WO2015131364A1

WO2015131364A1 - 一种应用于开关电源中的尖峰电压处理电路

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Publication number: WO2015131364A1
Application number: PCT/CN2014/072958
Authority: WO
Inventors: 赵德琦; 刘鹏飞
Original assignee: 深圳市欣锐特科技有限公司
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2015-09-11
Also published as: CN104040856A

Abstract

一种应用于开关电源中的尖峰电压处理电路，包括钳位模块（101）、吸收模块（102）、能量转换模块（103）；所述钳位模块（101）连接所述开关电源（200）中的尖峰电压生成模块（201），所述吸收模块（102）连接在所述尖峰电压生成模块（201）和所述钳位模块（101）之间并且与所述能量转换模块（103）连接，所述能量转换模块（103）连接所述钳位模块（101）和所述开关电源（200）的输出端。通过在尖峰电压处理电路中设置能量转换模块（103），能量转换模块（103）通过由电子开关管构成的开关单元，电感构成的滤波单元，二极管构成的续流单元将尖峰电压的能量周期性传递到开关电源（200）的输出端，从而降低了开关电源（200）中尖峰电压、减小了开关电源（200）的能量损耗、提高了开关电源（200）整体转换效率。

Description

一种应用于开关电源中的尖峰电压处理电路技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种应用于开关电源中的尖峰电压处理电路。背景技术

目前，在 DC/DC (直流转换直流 )开关电源中，电源的输出整流电路部分由于整流管（包括二极管或者同步整流电子开关管）的寄生电容与变压器副边绕组的谐振，导致整流管在关断瞬间，会产生非常高的尖峰电压，特别是在大电流的应用场合，该尖峰电压通常可以达到平台电压的两倍甚至更高。为了保证开关电源可靠工作，整流管选型时通常需要保证其可承受的电压留有足够余量，这就导致整流管需要非常高的反向电压，只能选择高电压等级的整流管，增加了电路的成本。

为了解决尖峰电压这个问题，现有技术中通常是在整流管的两端并接 RC (电阻和电容）电路或是并接 RCD (电阻、电容和二极管）电路，虽然 RC电路、 RCD电路可以降低整流管尖峰电压的幅值，但是尖峰电压的能量是被电路中的电阻发热转换成大量的热量，影响整个电路的工作效果；且转换成的热量相当于电路损耗掉的能量，使得整个电路的转换效率变低，特别是在大电流的应用场合，以上两个缺陷更加严重。发明内容

本发明实施例提供了一种应用于开关电源中的尖峰电压处理电路，实现了一种降低开关电源中尖峰电压、减小开关电源的能量损耗、提高开关电源整体转换效率的尖峰电压处理电路。

本发明实施例公开了一种应用于开关电源中的尖峰电压处理电路，包括：钳位模块、吸收模块、能量转换模块；所述钳位模块连接所述开关电源中的尖峰电压生成模块，所述吸收模块连接在所述尖峰电压生成模块和所述钳位模块之间，所述吸收模块还与所述能量转换模块相连接，其中所述能量转换模块用于将所述尖峰电压生成模块产生的尖峰电压的能量转移至所述开关电源的输出端。

进一步地，所述能量转换模块包括两两之间互相连接的开关单元、滤波单元和续流单元。

具体地，所述开关单元导通时，所述滤波单元将所述吸收模块储存的能量输出至开关电源的输出端并存储能量；所述开关单元关断时，所述滤波单元中存储的能量经过所述续流单元输出至开关电源的输出端。

其中，所述开关单元包括电子开关管 Q1 , 所述滤波单元包括第一电感 L1 , 所述续流单元包括第五二极管 D5。

所述开关电源中的尖峰电压生成模块包括第一二极管 Dl、第二二极管 D2; 所述钳位模块包括第三二极管 D3、第四二极管 D4; 所述吸收模块包括第一电容 Cl。

具体地，上述各个元单元之间的连接关系包括：

所述第一二极管 D1的负极与所述第四二极管 D4的正极连接；所述第二二极管 D2的负极与所述第三二极管 D3的正极连接；所述第一二极管 D1和所述第二二极管 D2的正极相连接；所述第三二极管 D3和所述第四二极管 D4的负极相连接；所述第一电容 C1两端分别与所述第一二极管 D1的正极和所述第四二极管 D4的负极相连接；所述电子开关管 Q1的一端与所述第三二极管 D3的负极连接，所述电子开关管 Q1的另一端连接所述第五二极管 D5的负极和通过所述第一电感 L1连接所述开关电源的输出端；所述第五二极管 D5的正极接地。

