CN210629349U - 一种死区振荡主动阻尼电路 - Google Patents

Abstract

一种死区振荡主动阻尼电路，涉及一种阻尼电路。技术方案要点：死区振荡主动阻尼电路耦接变压器绕组两端，该死区振荡主动阻尼电路包含阻尼单元、主开关、偏压单元、辅助开关以及电压判断单元。该主开关耦接该阻尼单元。该偏压单元耦接该阻尼单元与该主开关，提供该主开关的驱动电压。该辅助开关耦接该偏压单元。该电压判断单元耦接该辅助开关、该偏压单元以及该阻尼单元，提供临界电压。当该变压器绕组两端的电压小于该临界电压时，该辅助开关关断，使该驱动电压为高准位导通该主开关，以致能该阻尼单元对死区振荡之抑制。本实用新型可实现当确定死区振荡发生时才主动地导入该阻尼电路，如此可大幅地降低阻尼电路所造成的耗能，以提高效率。

Description

一种死区振荡主动阻尼电路

技术领域：

本实用新型涉及一种阻尼电路，尤指一种死区振荡主动阻尼电路。

背景技术

请参见图1与图2所示，图1是为相关技术的返驰式电源转换器的电路图，图2是图1的返驰式电源转换器的变压器绕组两端的电压波形示意图，具体地，所述返驰式电源转换器工作在不连续电流模式(discontinuous current mode，DCM)时，变压器绕组的电压波形。在开关电源中，当功率开关Q1与次级侧的二极管DE1均处于截止状态时，变压器T1或电感与其并联或串联的电容自由谐振，因其发生于功率开关Q1与二极管DE1均为截止期间，因此所述谐振现象亦被称为死区振荡(dead-timeoscillation)。以图1所示的返驰式开关电源结构为例加以说明。

当初级侧的功率开关Q1导通(turned-on)时，对应图2所示的Pri.TON期间，此期间输入电压Vin对初级侧电感Lp激磁，因此，初级侧电流Ip线性上升，能量储存到变压器T1中，次级侧的二极管DE1则处于逆偏截止的状态。

当初级侧的功率开关Q1截止(turned-off)时，对应图2所示的Pri.TOFF期间，此期间可分为2nd TON期间与DT(死区)期间。在2ndTON期间时，初级侧的二极管DE1处于顺偏导通的状态，储存在变压器T1中的能量通过初级侧的二极管DE1传输至输出侧，因此次级侧电流Is线性下降。当变压器T1在次级侧电流Is为零(即Is＝0)时完全消磁，此后次级侧的二极管DE1则截止，且初级侧的功率开关Q1也处于截止状态，而进入DT(死区)期间。在此期间，初级侧电感Lp与周围的电容元件(等效电容Ctot)一起构成LC自由谐振，即为死区振荡，其中振荡频率为：

实际应用中，所述振荡频率一般为几百kHz，若因为缺少对该振荡的有效阻尼方法，往往会造成噪音干扰问题。

请参阅图3所示，图3为相关技术之被动阻尼电路的电路图。为了衰减死区振荡，现有习知且常用的为图3所示的RC被动缓冲(RCsnubber)电路。然而，RC阻尼的效果与其带来的损耗相矛盾，也就是说，若要使得阻尼的效果改善，则会因为RC被动缓冲电路一直连接着，使得损耗增加。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种死区振荡主动阻尼电路，解决死区振荡抑制效果不佳且损耗增加的问题。

为达成上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：死区振荡主动阻尼电路，耦接变压器绕组两端，该死区振荡主动阻尼电路包括：

