CN209345027U - 半桥自驱同步整流电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种半桥自驱同步整流电路包括变压器原边侧和变压器副边侧，在变压器原边侧通过钳位单元将对原边绕组分压的第一电容的电压值限制在0到输入电压之间，从而避免在异常情况下原边的上下臂导通，原边绕组电压远大于输出电压，导致变压器副边的同步整流管电压过高造成同步整流管的损害。因此可以降低原边开关管和副边整流管的损耗，提高整机的工作效率。

Description

半桥自驱同步整流电路及开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种半桥自驱同步整流电路及开关电源。

背景技术

随着开关电源技术应用范围越来越广，对开关电源的技术性能要求也日益提高，因此对开关电源电路拓扑结构的研究是非常必要的。在开关电源的传统半桥硬开关拓扑结构中，确保了上下桥臂的开关管在工作时不能共通，从而实现原边同步整流自驱(同步整流中要求MOS栅极电压必须被整流电压钳位)。但是在空载及带载时，开关频率高且开关管处于硬开关的状态，开关管的损耗极大，发热量高，导致开关电源的工作效率低。另外，副边同步整流驱动在输出过载或短路时，通过同步整流管的电压很大，因此普通的低压开关管无法满足要求，但是如果选择使用高压开关管，由于高压开关管的导通电阻较大，当通过大电流时开关管损耗大，发热量高，也会导致开关电源的工作效率低。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种能够在电源异常的情况下，降低原边侧开关管的损耗，保证电源的工作效率的半桥自驱同步整流电路及开关电源。

一种半桥自驱同步整流电路，包括变压器原边侧和变压器副边侧，所述变压器原边侧包括原边绕组、上桥开关管、下桥开关管，所述变压器副边侧包括副边绕组、第一同步整流管、第二同步整流管，所述变压器原边侧还包括：钳位单元，包括串联连接的第一钳位二极管和第二钳位二极管，所述第一钳位二极管的阴极连接所述上桥开关管的输入端，所述第一钳位二极管的阳极连接所述第二钳位二极管的阴极，所述第二钳位二极管的阳极与所述下桥开关管的输出端连接并接地；所述原边绕组的一端接于所述第一钳位二极管和第二钳位二极管之间、另一端接于所述上桥开关管和下桥开关管之间；第一电容，一端接于所述第一钳位二极管和第二钳位二极管之间，另一端接地。

在一个实施例中，所述半桥自驱同步整流电路还包括所述副边绕组包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组的第二端直接连接所述第二绕组的第一端并连接所述半桥自驱同步整流电路的输出正端，所述第一同步整流管的输入端连接所述第一绕组的第一端，所述第一同步整流管的输出端连接所述半桥自驱同步整流电路的输出负端，所述第一同步整流管的控制端连接所述第二同步整流管的输入端，所述第二同步整流管的输入端连接所述第二绕组的第二端，所述第二同步整流管的输出端连接所述输出负端，所述第二同步整流管的控制端连接所述第一同步整流管的输入端；所述变压器副边侧还包括：第一稳压二极管，阳极连接所述第一同步整流管的控制端，阴极连接所述第二同步整流管的输入端；第二稳压二极管，阳极连接所述第二同步整流管的控制端，阴极连接所述第一同步整流管的输入端。

在一个实施例中，所述变压器副边侧还包括：第一吸收单元，一端连接所述第一同步整流管的输入端，另一端连接所述第一同步整流管的输出端；第二吸收单元，一端连接所述第二同步整流管的输入端，另一端连接所述第二同步整流管的输出端。

在一个实施例中，所述第一同步整流管和第二同步整流管是MOS管，所述第一同步整流管和第二同步整流管的输入端是漏极，所述第一同步整流管和第二同步整流管的输出端是源极，所述第一同步整流管和第二同步整流管的控制端是栅极。

在一个实施例中，所述第一吸收单元包括第一电阻单元及与所述第一电阻单元串联的第二电容；所述第二吸收单元包括第二电阻单元及与所述第二电阻单元串联的第三电容。

在一个实施例中，所述第一电阻单元和所述第二电阻单元分别包括多个并联的定值电阻。

在一个实施例中，所述变压器副边侧还包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻设于所述第一稳压管的阳极与所述第一同步整流管的控制端之间，所述第二分压电阻设于所述第二稳压管的阳极与所述第二同步整流管的控制端之间。

