有一个高耐压独立电感，该电感成本会相对比较高，同时增加了线路板面积和工艺的复杂性。而本实用新型只是在传统高频变压器上面增加一个合适匝比的N2箝位线圈，且由于该组线圈实际工作功率远小于开关电源输出功率，绕组线径可以选择的比较细，这在变压器生产过程中成本的增加微乎其微，同样道理，这里D1和D2虽然瞬态电流＝Q1切换瞬间电流值，但是实际平均工作电流非常小只＝电源平均电流的1-5％，因此包括C1在内的所有器件，要求均不是非常苛刻，甚至可以说是非常宽泛，成本上升非常有限，大大降低成本；

3、传统的有损吸收，由于必须以损耗形式来消耗漏感的有效能量，吸收能力越强，其静态损耗就越大，因此，必须根据线路功率和漏感，设置一个合理的吸收能力，来确定R、C的值，而该能力一旦确定，又限制了在某些突发条件下，瞬态电流大大增加，吸收回路会无法吸收突然增加的大电流带来的尖峰异常增加，直接导致开关管击穿，这也是传统反激式线路开关管损坏的最主要原因。而本实用新因为是无损箝位，设计时候箝位电容C1可以选择远大于传统RCD吸收的C值，而仅仅只考虑无损箝位过程中有源器件的各种附加损耗的合理值，而不需要考虑切换电流门槛和电容的比值，大大提高了尖峰箝位能力，从而实现尖峰电压和切换电流大小基本无关，这就实现了主开关管在正常工作和异常状态下的安全性将远远超过采用传统有损吸收回路的的反激变换器；

综上所述，本实用新型可以用传统RCD吸收相当或稍稍增加甚至减少很多的成本(大功率减少很多、中功率相当、小功率稍稍增加)，结合和电流无关的箝位特性，完全可以应用在各档大中小反激式开关电源中，从而把效率和可靠性均提升一个档次。

最后需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，仅用于说明本实用新型的技术方案，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种反激式开关电源无损箝位电路，其特征在于，该无损箝位电路包括：开关管Q1、变压器线圈N1、变压器线圈N2、整流管D1、整流管D2和电容C1；其中，开关管Q1的源极与变压器线圈N2的非同名端连接，开关管Q1的漏极分别与电容C1的一侧和变压器线圈N1的同名端连接，电容C1的另一侧分别与整流管D1的阴极和整流管D2的阳极连接，整流管D1的阳极与变压器线圈N2的同名端连接，变压器线圈N1的非同名端与整流管D2的阴极连接。

2.根据权利要求1所述的反激式开关电源无损箝位电路，其特征在于，该无损箝位电路还包括电容C2，该电容C2的一侧与整流管D2的阳极连接，电容C2的另一侧与整流管D2的阴极连接。

3.根据权利要求1所述的反激式开关电源无损箝位电路，其特征在于，该无损箝位电路还包括电解电容C0，该电解电容C0的正极与整流管D2的阴极连接，电解电容C0的负极与开关管Q1的源极连接。

4.根据权利要求1所述的反激式开关电源无损箝位电路，其特征在于，该无损箝位电路还包括脉冲宽度调制PWM控制器，PWM控制器与开关管Q1连接。

5.根据权利要求1所述的反激式开关电源无损箝位电路，其特征在于，开关管Q1是MOS管或NPN高频开关管。

6.根据权利要求1所述的反激式开关电源无损箝位电路，其特征在于，该无损箝位电路还包括电解电容C3、整流管D3和变压器线圈N3；其中，变压器线圈N3的同名端和整流管D3的阳极连接，整流管D3的阴极与电解电容C3的正极连接，电解电容C3的负极与变压器线圈N3的非同名线圈连接。

7.根据权利要求6所述的反激式开关电源无损箝位电路，其特征在于，变压器线圈N1、变压器线圈N2和变压器线圈N3组成高频变压器B1。