CN213243808U - 一种副边有源钳位驱动控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种副边有源钳位驱动控制电路，应用于同步整流控制的开关电源，开关电源的输出滤波电感工作在连续模式，滤波电感两端的电压跟随原边开关管工作呈现周期性变化，通过采样开关电源的输出滤波电感的信号，作为副边有源钳位驱动控制电路的输入信号，输入信号经副边有源钳位驱动控制电路后输出驱动信号作为副边有源钳位电路的输入信号，控制副边有源钳位电路进行功率管应力的钳位吸收，有效地实现开关电源副边有源钳位电路功率管的电压钳位，简化了控制逻辑，同时提高了电路的可靠性。

Description

一种副边有源钳位驱动控制电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，特别涉及一种应用在开关电源副边的有源钳位驱动控制电路。

背景技术

在所有的开关电源变换器的副边整流电路中，不管是二极管整流还是同步整流都会存在一个问题，就是在副边整流的过程中由于变压器的漏感和整流开关管的寄生结电容产生谐振，在整流开关管关断的时候这种谐振就会发生。而且漏感和结电容都是无法消除的，当漏感较大时，谐振过程产生的尖峰会更大。对于整流开关管的应力是一个极大地挑战，因此如何消除谐振尖峰成为一个关键问题。

现有的技术一般采用有损吸收的方式，基本的原理就是增大谐振电容，在整流开关管的两端并联一个电容的方式，这样虽然降低了整流开关管关断的尖峰，但是因为增大了整流开关管的结电容，增加了反向恢复损耗和容性开通损耗。还有其他的吸收方式就是电容和电阻串联然后和整流开关管并联吸收，简称RC吸收，以及电阻和电容并联后与二极管串联，然后再和整流开关管并联吸收，简称RCD吸收电路，这些都可以降低整流开关管由于谐振引起的关断尖峰电压，但是尖峰产生的能量全部在并联的电阻上消耗，电阻取太大，吸收效果较差，阻值取太小，电阻的功耗无法满足要求，而且RCD吸收的能量无法转化成输出的能量，因此效率也会降低，无法在实际产品中得到应用。

上述谐振尖峰吸收技术方案针对一些小功率变换器带来的损耗还可以接受，但是到了大功率变换器就无法忽略吸收带来的影响了。后面引入了有源钳位电路，但是现有技术主要针对原边有源钳位，但是很少有针对副边的钳位无损吸收。副边钳位的方式很简单，就是增加一个钳位电容和一个开关管，图1为现有的应用副边有源钳位电路的全桥同步整流变换器原理图，副边钳位电路中的钳位电容为C23，副边钳位电路中的开关管由钳位管TR7(图1中为MOS管，也可以为三极管、其他开关器件)和二极管D21并联组成，副边钳位电路结构虽然简单，但是控制开关管导通的逻辑很少，现阶段都是采用数字电源控制芯片来实现有源钳位控制，缺点是控制比较复杂，需要优化控制方案来实现这一逻辑。

实用新型内容

有鉴如此，本实用新型要解决的技术问题是提出一种副边有源钳位驱动控制电路，应用于同步整流控制的开关电源，通过采样开关电源输出滤波电感两端的电压，控制副边有源钳位驱动控制电路输出驱动信号V2，以控制副边有源钳位电路。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种副边有源钳位驱动控制电路，应用于同步整流控制的开关电源，开关电源的输出滤波电感工作在连续模式，其特征在于：副边有源钳位驱动控制电路包括信号采样模块、稳压模块、控制模块、驱动模块；信号采样模块采样开关电源的输出滤波电感的信号，作为副边有源钳位驱动控制电路的输入信号，输入信号经稳压模块、控制模块、驱动模块后的输出信号作为副边有源钳位电路的输入信号，控制副边有源钳位电路进行功率管应力的钳位吸收。

作为上述信号采样模块的一种具体实施方式，所述信号采样模块为开关电源的输出滤波电感L21的辅助绕组L22，辅助绕组L22的2端与输出滤波电感L21的3端为同名端，辅助绕组L22的2端接地，1端为信号采样模块的输出端输出信号V1。

