CN219394708U - 一种同步整流吸收电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同步整流吸收电路，应用于开关电源的整流电路中，包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、逻辑开关及滤波器，第一电容的第一端、滤波器的第一端及整流电路中变压器副边绕组的第一端均与第一节点连接，第一电容的第二端分别与第一二极管的正极端和第二二极管的负极端连接，第二电容的第一端、第一二极管的负极端、第三二极管的负极端及逻辑开关的第一端均与第二节点连接，第二电容的第二端和第二二极管的正极端接地，变压器副边绕组的第二端经过同步整流管后接地。本实用新型提供的同步整流吸收电路对电源的效率、输出纹波影响小，同时短路和开机时降低同步整流管的电压应力。

Description

一种同步整流吸收电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，具体的涉及一种同步整流吸收电路。

背景技术

随着电力电子技术的发展，开关电源正趋向于小型化和轻量化。为了减小电源的体积和重量，可以提高开关频率。然而，随着开关频率的提高，开关损耗也越来越大，带来了效率降低和发热严重的问题。同时，由于工作在高频状态下，开关变压器漏感、分布电容等寄生参数的影响也不能忽略。在开关转换瞬间，电抗元件的能量充放致使功率器件承受很大的热量和电应力，并形成过电压。这不仅意味着设计人员必须选用昂贵的高耐压功率开关管，同时也给电源的可靠性带来潜在威胁，为此，需要增加吸收电路将脉宽比较窄的电压尖峰吸收掉。

目前，有很多种吸收电路能够将脉宽比较窄的电压尖峰吸收掉，如公告号为CN107834832B的中国专利公开了一种电压尖峰吸收电路，该电压尖峰吸收电路包括母线尖峰吸收电路、能量回馈电路、保护电路以及能量吸收电路，其中，母线尖峰吸收电路的第一端与整流电路输出母线的正端电连接，第二端与整流电路输出母线的负端电连接；能量回馈电路的第一端与整流电路输出母线的正端电连接，第二端与保护电路的第一端电连接，并与母线尖峰吸收电路的第三端电连接，第三端与保护电路的第二端电连接；能量吸收电路的第一端与整流电路输出母线的正端电连接，第二端与整流电路输出母线的负端电连接，第三端与能量回馈电路的第三端电连接。上述的电压尖峰吸收电路能够达到将脉宽比较窄的电压尖峰吸收掉的目的。然而，上述的电压尖峰吸收电路应用于开关电源的整流电路中时，对电源的效率和输出纹波都存在影响，且短路和开机时同步整流管电压应力大。

实用新型内容

为了克服现有的吸收电路应用于开关电源的整流电路中时，存在对电源的效率和输出纹波都存在影响，且短路和开机时同步整流管电压应力大的问题，本实用新型提供一种同步整流吸收电路。

本实用新型技术方案如下所述：

一种同步整流吸收电路，应用于开关电源的整流电路中，包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、逻辑开关及滤波器，所述第一电容的第一端、所述滤波器的第一端及所述整流电路中变压器副边绕组的第一端均与第一节点连接，所述第一电容的第二端分别与所述第一二极管的正极端和所述第二二极管的负极端连接，所述第二电容的第一端、所述第一二极管的负极端、所述第三二极管的负极端及所述逻辑开关的第一端均与第二节点连接，所述第二电容的第二端和所述第二二极管的正极端接地，所述变压器副边绕组的第二端经过同步整流管后接地，所述第三二极管的正极端、所述逻辑开关的第二端及所述滤波器的第二端均与所述整流电路的输出端连接，所述逻辑开关的控制端与逻辑电路连接。

根据上述方案的同步整流吸收电路，所述整流电路包括变压器、第一同步整流管及第二同步整流管，所述变压器的副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述第一副边绕组的第一端经过所述第二同步整流管后接地，所述第二副边绕组的第一端经过所述第一同步整流管后接地，所述第一副边绕组的第二端和所述第二副边绕组的第二端均与所述第一节点连接。