阻尼单元；

主开关，耦接该阻尼单元；

偏压单元，耦接该阻尼单元与该主开关，提供该主开关驱动电压；

辅助开关，耦接该偏压单元；及

电压判断单元，耦接该辅助开关、该偏压单元以及该阻尼单元，提供临界电压；

其中，当该变压器绕组两端的电压小于该临界电压时，该辅助开关关断，使该驱动电压为高准位导通该主开关，以致能该阻尼单元对死区振荡之抑制。

进一步，当该变压器绕组两端的电压大于该临界电压时，该辅助开关导通，使该驱动电压为低准位关断该主开关，以禁能该阻尼单元。

进一步，该电压判断单元为齐纳二极管，且该临界电压为该齐纳二极管的崩溃电压。

进一步，该辅助开关为双极性接面晶体管。

进一步，该偏压单元为一分压电阻网络。

进一步，该主开关为金属氧化物半导体场效晶体管。

进一步，该阻尼单元为电阻电容网络。

进一步，该死区振荡主动阻尼电路还包括：二极体，耦接该变压器绕组与该阻尼单元之间。

进一步，该死区振荡主动阻尼电路是应用于返驰式电路、前向式电路、推挽式电路、半桥式电路以及全桥式电路的其中之一。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：1、所述的死区振荡主动阻尼电路可实现当确定死区振荡发生时才主动地导入该阻尼电路，如此可大幅地降低阻尼电路所造成的耗能，以提高效率。

2、本实用新型通过利用简单的齐纳二极管元件，作为对该变压器T1次级侧的绕组两端电压的判断，以决定该阻尼单元为耦接致能(作用)或移除禁能的状态。

3、本实用新型通过发生死区振荡时间点的侦测，使得确定死区振荡发生时才主动地导入该阻尼电路，如此可大幅地降低阻尼电路所造成的耗能，以提高效率。

3、本实用新型通过对该阻尼单元的该电容CB2以及该电阻RB2与该电阻RB3的参数设计，可实现对死区振荡的快速衰减。

4、本实用新型的该死区振荡的主动阻尼电路可应用在凡是需要死区振荡抑制的各种不同电路拓朴，以提高其应用的广泛性与普及性。

附图说明

图1为背景技术中现有的返驰式电源转换器的电路图；

图2为图1的返驰式电源转换器之变压器绕组两端的电压波形示意图；

图3为背景技术中现有的被动阻尼电路的电路图；

图4为本实用新型的死区振荡之主动阻尼电路的电路图；

图5为本实用新型的死区振荡的主动阻尼电路应用于返驰式电源转换器的电路图；

图6为本实用新型死区振荡之主动阻尼电路应用于返驰式电源转换器之变压器绕组两端的电压波形示意图；

其中10死区振荡主动阻尼电路、T1变压器、QB1主开关、QB2辅助开关、CB2电容、CB3电容、RB2电阻、RB3电阻、RB4电阻、RB5电阻、RB6电阻、RB7电阻、ZD1电压判断单元、D1二极管。

具体实施方式：

以下是由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术之人士可由本说明书所揭示之内容轻易地了解本实用新型之其他优点及功效。本实用新型也可由其他不同的具体实例加以施行或应用，本实用新型说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用在不悖离本实用新型之精神下进行各种修饰与变更。

须知，本说明书所附图式绘示之结构、比例、大小、元件数量等，均仅用以配合说明书所揭示之内容，以供熟悉此技术之人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施之限定条件，故不具技术上之实质意义，任何结构之修饰、比例关系之改变或大小之调整，在不影响本实用新型所能产生之功效及所能达成之目的下，均应落在本实用新型所揭示之技术内容得能涵盖之范围内。

具体实施方式一：请参见图4所示，该死区振荡主动阻尼电路10耦接变压器T1绕组两端，在本实施例中，该死区振荡主动阻尼电路10是耦接于该变压器T1次级侧(secondaryside)绕组两端。该死区振荡主动阻尼电路包含阻尼单元、主开关QB1、偏压单元、辅助开关QB2以及电压判断单元。

该阻尼单元为电阻电容网络，在本实施例中，该电阻电容网络包含电阻RB2，电阻RB3与电容CB2。其中，该电容CB2是用以储存死区振荡发生时所产生的能量，该电阻RB3用以提供阻尼作用，达到消振之作用，该电阻RB2用以提供储存于该电容CB2内之振荡能量的释放路径，以避免前一个周期所储存的能量持续地累积到下一个周期，而造成该电容CB2无法达到储能的作用。

