CN220673391U - 一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，属于开关电源技术领域，其包括整流器，用于将交流电整流为直流电输出；升压电感，其第一端与整流器的正输出端连接；功率开关管，其第一端与升压电感耦接，第二端与整流器的负输出端连接，第三端为控制端，用于连接电源控制模块；尖冲抑制器，其耦接于升压电感和功率开关管之间，用于吸收尖峰电压；尖冲抑制器包括相互并联的第一电感和第一电容；单向开关管，其第一端耦接升压电感，第二端耦接负载，用于阻止负载回路的方向电流；储能电容，其第一端与单向开关管的第二端耦接，其两端连接负载，可用于为负载供电。本申请具有降低电路中由于出现较高尖峰电压而造成的热量损耗的效果。

Description

一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，尤其是涉及一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路。

背景技术

开关电源是高频化电能转换装置，在电源中，通常会使用到开关器件，开关器件由电源控制模块控制，即电源控制模块通过脉冲驱动信号控制开关器件的导通或者截止来实现电压的转换，但是开关器件在关断的瞬间会产生尖峰电压，当尖峰电压超过开关器件的耐压值时，会导致开关器件被击穿而损坏，影响其所在电路的正常工作。

现有的为防止开关器件关断是产生的尖峰电压造成元器件损坏的，通常在开关器件的输出端并联设置一个吸收电路，通过吸收电路在开关器件断开时对其产生的尖峰电压能量进行吸收， 从而防止开关器件被损坏。常见的吸收电路有RC吸收电路和RCD吸收电路，RC吸收电路和RDC吸收电路，由于吸收的能量部分或全部用在电阻消耗上，导致电阻发热产生热量消耗。

实用新型内容

为了降低电路中由于出现较高尖峰电压而造成的热量损耗，本申请提供了一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路。

一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，包括：

整流器，用于将交流电整流为直流电输出；

升压电感，其第一端与所述整流器的正输出端连接；

功率开关管，其第一端与所述升压电感耦接，第二端与所述整流器的负输出端连接，第三端为控制端，用于连接电源控制模块；

尖冲抑制器，其耦接于所述升压电感和所述功率开关管之间，用于吸收尖峰电压；所述尖冲抑制器包括相互并联的第一电感和第一电容；

单向开关管，其第一端耦接所述升压电感，第二端耦接负载，用于阻止负载回路的方向电流；

储能电容，其第一端与所述单向开关管的第二端耦接，其两端连接负载，可用于为负载供电。

通过采用上述技术方案，整流电路对交流电进行整流转换为直流电输出，在功率开关管导通时，整流电路输出的电流对升压电感进行冲电储能，此时储能电容放电为负载供电；当功率开关管截止时，升压电感的电流通过单向开关管向储能电容放电，此时为降低功率开关管截止时电路中产生的尖峰电压对电路的影响，通过第一电容对尖峰电压的能量进行吸收，同时由于无外加电阻，使得吸收过程中无额外热量消耗。

优选的，所述电源电路还包括缓冲电容，所述缓冲电容耦接于所述升压电感和所述单向开关管之间。

通过采用上述技术方案， 当功率开关管截止时，流经升压电感的电流流向储能电容和负载，此时储能电容和负载两端的电压升高，通过设置缓冲电容，缓冲电容存在容性阻抗，使得缓冲电容的电流较大，而储能电容的电流较小。

优选的，所述电源电路还包括第二电感，所述第二电感的第一端耦接于所述缓冲电容和所述单向开关管连接处，所述第二电感的第二端耦接于所述整流器的负输出端。

通过采用上述技术方案，缓冲电容和缓冲电感形成类谐振电路的作用，以降低功率开关管通断时产生的电压纹波和尖峰电压，实现对负载的稳定输出。

优选的，所述电源电路还包括变压器，所述缓冲电容的第一端与所述升压电感连接，所述缓冲电容的第二端与所述变压器的初级线圈的第一端，所述变压器的初级线圈的第二端与所述整流器的负输出端连接，所述变压器的次级线圈的第一端与单向开关管连接，所述变压器的次级线圈的与所述储能电容的第二端连接。

通过采用上述技术方案，变压器应用于大功率供电设备上，例如充电桩，以实现电气隔离，降低原边回路电路与副边回路出现故障时相互之间的影响，同时变压器的初级线圈也能够达到缓冲电感的效果，减少负载端电压纹波的产生。

优选的，所述单向开关管为二极管，所述单向开关管的阳极与所述升压电感耦接，所述单向开关管的阳极与所述BOOST升压电路的正输出端连接。

通过采用上述技术方案，根据二极管的导向导通性，当功率开关管导通时，防止储能电容反向供电而造成短路现象。

优选的，所述单向开关管为可控开关管，所述单向开关管的控制端与电源控制模块连接，由电源控制模块控制其导通或截止；

所述单向开关管的导通截止与所述功率开关管相反。

通过采用上述技术方案，可控开关管在电源控制模块控制下起到单向导通作用的同时，可控开关管具有压降更小，能够降低单向开关管的能量损耗。

优选的，所述功率开关管为IGBT管，所述功率开关管的集电极与所述升压电感连接，所述功率开关管的发射极与所述整流电路的负输出端连接，所述功率开关管的控制端与电源控制模块连接。