进一步的，所述第一副边绕组的同名端经过所述第二同步整流管后接地，所述第二副边绕组的异名端经过所述第一同步整流管后接地，所述第一副边绕组的异名端和所述第二副边绕组的同名端均与所述第一节点连接。

进一步的，所述第一副边绕组和所述第二副边绕组的匝数相同。

进一步的，所述变压器的主边绕组、所述第一副边绕组及所述第二副边绕组的匝数相同。

根据上述方案的同步整流吸收电路，所述滤波器为LC滤波器。

进一步的，所述LC滤波器包括滤波电感和滤波电容，所述滤波电感的第一端与所述第一节点连接，所述滤波电感的第二端和所述滤波电容的第一端均与所述整流电路的输出端连接，所述滤波电容的第二端接地。

进一步的，所述逻辑开关内部设置内阻，所述内阻与所述滤波电容形成RC滤波器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的同步整流吸收电路应用于开关电源的整流电路中时，除了能够达到将脉宽比较窄的电压尖峰吸收掉的目的外，还能通过控制逻辑开关的断开和闭合，使吸收电路对电源效率的影响很小，对输出纹波的干扰变小，以及短路和开机时降低同步整流管的电压应力。

附图说明

图1为本实用新型中同步整流吸收电路应用于开关电源的整流电路中的电路图；

图2为本实用新型中第一电容C1充电时同步整流吸收电路的电流流向示意图；

图3为本实用新型中第一电容C1放电时同步整流吸收电路的电流流向示意图；

图4为本实用新型中第一副边绕组T-B的电流I和第一电容C1的电压UC1的波形图；

图5为本实用新型中第一电容C1充满电的情况下，第一节点U的电压突然变低时同步整流吸收电路的电流流向示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。

请参阅图1，本实施例提供一种同步整流吸收电路，应用于开关电源的整流电路中，包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、逻辑开关SW1及滤波器，第一电容C1的第一端、滤波器的第一端及整流电路中变压器副边绕组的第一端均与第一节点U连接，第一电容C1的第二端分别与第一二极管D1的正极端和第二二极管D2的负极端连接，第二电容C2的第一端、第一二极管D1的负极端、第三二极管D3的负极端及逻辑开关SW1的第一端均与第二节点A连接，第二电容C2的第二端和第二二极管D2的正极端接地，整流电路中变压器副边绕组的第二端经过同步整流管后接地，第三二极管D3的正极端、逻辑开关SW1的第二端及滤波器的第二端均与整流电路的输出端OUT连接，逻辑开关SW1的控制端与逻辑电路连接。

其中，逻辑开关SW1由逻辑电路控制通断，逻辑电路根据第二节点A的电压UA来控制逻辑开关SW1的断开和闭合。具体的，当逻辑电路检测到第二节点的电压低于预设电压时，控制逻辑开关断开；当逻辑电路检测到第二节点的电压大于预设电压时，控制逻辑开关闭合。

其中，滤波器为LC滤波器，包括滤波电感L1和滤波电容C0，滤波电感L1的第一端与第一节点U连接，滤波电感L1的第二端和滤波电容C0的第一端均与整流电路的输出端OUT连接，滤波电容C0的第二端接地。同时，由于逻辑开关SW1的内部设置内阻Ron，内阻Ron与滤波电容C0形成RC滤波器。

下面以图1所示的整流电路为例对同步整流吸收电路进行详细介绍。整流电路包括变压器、第一同步整流管Q5及第二同步整流管Q6，变压器的副边绕组包括第一副边绕组T-B和第二副边绕组T-C，第一副边绕组T-B的同名端经过第二同步整流管Q6后接地，第二副边绕组T-C的异名端经过第一同步整流管Q5后接地，第一副边绕组T-B的异名端和第二副边绕组T-C的同名端均与第一节点U连接。变压器的主边绕组T-A、第一副边绕组T-B及第二副边绕组T-C的匝数相同。