在一个实施例中，所述变压器副边侧还包括第三分压电阻和第四分压电阻，所述第三分压电阻一端连接所述第一同步整流管的输出端，所述第三分压电阻另一端连接所述第一同步整流管的控制端；所述第四分压电阻一端连接所述第二同步整流管的输出端，所述第四分压电阻另一端连接所述第二同步整流管的控制端。

在一个实施例中，所述变压器副边侧还包括滤波器，所述滤波器一端连接所述半桥自驱同步整流电路的输出正端并连接所述第一绕组的第二端，所述滤波器另一端连接所述半桥自驱同步整流电路的输出负端并连接所述第二同步整流管的输出端。

一种开关电源，包括上述任一实施例中所述半桥自驱同步整流电路。

上述一种半桥自驱同步整流电路，在变压器原边侧通过钳位单元将对原边绕组分压的第一电容的电压值限制在0到输入电压之间，从而避免在异常情况下原边的上下臂导通，原边绕组电压远大于输出电压，导致变压器副边的同步整流管电压过高造成同步整流管的损害。因此可以降低原边开关管和副边整流管的损耗，提高整机的工作效率。

附图说明

图1为半桥自驱同步整流电路一实施例的电路结构图。

具体实施方式

以下针对本实用新型一种半桥自驱同步整流电路及开关电源的各个实施例进行详细的描述。

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在一个实施例中，如图1所示为半桥自驱同步整流电路一实施例的电路结构图，一种半桥自驱同步整流电路，包括变压器原边侧和变压器副边侧，变压器原边侧包括原边绕组、上桥开关管Q1、下桥开关管Q2，变压器副边侧包括副边绕组、第一同步整流管Q3、第二同步整流管Q4。变压器原边侧还包括：钳位单元100，包括串联连接的第一钳位二极管D1、第二钳位二极管D2、第一电容C1，第一钳位二极管D1的阴极连接上桥开关管Q1的输入端，第一钳位二极管D1的阳极连接第二钳位二极管D2的阴极，第二钳位二极管D2的阳极与下桥开关管Q2的输出端连接并接地；原边绕组的一端1接于第一钳位二极管D1和第二钳位二极管D2之间、原边绕组的另一端2接于上桥开关管Q1和下桥开关管Q2之间；第一电容C1的一端接于所述第一钳位二极管D1和第二钳位二极管D2之间，第一电容C1的另一端接地。

进一步的，请参照图1对本实施例中的半桥自驱同步整流电路的工作原理进行说明，在半桥自驱同步整流电路中，变压器原边侧的上桥开关管Q1和下桥开关管Q2是交替开通的，当上桥开关管Q1关断，下桥开关管Q2导通时，谐振电流通过下桥开关管Q2流通，由变压器原边侧向变压器副边侧传递能量，变压器副边侧的第一同步整流管Q3同时导通并向负载提供能量，变压器原边侧电压被变压器副边侧电压箝位，激磁电流线性上升。完成半个周期的谐振后，谐振电流与激磁电流刚好相等，这时变压器副边侧无电流，第一同步整流管Q3或第二同步整流管Q4关断，从而实现ZCS(零电流转换)，这时上桥开关管Q1和下桥开关管Q2也会同时关闭，上桥开关管Q1和下桥开关管Q2同时关闭的期间被称为死区时间，在死区时间激磁电流给上桥开关管Q1的结电容放电和下桥开关管Q2的结电容充电，当上桥开关管Q1两端的电压为0V时，上桥开关管Q1的体二极管导通，电流通过上桥开关管Q1的体二极管流通，上桥开关管Q1的体二极管两端电流相等，此时上桥开关管Q1的导通，从而实现上桥开关管Q1的ZVS(零电流开通)。当上桥开关管Q1导通后，谐振电流通过上桥开关管Q1反向流通，这时谐振电流大于激磁电流，变压器副边侧的第一同步整流管Q1或第二同步整流管Q2导通向负载提供能量。随着谐振电流逐渐增大，到下个时刻时，谐振电流变为正向，顺向流过上桥开关管Q1，直至上桥开关管Q1关闭，下桥开关管Q2也关断，上桥开关管Q1和下桥开关管Q2同时关闭时的期间为死区时间，与上个过程相同，便可实现下桥开关管Q2的ZVS(零电流开通)，下桥开关管Q2导通后，重复上述的步骤开始另一半周期的工作。