该主开关QB1耦接该阻尼单元。在本实施例中，该主开关QB1为电压控制的晶体管开关，例如金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)。该主开关QB1的汲极(drain)耦接该阻尼单元的该电阻RB3，源极(source)耦接该变压器T1次级侧的接地端。

该偏压单元耦接该阻尼单元与该主开关QB1，提供该主开关QB1的驱动电压。该偏压单元为分压电阻网络，在本实施例中，该分压电阻网络包含电阻RB4和电阻RB5，通过该分压电阻网络对该变压器T1次级侧的电压进行分压，以提供该主开关QB1所需的该驱动电压。此外，该偏压单元亦更可包含电容CB3，配合该电阻RB4和电阻RB5达到延时调节的作用。该驱动电压是提供至该主开关QB1的闸极(gate)，以控制该主开关QB1的导通或关断。当该驱动电压为高准位电压时，控制该主开关QB1导通；当该驱动电压为低准位电压时，控制该主开关QB1关断，容后详细说明。

该辅助开关QB2耦接该偏压单元。在本实施例中，该辅助开关QB2为电流控制的晶体管开关，例如一双极性接面晶体管(BJT)。该辅助开关QB2的集极(collector)耦接该偏压单元的分压电阻RB4，RB5之间，射极(emitter)耦接该变压器T1次级侧的接地端。再者，该辅助开关QB2透过两电阻RB6，RB7提供基(base)极偏压，以决定该辅助开关QB2的直流工作点。

该电压判断单元ZD1耦接该辅助开关QB2、该偏压单元以及该阻尼单元，以提供临界电压。在本实施例中，该电压判断单元ZD1为齐纳二极管(Zener diode)，且该临界电压为该齐纳二极管的崩溃电压(breakdown voltage)。

该死区振荡主动阻尼电路10还包含二极体D1，该二极管D1耦接该变压器T1绕组与该阻尼单元之间，以提供该死区振荡主动阻尼电路10的顺偏导通路径。

具体实施方式二：请参见图5所示，该死区振荡之主动阻尼电路不限于应用于特定拓朴的电路，凡是会产生死区振荡状况的电路拓朴，都可通过本实用新型的主动阻尼电路来实现死区振荡的抑制与改善。具体地来说，该死区振荡主动阻尼电路可应用于返驰式转换器(flyback converter)、前向式转换器(forward converter)、推挽式转换器(push-pull converter)、半桥式转换器(half-bridge converter)以及全桥式转换器(full-bridgeconverter)的其中一者，然不以此为限制本实用新型。为方便解释本实用新型的主动阻尼电路的动作原理，以下以返驰式电源转换器为例加以说明。

请参见图6所示，承前说明，当初级侧的功率开关Q1导通(turned-on)时，对应图6所示的Pri.TON期间，此期间输入电压Vin对初级侧电感Lp激磁，因此，初级侧电流Ip线性上升，能量储存到变压器T1中，次级侧的二极管DE1则处于逆偏截止的状态。

当初级侧的功率开关Q1截止(turned-off)时，对应图6所示的Pri.TOFF期间，此期间可分为2nd TON期间与DT(死区)期间。在2ndTON期间时，初级侧的二极管DE1处于顺偏导通的状态，储存在变压器T1中的能量通过初级侧的二极管DE1传输至输出侧，因此次级侧电流Is线性下降。当变压器T1在次级侧电流Is为零(即Is＝0)时完全消磁，此后次级侧的二极管DE1则截止，且初级侧的功率开关Q1也处于截止状态，而进入DT(死区)期间。值得一提，在进入DT(死区)期间之前，即在2ndTON期间时，该变压器T1次级侧的绕组两端的电压大于该电压判断单元的该临界电压(即大于该齐纳二极管的该崩溃电压)时，该齐纳二极管为逆偏崩溃区操作，因此有足够大的(逆偏)电流流经该齐纳二极管，使得该辅助开关QB2导通。当该辅助开关QB2导通时，电阻RB4与电阻RB5之间的电位即为接地端的电位，而此零电位使得该偏压单元所提供该主开关QB1的该驱动电压为低准位，因此关断该主开关QB1，而禁能该阻尼单元，亦即，该阻尼单元在该变压器T1次级侧的绕组两端形成断路(disconnected)的状态，因此，相当于该阻尼单元为移除的状态。