通过采用上述技术方案，根据IGBT管的性能，来提高BOOST升压电路整体的能量转换效率

优选的，所述电源电路还包括滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述整流电路的正输出端连接，所述滤波电容的第二端与所述整流电路的负输出端连接。

通过采用上述技术方案，滤波电容起到稳压和滤波的作用，提高整流电路输出电压的稳定性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、根据功率开关管的寄生电容和寄生电感的等效分布设置第一电感和第一电容，以实现储能电容对尖峰电压能量的无损吸收；

2、通过设置缓冲电容和第二电感，利用缓冲电容和缓冲电感组成的类谐振电路来降低功率开关管通断时产生的电压纹波和尖峰电压；

3、通过设置变压器来替换缓冲电感，其既实现了电气隔离提高用电安全性的效果，同时变压器的初级线圈也起到了缓冲电感的效果。

附图说明

图1是本实施例1中供电系统的部分电流结构图，单向导通管为二极管；

图2是本实施例1中供电系统的部分电流结构图，单向导通管为IGBT管；

图3是本实施例1中供电系统的部分电流结构图，电源电路包含了滤波电容；

图4是本实施例2中供电系统的部分电流结构图。

附图标记说明：

100、整流器；200、尖冲抑制器。

具体实施方式

以下结合附图1-图4对本申请作进一步详细说明。

实施例1：

本申请实施例以公开一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路。参照图1，电源电路包括整流器100、升压电感L、功率开关管M、尖冲抑制器200、单向开关管Q和储能电容C，其中，整流器100的输入端与市电连接，用于将交流电整流为直流电，一般可以采用桥式整流器来实现，采用市电三相电串联或者并联的方式连接，可以减少电路中的电压纹波。升压电感L和单向开关管Q依次耦接于整流器100的正输出端，其中，升压电感L的第一端与整流器100的输出端连接，升压电感L的第二端耦接于单向开关管Q第一端，储能电容C的第一端耦接于单向开关管Q的第二端，本申请中单向开关管Q的第一端为输入端，单向开关管Q的第二端为输出端，且储能电容C的两端为电源电路的输出端用于连接负载R。

参照图2和图3，功率开关管M的第一端耦接于升压电感L远离整流器100的一端，功率开关管M的第二端耦接于整流器100的负输出端，尖冲抑制器200包括与功率开关管M串联的第一电感L1和与第一电感L1并联的第一电容C1。根据功率开关管M的寄生电容和寄生电感的等效分布设置第一电感L1和第一电容C1，当功率开关管M导通时，整流器100输出的电流流经升压电感L、尖冲抑制器200和功率开关管M，此时升压电感L储能充电，负载R由储能电容C放电功能。当功率开关管M截止时，由于电感两端的电流不能突变的特性，此时功率开关管M产生的寄生电流对第一电容C1进行充电，从而降低功率开关管M输出端输出的尖峰电压，以达到吸收尖峰电压的作用，同时整个过程中无需外加电阻，不会产生额外的热量消耗。为降低功率开关管M的耐压级别，尖冲抑制器200还可以包括并联设置于第二电容C2，通过第二电容C2来增加功率开关管M的耐压级别。

参照图1，功率开关管M的第三端为控制端，控制端由电源控制模块控制，即功率开关管M的导通或者截止由电源控制模块控制。功率开关管M为可控开关管，可以为以下任一种：三极管、MOSFEET、IGBT、晶闸管等，本申请中，功率开关管M以IGBT管进行展示，功率开关管M的集电极与第一电感L1连接，其发射极与整流器100的负输出端连接；IGBT管具有驱动功率小而饱和压降低，以此可提提高电路整体的能量转换效率。

参照图1和图2，为进一步降低尖峰电压，升压电感L和单向开关管Q之间耦接有缓冲电容Ch，缓冲电容Ch和单向开关管Q之间耦接有第二电感L2，第二电感L2的第一端连接于缓冲电容Ch和单向开关管Q的连接处，第二电感L2的第二端连接于整流器100的负输出端。当功率开关管M截止时，流经升压电感L的电流流向储能电容C和负载R，此时储能电容C和负载R两端的电压升高，通过设置缓冲电容Ch，缓冲电容Ch存在容性阻抗，使得缓冲电容Ch的电流较大，而储能电容C的电流较小；同时，第二电感L2与缓冲电容Ch类谐振电路，以降低功率开关管M通断时产生的电压纹波和尖峰电压，实现对负载R的稳定输出。

参照图1和图2，单向开关管Q可以采用二极管或者可控开关管，若单向开关管Q为二极管，则单向开关管Q的第一端为阳极，单向开关管Q的第二端为阴极，根据二极管的导向导通性，当功率开关管M导通时，防止储能电容C反向供电而造成短路现象。若单向开关管Q为可控开关管，则单向开关管Q的控制端也由电源控制模块控制，且单向开关管Q的导通截止与功率开关管M相反，即当功率开关管M导通时，单向开关管Q截止，当功率开关管M截止时，单向开关管Q导通。本申请中，单向开关管Q也以IGBT管进行展示。从功耗角度出发，单向开关管Q优选为可控开关管，可控开关管的压降小于二极管的压降，采用可控开关管能够有效降低单向开关管Q的功耗。