本实施例中的半桥自驱同步整流电路应用在开关电源中。传统的开关电源在异常状态下，如电源输出过载、短路等情况下，往往会因为电源的环路响应太慢无法复位，无法控制死区时间，原边上下桥臂会存在共通的现象，上桥开关管Q1和下桥开关管Q2导通和关闭的时间不一致，从而不能保证上桥开关管Q1和下桥开关管Q2实现零电流转换，这样原边绕组电压会升高以至于远大于输入电压，导致变压器原边侧的同步整流管的电压过高造成同步整流管的损害，同样也会造成变压器原边侧的开关管发热量高。在本实施例中，在变压器原边侧设有钳位单元100，第一电容C1的高电压被第一钳位二极管D1钳位到输入电压,第一电容C1的最低电压被第二钳位二极管D2钳位到0V，这样将第一电容C1的电压值钳位在0至输入电压之间，从而控制了原边绕组电压值，减小了同步整流管和开关管的损耗。

在本实施例中，在变压器原边侧设置钳位单元100，钳位单元100将对原边绕组分压的第一电容C1的电压值限制在0到输入电压之间，从而避免在异常情况下原边的上下臂导通，原边绕组电压远大于输出电压，导致变压器副边的同步整流管电压过高造成同步整流管的损害。因此可以降低原边开关管和副边整流管的损耗，提高整机的工作效率。

在一个实施例中，如图1所示，半桥自驱同步整流电路还包括副边绕组，具体包括第一绕组和第二绕组，第一绕组的第二端4直接连接第二绕组的第一端5并连接所述半桥自驱同步整流电路的输出正端Vout+，第一同步整流管Q3的输入端连接第一绕组的第一端3，第一同步整流管Q3的输出端连接所述半桥自驱同步整流电路的输出负端Vout-，第一同步整流管Q3的控制端连接第二同步整流管Q4的输入端，第二同步整流管Q4的输入端连接第二绕组的第二端6，第二同步整流管Q4的输出端连接所述输出负端Vout-，第二同步整流管Q4的控制端连接第一同步整流管Q3的输入端。变压器副边侧还包括：第一稳压二极管ZD1和第二稳压二极管ZD2，第一稳压二极管ZD1的阳极连接第一同步整流管Q3的控制端，第一稳压二极管ZD1的阴极连接第二同步整流管Q4的输入端,第二稳压二极管ZD2的阳极连接第二同步整流管Q4的控制端，第二稳压二极管ZD2的阴极连接第一同步整流管Q3的输入端。在本实施例中，通过设置第一稳压二极管ZD1和第二稳压二极管ZD2，加强了上桥开关管Q1和下桥开关管Q2的驱动能力，从而降低了开关管的损耗，提高了整机效率。

在一个实施例中，如图1所示,变压器副边侧还包括：第一吸收单元210和第二吸收单元220，第一吸收单元210的一端连接第一同步整流管Q3的输入端，第一吸收单元210的另一端连接第一同步整流管Q3的输出端,第二吸收单元220的一端连接第二同步整流管Q4的输入端，第二吸收单元220的另一端连接第二同步整流管Q4的输出端。在本实施例中，通过设置吸收电路，在开关机及其他瞬态下，钳位第一整流开关管Q3和第二整流开关管Q3的漏源电压，保证了电流和电压的稳定性。

在一个实施例中，如图1所示,所述第一同步整流管Q3和第二同步整流管Q4是MOS管，第一同步整流管Q3和第二同步整流管Q4的输入端是漏极，第一同步整流管Q3和第二同步整流管Q4的输出端是源极，第一同步整流管Q3和第二同步整流管Q4的控制端是栅极。

在一个实施例中，如图1所示,第一吸收单元210包括第一电阻单元及与所述第一电阻单元串联的第二电容C2；第二吸收单元220包括第二电阻单元及与所述第二电阻单元串联的第三电容C3。

在一个实施例中，所述第一电阻单元和所述第二电阻单元分别包括多个并联的定值电阻。

在一个实施例中，如图1所示,变压器副边侧还包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，第一分压电阻R1设于第一稳压管ZD1的阳极与第一同步整流管Q3的控制端之间，第二分压电阻R2设于第二稳压管ZD2的阳极与第二同步整流管Q4的控制端之间。

在一个实施例中，如图1所示,变压器副边侧还包括第三分压电阻R3和第四分压电阻R4，第三分压电阻R3的一端连接第一同步整流管Q3的输出端，第三分压电阻R3的另一端连接第一同步整流管Q3的控制端；第四分压电阻R4一端连接第二同步整流管Q4的输出端，第四分压电阻R4的另一端连接第二同步整流管Q4的控制端。