作为上述稳压模块的一种具体实施方式，所述稳压模块包括电阻R12、整流管D12、稳压管D13，电阻R12的一端作为稳压模块的输入端连接信号采样模块的输出端V1，电阻R12另一端连接整流管D12的阳极，整流管D12的阴极连接稳压管D13的阴极，稳压管D13的阳极接地，电阻R12与整流管D12的阳极的连接点作为稳压模块的输出端。

作为上述控制模块的一种具体实施方式，所述控制模块包括电阻R13、电阻R14，电阻R15、电容C12、整流管D14和三极管Q12，电阻R13的一端作为控制模块的输入端与稳压模块的输出端连接，电阻R13的另一端与电阻R14的一端、电容C12的一端连接，电容C12的另一端与电阻R15的一端、三极管Q12的基极以及整流管D14的阴极连接，电阻R14的另一端接地、电阻R15的另一端、三极管Q12的发射极以及整流管D14的阳极接地，三极管Q12的集电极作为控制模块的输出端。

作为上述驱动模块的一种具体实施方式，所述驱动模块包括电阻R16、电阻R17、三极管Q13、三极管Q14、电容C13和整流管D15，三极管Q13的基极、三极管Q14的基极和电阻R16的一端的连接点作为驱动模块的输入端与控制模块的输出端连接，电阻R16的另一端和三极管Q13的集电极的连接点连接供电端VDD，三极管Q13的发射极与三极管Q14的发射极连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接电容C13的一端，电容C13的另一端与整流管D15的阳极的连接点作为驱动模块的输出端输出信号V2，三极管Q14的集电极、整流管D15的阴极接地。

本实用新型提供的另一种技术方案为：

一种副边有源钳位驱动控制电路，应用于同步整流控制的开关电源，开关电源的输出滤波电感工作在连续模式，其特征在于：包括辅助绕组L22、电阻R12、电阻R13、电阻R14，电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C12、电容C13、整流管D12、整流管D14、整流管D15、稳压管D13、三极管Q12、三极管Q13和三极管Q14；

辅助绕组L22的2端与输出滤波电感L21的3端为同名端，辅助绕组L22的2端接地，1端输出信号V1连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接整流管D12阳极与电阻R13的连接点，整流管D12的阴极连接稳压管D13的阴极，电阻R13的另一端连接电容C12与电阻R14的连接点，电容C12的另一端、整流管D14阴极与电阻R15的连接点连接三极管Q12的基极，三极管Q12的集电极连接电阻R16的一端、三极管Q13基极与三极管Q14基极的连接点，电阻R16的另一端与三极管Q13集电极的连接点连接供电端VDD，电阻R17的一端连接三极管Q13发射极与三极管Q14发射极的连接点，电阻R17的另一端连接电容C13的一端，电容C13的另一端连接整流管D15的阳极的连接点作为副边有源钳位驱动控制电路的输出端输出信号V2，稳压管D13阳极、电阻R14另一端、电阻R15另一端、整流管D14阳极、三极管Q12发射极、三极管Q14集电极与整流管D15阴极共同接地。

与现有技术相比，本实用新型具有以下进步效果：

1、本实用新型能较高精度地控制有源钳位电路进行功率管的应力吸收，有效的抑制了副边整流开关管由于漏感带来了尖峰应力，产品的可靠性进一步提升。

2、本实用新型通过辅助绕组采样开关电源输出滤波电感两端的电压，控制副边有源钳位驱动控制电路输出驱动信号以控制副边有源钳位电路，有效地实现开关电源拓扑副边功率管的电压钳位，简化了控制逻辑，同时提高了电路的可靠性。

3、本实用新型通过对副边有源钳位驱动控制电路的优化设计，简化了有源钳位电路的控制方案，优化了大功率电源拓扑电路设计。

附图说明

图1为现有技术应用副边有源钳位电路的全桥同步整流变换器原理图；

图2为本实用新型副边有源钳位驱动控制电路的原理图；

图3为本实用新型副边有源钳位驱动控制电路的工作时序图。

具体实施方式

下面结合给出本实用新型实施例中的附图，更清楚、完整地说明本实用新型的技术方案。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