上述同步整流吸收电路的工作原理：

当第一节点U的电压U为正电压时，变压器副边绕组的电压U通过第一二极管D1对第一电容C1充电，直到第一电容C1的电压UC1=Upk-UA,其中Upk是第一节点U的尖峰电压值，UA表示第二节点A的电压，此时电路的电流流向如图2所示。

当第一节点U的电压U变得比第一电容C1的电压UC1低时，第一电容C1通过第二二极管D2向滤波电感L1放电，直到第一电容C1的电压UC1等于第一节点U的电压U，此时电路的电流流向如图3。

当第二节点A的电压UA和整流电路输出端OUT的电压Uout很低时（比如0V），每个周期第一电容C1的电压UC1从0V充到第一节点U的电压U，第一电容C1的充电电荷量为QC1=Upk*C1，存贮到第一电容C1的能量P1=1/2*C1*Upk²，此时电路的电流流向如图2所示。

在第一电容C1充满电的情况下，第一节点U的电压U突然变低时（第一节点U的电压由尖峰电压Upk变为平台电压U，此时第二同步整流管Q6依然导通），第一电容C1开始放电，因为滤波电感L1的电流是连续变化的，这时流到滤波电感L1的电流由两部分组成，一部分来自第一副边绕组T-B的电流I，另一部分来自第一电容C1放电的电流IC1，此时IC1变大，I变小，一旦IC1足够大（一般在第一电容C1的容量比较大时，IC1会完全给滤波电感L1续流），来自变压器的第一副边绕组T-B的电流I会变小到0，此时滤波电感L1的电流IL1=IC1，U=UC1=Upk，第一副边绕组T-B的电流I和第一电容C1的电压UC1的波形图如图4所示。这时候看回变压器，第一副边绕组T-B的两端外加了电压UC1=Upk，由于第二副边绕组T-C的匝数和第一副边绕组T-B的匝数一样，所以第一副边绕组T-B等效为变压器的原边，第二副边绕组T-C等效为变压器的副边，所以第二副边绕组T-C上也会有电压Upk，异名端为正，这时第一同步整流管Q5的电压为第一副边绕组T-B上的电压与第二副边绕组T-C上的电压之和，即第一同步整流管Q5的电压Vds=2*Upk，此时电路的电流流向见图5。

为了使来自第一副边绕组T-B的电流I不会变小到0，增加了第三二极管D3和逻辑开关SW1，第三二极管D3和逻辑开关SW1的作用是使第二节点A的电压UA不会降得太低，此时第一电容C1充电的能量为P2=1/2*C1*（Upk²-UA²），由于P2<P1，所以第一电容C1放电的电流IC1也会变小，从而来自第一副边绕组T-B的电流I也不会降得太低，即第一副边绕组T-B不会等效变成变压器的原边，第二副边绕组T-C也就不会产生来自第一副边绕组T-B等效为原边时的电压叠加，从而可以降低第一同步整流管Q5的电压应力，此处只分析了第一副边绕组T-B导通时的情况，第二副边绕组T-C导通时也是同样的分析结果，因此不在重复分析。

当逻辑电路检测到第二节点A的电压UA低于预设电压时，控制逻辑开关SW1断开，此时第二电容C2不会放电，第二节点A的电压不会降低，通过第一二极管D1给第一电容C1充电的能量P3=1/2*C1*（Upk²-U1²）明显看到P3<P1；当逻辑电路检测到第二节点A的电压UA大于预设电压U1时，控制逻辑开关SW1闭合,此时第二电容C2放电，使第一电容C1吸收来自变压器副边绕组的能量不会因为第二节点A的电压UA升高了变得太小。其中，第三二极管D3的作用是当整流电路输出端OUT的电压Uout大于第二节点A的电压UA时，使逻辑开关SW1一直处于闭合状态。