在一个实施例中，如图1所示,变压器副边侧还包括滤波器C4，滤波器C4的一端连接所述半桥自驱同步整流电路的输出正端Vout+，并连接第一绕组的第二端4，滤波器C4的另一端连接所述半桥自驱同步整流电路的输出负端Vout-，并连接第二同步整流管Q4的输出端。

本申请还提供一种开关电源，包括上述任一实施例中的半桥自驱同步整流电路。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种半桥自驱同步整流电路，包括变压器原边侧和变压器副边侧，所述变压器原边侧包括原边绕组、上桥开关管、下桥开关管，所述变压器副边侧包括副边绕组、第一同步整流管、第二同步整流管，其特征在于，所述变压器原边侧还包括：

钳位单元，包括串联连接的第一钳位二极管和第二钳位二极管，所述第一钳位二极管的阴极连接所述上桥开关管的输入端，所述第一钳位二极管的阳极连接所述第二钳位二极管的阴极，所述第二钳位二极管的阳极与所述下桥开关管的输出端连接并接地；所述原边绕组的一端接于所述第一钳位二极管和第二钳位二极管之间、另一端接于所述上桥开关管和下桥开关管之间；

第一电容，一端接于所述第一钳位二极管和第二钳位二极管之间，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的半桥自驱同步整流电路，其特征在于，所述副边绕组包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组的第二端直接连接所述第二绕组的第一端并连接所述半桥自驱同步整流电路的输出正端，所述第一同步整流管的输入端连接所述第一绕组的第一端，所述第一同步整流管的输出端连接所述半桥自驱同步整流电路的输出负端，所述第一同步整流管的控制端连接所述第二同步整流管的输入端，所述第二同步整流管的输入端连接所述第二绕组的第二端，所述第二同步整流管的输出端连接所述输出负端，所述第二同步整流管的控制端连接所述第一同步整流管的输入端；

所述变压器副边侧还包括：

第一稳压二极管，阳极连接所述第一同步整流管的控制端，阴极连接所述第二同步整流管的输入端；

第二稳压二极管，阳极连接所述第二同步整流管的控制端，阴极连接所述第一同步整流管的输入端。

3.根据权利要求1所述的半桥自驱同步整流电路，其特征在于，所述变压器副边侧还包括：

第一吸收单元，一端连接所述第一同步整流管的输入端，另一端连接所述第一同步整流管的输出端；

第二吸收单元，一端连接所述第二同步整流管的输入端，另一端连接所述第二同步整流管的输出端。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的半桥自驱同步整流电路，其特征在于，所述第一同步整流管和第二同步整流管是MOS管，所述第一同步整流管和第二同步整流管的输入端是漏极，所述第一同步整流管和第二同步整流管的输出端是源极，所述第一同步整流管和第二同步整流管的控制端是栅极。

5.根据权利要求3所述半桥自驱同步整流电路，其特征在于，所述第一吸收单元包括第一电阻单元及与所述第一电阻单元串联的第二电容；所述第二吸收单元包括第二电阻单元及与所述第二电阻单元串联的第三电容。

6.根据权利要求5所述的半桥自驱同步整流电路，其特征在于，所述第一电阻单元和所述第二电阻单元分别包括多个并联的定值电阻。

7.根据权利要求2所述的半桥自驱同步整流电路，其特征在于，所述变压器副边侧还包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻设于所述第一稳压二极管的阳极与所述第一同步整流管的控制端之间，所述第二分压电阻设于所述第二稳压二极管的阳极与所述第二同步整流管的控制端之间。

8.根据权利要求1所述的半桥自驱同步整流电路，其特征在于，所述变压器副边侧还包括第三分压电阻和第四分压电阻，所述第三分压电阻一端连接所述第一同步整流管的输出端，所述第三分压电阻另一端连接所述第一同步整流管的控制端；所述第四分压电阻一端连接所述第二同步整流管的输出端，所述第四分压电阻另一端连接所述第二同步整流管的控制端。

9.根据权利要求2所述的半桥自驱同步整流电路，其特征在于，所述变压器副边侧还包括滤波器，所述滤波器一端连接所述半桥自驱同步整流电路的输出正端并连接所述第一绕组的第二端，所述滤波器另一端连接所述半桥自驱同步整流电路的输出负端并连接所述第二同步整流管的输出端。

10.一种开关电源，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的半桥自驱同步整流电路。