具体实施例

图2是本实用新型副边有源钳位驱动控制电路的原理图，应用于同步整流控制的开关电源，开关电源的输出滤波电感工作在连续模式，副边有源钳位驱动控制电路包括辅助绕组L22、电阻R12、电阻R13、电阻R14，电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C12、电容C13、整流管D12、整流管D14、整流管D15、稳压管D13、三极管Q12、三极管Q13和三极管Q14；

辅助绕组L22的2端与输出滤波电感L21的3端为同名端，辅助绕组L22的2端接地，1端输出信号V1连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接整流管D12阳极与电阻R13的连接点，整流管D12的阴极连接稳压管D13的阴极，电阻R13的另一端连接电容C12与电阻R14的连接点，电容C12的另一端、整流管D14阴极与电阻R15的连接点连接三极管Q12的基极，三极管Q12的集电极连接电阻R16的一端、三极管Q13基极与三极管Q14基极的连接点，电阻R16的另一端与三极管Q13集电极的连接点连接供电端VDD，电阻R17的一端连接三极管Q13发射极与三极管Q14发射极的连接点，电阻R17的另一端连接电容C13的一端，电容C13的另一端连接整流管D15的阳极的连接点作为副边有源钳位驱动控制电路的输出端输出信号V2，稳压管D13阳极、电阻R14另一端、电阻R15另一端、整流管D14阳极、三极管Q12发射极、三极管Q14集电极与整流管D15阴极共同接地。

同步整流控制方案的开关电源正常工作情况下，输出滤波电感L21工作于连续模式，滤波电感L21的两端的电压跟随原边开关管工作呈现周期性变化，通过辅助绕组L22采样开关电源输出滤波电感L21两端的电压，输出信号V1作为副边有源钳位驱动控制电路的输入信号，控制副边有源钳位驱动控制电路输出驱动信号V2以控制有源钳位电路，控制有源钳位电路进行功率管应力的钳位吸收。

所述开关电源拓扑采用硬开关全桥，该拓扑副边采用同步整流控制的桥式整流电路，有源钳位电路并联在桥式整流电路两端，有源钳位电路包括电容C11、P-MOS管Q11、二极管D11、电阻R11，电容C11的一端与副边桥式整流电路和输出滤波电感L21的连接点连接，电容C11的另一端与二极管D11的阳极、P-MOS管Q11的漏极相连接，二极管D11的阴极、P-MOS管Q11的源极与电阻R11的一端的连接点共同接地，电阻R11的另一端连接P-MOS管Q11的栅极并作为有源钳位电路的输入端V2。

该电路的具体工作过程如下：

如图3为本实用新型副边有源钳位驱动控制电路的工作时序图，当原边开关管导通，滤波电感L21与副边桥式整流电路的连接点耦合滤波电感L21的4端到高电平信号，辅助绕组L22的输出端V1输出高电平信号，副边有源钳位驱动控制电路感应到高电平信号后，通过电阻R12、整流管D12、稳压管D13进行稳压，稳压后通过电阻R13、R14、R15对电容C12进行充电，C12充电过程中，三极管Q12导通，同时控制三极管Q13截止、三极管Q14导通，此时输出驱动信号V2。

持续充电一段时间后，电容C12两端电压接近稳压管D13的稳压值，三极管Q12截止，同时控制三极管Q13导通、三极管Q14截止，此时驱动信号V2截止；由于电容C12充电电压固定，故有源钳位驱动控制电路可输出固定时间宽度的占空比信号V2，控制有源钳位电路的电容C11在这个过程中进行充放电，有效地实现副边整流管的电压钳位。

同时当电路中不添加整流管D12、稳压管D13时，有源钳位驱动控制电路感应高电平信号V1并输出占空比信号V2，V2的时间宽度随V1电压幅值变化，V1越高，V2时间宽度越宽，可通过电阻R13、R14、R15、电容C12的选型设计使得V2时间宽度在满足电路设计的规格范围。