上述的同步整流吸收电路具有以下优点：

1）对电源的效率影响小：在正常工作时，整流电路输出端OUT的电压Uout大于第二节点A的电压UA，第三二极管D3一直导通，使得第二节点A的电压UA和整流电路输出端OUT的电压Uout几乎相等，这时逻辑开关SW1是一直导通的，损耗在逻辑开关SW1的功耗很小（最小损耗与逻辑开关SW1的内阻有关），对电源效率的影响很小；

2）短路和开机时同步整流管电压应力小：由于逻辑开关SW1的存在，短路时第二节点A的电压UA是恒定的，故在短路时，吸收电路工作状态与正常工作类似，第一电容C1的充电、放电能量均为1/2*C1*（U²-UA²），第一电容C1的充电、放电能量基本不变，故IC1也是基本不变，使同步整流管电压应力和正常状态基本一样。

3）对输出纹波影响小：正常工作时，由于逻辑开关SW1是一直导通的，并且逻辑开关SW1的内部设置内阻Ron，故内阻Ron与滤波电容C0形成RC滤波器，能对第二节点A流到整流电路输出端OUT的电流进行滤波，使得吸收电路对输出纹波的干扰变小。

应当理解的是，本实用新型提供的同步整流吸收电路处理除了可以应用在图1所示的整流电路外，也可以应用在其他拓扑的整流电路，本实用新型对此不做限制。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本实用新型专利进行了示例性的描述，显然本实用新型专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种同步整流吸收电路，应用于开关电源的整流电路中，其特征在于，包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、逻辑开关及滤波器，所述第一电容的第一端、所述滤波器的第一端及所述整流电路中变压器副边绕组的第一端均与第一节点连接，所述第一电容的第二端分别与所述第一二极管的正极端和所述第二二极管的负极端连接，所述第二电容的第一端、所述第一二极管的负极端、所述第三二极管的负极端及所述逻辑开关的第一端均与第二节点连接，所述第二电容的第二端和所述第二二极管的正极端接地，所述变压器副边绕组的第二端经过同步整流管后接地，所述第三二极管的正极端、所述逻辑开关的第二端及所述滤波器的第二端均与所述整流电路的输出端连接，所述逻辑开关的控制端与逻辑电路连接。

2.根据权利要求1所述的同步整流吸收电路，其特征在于，所述整流电路包括变压器、第一同步整流管及第二同步整流管，所述变压器的副边绕组包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述第一副边绕组的第一端经过所述第二同步整流管后接地，所述第二副边绕组的第一端经过所述第一同步整流管后接地，所述第一副边绕组的第二端和所述第二副边绕组的第二端均与所述第一节点连接。

3.根据权利要求2所述的同步整流吸收电路，其特征在于，所述第一副边绕组的同名端经过所述第二同步整流管后接地，所述第二副边绕组的异名端经过所述第一同步整流管后接地，所述第一副边绕组的异名端和所述第二副边绕组的同名端均与所述第一节点连接。

4.根据权利要求3所述的同步整流吸收电路，其特征在于，所述第一副边绕组和所述第二副边绕组的匝数相同。

5.根据权利要求3所述的同步整流吸收电路，其特征在于，所述变压器的主边绕组、所述第一副边绕组及所述第二副边绕组的匝数相同。

6.根据权利要求1所述的同步整流吸收电路，其特征在于，所述滤波器为LC滤波器。

7.根据权利要求6所述的同步整流吸收电路，其特征在于，所述LC滤波器包括滤波电感和滤波电容，所述滤波电感的第一端与所述第一节点连接，所述滤波电感的第二端和所述滤波电容的第一端均与所述整流电路的输出端连接，所述滤波电容的第二端接地。

8.根据权利要求7所述的同步整流吸收电路，其特征在于，所述逻辑开关内部设置内阻，所述内阻与所述滤波电容形成RC滤波器。