参照图3，电源电路还可以包括滤波电容VC，滤波电容VC的第一端与整流器100的正输出端连接，滤波电容VC的第二端与整流器100的负输出端连接，即滤波电容VC并联设置于整流器100输出端，起到稳压和滤波的作用，提高整流器输出电压的稳定性。

实施例1的实施原理为：当功率开关管M截止时，功率开关管M的寄生电感以及升压电感L由于电感两端电流不能突变的特性，升压电感L的电流流经缓冲电容Ch和单向开关管Q向负载R和储能电容C供电，在储能电容C充电的同时，通过缓冲电容Ch和储能电容C以吸收尖峰电压的能力，从而抑制尖峰电压的能量；既吸收了尖峰电压能量，防止较高的尖峰电压损坏功率开关管M，又在吸收尖峰电压能量的同时，对尖峰电压能量进行了利用。第一电感L1与第一电容C1使得IGBT所在回路的感抗与容抗升高，在IGBT通断的瞬间，由于感抗与容抗的存在，降低了电流的波动，同时分流作用也使第二电感L2的电压波动减小，使负载R端的电压波动减小。之后第一电感L1的两端电压差随着时间推移逐渐降低，使得第二电感L2的电流增大，弥补衰减的电压值，以此既削减了电压尖冲，保护元器件，又提升了负载端的输出电压稳定性。

实施例2：

参照图4，一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，其与实施例1的区别在于：电源电路还包括变压器T，变压器T替换第二电感L2，其初级线圈NP的第一端与缓冲电容Ch的第二端连接，变压器T的初级线圈NP的第二端与整流器的负输出端连接；变压器T的次级线圈NS的第一端与单向开关管Q连接，变压器T的次级线圈NS的第二端与储能电容的第二端连接。实施例1中的第二电感的方案适用于小功率开关电源上，而在大功率开关电源的应用上，通过设置变压器T实现电气隔离，降低电路故障时初次级回路之间的相互影响，同时由于初级线圈NP与缓冲电感Lh结构相同，因此，变压器T的初级线圈NP也能够与缓冲电容Ch组成类谐振电路，以达到减少电压纹波的效果。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，其特征在于：包括：

整流器(100)，用于将交流电整流为直流电输出；

升压电感，其第一端与所述整流器(100)的正输出端连接；

功率开关管，其第一端与所述升压电感耦接，第二端与所述整流器(100)的负输出端连接，第三端为控制端，用于连接电源控制模块；

尖冲抑制器(200)，其耦接于所述升压电感和所述功率开关管之间，用于吸收尖峰电压；所述尖冲抑制器(200)包括相互并联的第一电感和第一电容；

单向开关管，其第一端耦接所述升压电感，第二端耦接负载，用于阻止负载回路的方向电流；

储能电容，其第一端与所述单向开关管的第二端耦接，其两端连接负载，可用于为负载供电。

2.根据权利要求1所述的一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，其特征在于：所述尖冲抑制器(200)还包括与功率开关管并联的第二电容。

3.根据权利要求1所述的一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，其特征在于：所述电源电路还包括缓冲电容，所述缓冲电容耦接于所述升压电感和所述单向开关管之间。

4.根据权利要求3所述的一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，其特征在于：所述电源电路还包括第二电感，所述第二电感的第一端耦接于所述缓冲电容和所述单向开关管连接处，所述第二电感的第二端耦接于所述整流器(100)的负输出端。

5.根据权利要求3所述的一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，其特征在于：所述电源电路还包括变压器，所述缓冲电容的第一端与所述升压电感连接，所述缓冲电容的第二端与所述变压器的初级线圈的第一端，所述变压器的初级线圈的第二端与所述整流器(100)的负输出端连接，所述变压器的次级线圈的第一端与单向开关管连接，所述变压器的次级线圈的与所述储能电容的第二端连接。

6.根据权利要求1所述的一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，其特征在于：所述单向开关管为可控开关管，所述单向开关管的控制端与电源控制模块连接，由电源控制模块控制其导通或截止；

所述单向开关管的导通截止与所述功率开关管相反。

7.根据权利要求1所述的一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，其特征在于：所述单向开关管为二极管，所述单向开关管的阳极与所述升压电感耦接，所述单向开关管的阴极与所述储能电容的第一端连接。

8.根据权利要求1所述的一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，其特征在于：所述功率开关管为IGBT管，所述功率开关管的集电极与所述升压电感连接，所述功率开关管的发射极与所述整流器(100)的负输出端连接，所述功率开关管的控制端与电源控制模块连接。

9.根据权利要求1所述的一种具有吸收尖峰电压功能的电源电路，其特征在于：所述电源电路还包括滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述整流器(100)的正输出端连接，所述滤波电容的第二端与所述整流器(100)的负输出端连接。