当原边开关管关断，滤波电感L21两端的电压翻转，辅助绕组L22输出端V1输出负电平信号，电容C12通过电阻R12、电阻R13、电阻R15、整流管D14进行放电，有源钳位驱动电路置位，保证三极管Q12的截止，保证了输出驱动信号V2接近为零电压，关断有源钳位电路中的PMOS管Q11，保障了下个周期有源钳位电路的正常工作。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，对于本技术领域技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围，这里不再用实施例赘述，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种副边有源钳位驱动控制电路，应用于同步整流控制的开关电源，开关电源的输出滤波电感工作在连续模式，其特征在于：副边有源钳位驱动控制电路包括信号采样模块、稳压模块、控制模块、驱动模块；信号采样模块采样开关电源的输出滤波电感的信号，作为副边有源钳位驱动控制电路的输入信号，输入信号经稳压模块、控制模块、驱动模块后的输出信号作为副边有源钳位电路的输入信号，控制副边有源钳位电路进行功率管应力的钳位吸收。

2.根据权利要求1所述的副边有源钳位驱动控制电路，其特征在于：所述信号采样模块为开关电源的输出滤波电感L21的辅助绕组L22，辅助绕组L22的2端与输出滤波电感L21的3端为同名端，辅助绕组L22的2端接地，1端为信号采样模块的输出端输出信号V1。

3.根据权利要求1所述的副边有源钳位驱动控制电路，其特征在于：所述稳压模块包括电阻R12、整流管D12、稳压管D13，电阻R12的一端作为稳压模块的输入端连接信号采样模块的输出端V1，电阻R12另一端连接整流管D12的阳极，整流管D12的阴极连接稳压管D13的阴极，稳压管D13的阳极接地，电阻R12与整流管D12的阳极的连接点作为稳压模块的输出端。

4.根据权利要求1所述的副边有源钳位驱动控制电路，其特征在于：所述控制模块包括电阻R13、电阻R14，电阻R15、电容C12、整流管D14和三极管Q12，电阻R13的一端作为控制模块的输入端与稳压模块的输出端连接，电阻R13的另一端与电阻R14的一端、电容C12的一端连接，电容C12的另一端与电阻R15的一端、三极管Q12的基极以及整流管D14的阴极连接，电阻R14的另一端接地、电阻R15的另一端、三极管Q12的发射极以及整流管D14的阳极接地，三极管Q12的集电极作为控制模块的输出端。

5.根据权利要求1所述的副边有源钳位驱动控制电路，其特征在于：所述驱动模块包括电阻R16、电阻R17、三极管Q13、三极管Q14、电容C13和整流管D15，三极管Q13的基极、三极管Q14的基极和电阻R16的一端的连接点作为驱动模块的输入端与控制模块的输出端连接，电阻R16的另一端和三极管Q13的集电极的连接点连接供电端VDD，三极管Q13的发射极与三极管Q14的发射极连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端连接电容C13的一端，电容C13的另一端与整流管D15的阳极的连接点作为驱动模块的输出端输出信号V2，三极管Q14的集电极、整流管D15的阴极接地。

6.一种副边有源钳位驱动控制电路，应用于同步整流控制的开关电源，开关电源的输出滤波电感工作在连续模式，其特征在于：包括辅助绕组L22、电阻R12、电阻R13、电阻R14，电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C12、电容C13、整流管D12、整流管D14、整流管D15、稳压管D13、三极管Q12、三极管Q13和三极管Q14；

辅助绕组L22的2端与输出滤波电感L21的3端为同名端，辅助绕组L22的2端接地，1端输出信号V1连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接整流管D12阳极与电阻R13的连接点，整流管D12的阴极连接稳压管D13的阴极，电阻R13的另一端连接电容C12与电阻R14的连接点，电容C12的另一端、整流管D14阴极与电阻R15的连接点连接三极管Q12的基极，三极管Q12的集电极连接电阻R16的一端、三极管Q13基极与三极管Q14基极的连接点，电阻R16的另一端与三极管Q13集电极的连接点连接供电端VDD，电阻R17的一端连接三极管Q13发射极与三极管Q14发射极的连接点，电阻R17的另一端连接电容C13的一端，电容C13的另一端连接整流管D15的阳极的连接点作为副边有源钳位驱动控制电路的输出端输出信号V2，稳压管D13阳极、电阻R14另一端、电阻R15另一端、整流管D14阳极、三极管Q12发射极、三极管Q14集电极与整流管D15阴极共同接地。

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