反之，当进入DT(死区)期间，由于该变压器T1次级侧的绕组两端的电压小于该电压判断单元的该临界电压(即小于该齐纳二极管的该崩溃电压)时，该齐纳二极管为逆偏，但未产生崩溃，此时的逆偏电流相当的小，因此如此小的(逆偏)电流流经该齐纳二极管，无法使得该辅助开关QB2导通。当该辅助开关QB2关断时，电阻RB4与电阻RB5对该变压器T1次级侧的电压进行分压，使得分压后的电压足以驱动该主开关QB1导通，即该偏压单元所提供该主开关QB1的该驱动电压为高准位，因此导通该主开关QB1，而致能该阻尼单元，亦即，该阻尼单元在该变压器T1次级侧的绕组两端形成渠道(connected)的状态，因此，相当于该阻尼单元耦接在该变压器T1次级侧的绕组两端，进而对死区振荡加以抑制。故此，若对该阻尼单元的该电容CB2以及该电阻RB2与该电阻RB3的参数加以设计，则可实现对死区振荡的快速衰减。由图6与图2的比较可明显看出，本创作的主动阻尼电路可提供的死区振荡之抑制效果远优于被动阻尼电路的死区振荡之抑制效果。

以上所述，仅为本实用新型较佳具体实施例之详细说明与图式，惟本实用新型之特征并不局限于此，并非用以限制本实用新型，本实用新型之所有范围应以下述之申请专利范围为准，凡合于本实用新型申请专利范围之精神与其类似变化之实施例，皆应包括于本实用新型之范畴中，任何熟悉该项技艺者在本实用新型之领域内，可轻易思及之变化或修饰皆可涵盖在以下本案之专利范围。

Claims (9)

1.一种死区振荡主动阻尼电路，耦接变压器绕组两端，其特征在于：该死区振荡主动阻尼电路包括：

阻尼单元；

主开关，耦接该阻尼单元；

偏压单元，耦接该阻尼单元与该主开关，提供该主开关的驱动电压；

辅助开关，耦接该偏压单元；及

电压判断单元，耦接该辅助开关、该偏压单元以及该阻尼单元，提供临界电压；

其中，当该变压器绕组两端的电压小于该临界电压时，该辅助开关关断，使该驱动电压为高准位导通该主开关，以致能该阻尼单元对死区振荡之抑制。

2.根据权利要求1所述的一种死区振荡主动阻尼电路，其特征在于：当该变压器绕组两端的电压大于该临界电压时，该辅助开关导通，使该驱动电压为低准位关断该主开关，以禁能该阻尼单元。

3.根据权利要求1所述的一种死区振荡主动阻尼电路，其特征在于：该电压判断单元为齐纳二极管，且该临界电压为该齐纳二极管的崩溃电压。

4.根据权利要求1所述的一种死区振荡主动阻尼电路，其特征在于：该辅助开关为双极性接面晶体管。

5.根据权利要求1所述的一种死区振荡主动阻尼电路，其特征在于：该偏压单元为一分压电阻网络。

6.根据权利要求1所述的一种死区振荡主动阻尼电路，其特征在于：该主开关为金属氧化物半导体场效晶体管。

7.根据权利要求1所述的一种死区振荡主动阻尼电路，其特征在于：该阻尼单元为电阻电容网络。

8.根据权利要求1所述的一种死区振荡主动阻尼电路，其特征在于：该死区振荡主动阻尼电路还包括：二极体，耦接该变压器绕组与该阻尼单元之间。

9.根据权利要求1所述的一种死区振荡主动阻尼电路，其特征在于：该死区振荡主动阻尼电路是应用于返驰式电路、前向式电路、推挽式电路、半桥式电路以及全桥式电路的其中之一。

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