或者第一二极管 D1的负极与第四二极管 D4的正极连接；第二二极管 D2 的负极与第三二极管 D3的正极连接；第一二极管 D1和第二二极管 D2的负极相连接；第三二极管 D3和第四二极管 D4的正极相连接；第一电容 C1两端分别与第一二极管 D1的负极和第四二极管 D4的正极相连接；电子开关管 Q1的一端与第三二极管 D3的正极连接，电子开关管 Q1的另一端连接第五二极管 D5 的正极和通过第一电感 L1接地；第五二极管 D5的负极连接开关电源的输出端。其中，电路中的电子开关管 Q1周期性地导通与关闭。

本发明实施例通过在尖峰电压处理电路中设置能量转换模块，能量转换模块通过由电子开关管 Q1构成的开关单元，电感 L1构成的滤波单元，二极管 D5 构成的续流单元将尖峰电压的能量周期性传递到开关电源的输出端，从而降低了开关电源中尖峰电压、减小了开关电源的能量损耗、提高了开关电源整体转换效率。附图说明例或现有技术描述中所需要使用的附图作筒单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1是本发明实施例公开的尖峰电压处理电路的结构框图；

图 2是本发明实施例公开的尖峰电压处理电路应用于开关电源的结构框图；图 3是本发明实施例公开的尖峰电压处理电路应用于开关电源的一种具体电路图；

图 4是本发明实施例公开的尖峰电压处理电路应用于开关电源的另一种具体电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开的应用于开关电源的尖峰电压处理电路，通过其中的能量转换模块，降低了开关电源中尖峰电压、减小了开关电源的能量损耗、提高请参阅图 1 , 图 1是本发明实施例的尖峰电压处理电路 100的结构框图；尖峰电压处理电路 100包括：钳位模块 101、吸收模块 102, 能量转换模块 103。请参阅图 2,图 2是图 1所示的尖峰电压处理电路 100应用于开关电源 200的结构框图；钳位模块 101连接开关电源中的尖峰电压生成模块 201 , 所述吸收模块 102连接在所述尖峰电压生成模块 201和所述钳位模块 101之间并且与所述能量转换模块 103连接，所述能量转换模块 103连接所述钳位模块 101和所述开关电源的输出端；其中能量转换模块 103用于将尖峰电压生成模块 201产生的尖峰电压的能量转移至开关电源的输出端。

具体地，钳位模块 101对开关电源中的尖峰电压生成模块 201产生的尖峰电压进行钳位，吸收模块 102将经过钳位模块 101处理的电压尖峰以电压形式储存在吸收模块内部。

能量转换模块 103 包括开关单元、滤波单元、续流单元；由外部输入一个脉沖信号来控制开关单元周期性导通关断，当开关单元导通时，滤波单元将经过吸收模块 102储存的能量输出至开关电源的输出端并存储能量；当开关单元关断时，滤波单元中存储的能量经过续流单元输出至开关电源的输出端。

本发明实施例中，开关电源中的尖峰电压生成模块包括第一二极管、第二二极管；钳位模块包括第三二极管、第四二极管；吸收模块包括第一电容。当然也可以是其他的元器件，例如开关电源中的整流管可以是电子开关（金属 _ 绝缘体一半导体）场效应晶体管，尖峰电压是由电子开关管的寄生电容产生，那么尖峰电压生成模块包括的是电子开关管，本发明不作限定。

进一步地，开关单元包括电子开关管，滤波单元包括第一电感，续流单元的导通储能、续流单元的导通功能的元器件，本发明不作限定。

采用本发明实施例，实现了一种降低开关电源中尖峰电压、减小开关电源的能量损耗、提高开关电源整体转换效率的尖峰电压处理电路。

请参阅图 3,图 3是图 1所示的尖峰电压处理电路 100应用于开关电源的一种具体电路图。如图 3所示：第一二极管 D1的负极与第四二极管 D4的正极连接；第二二极管 D2的负极与第三二极管 D3的正极连接；第一二极管 D1和第二二极管 D2的正极相连接；第三二极管 D3和第四二极管 D4的负极相连接；第一电容 C1两端分别与第一二极管 D1的正极和第四二极管 D4的负极相连接；电子开关管 Q1的一端与第三二极管 D3的负极连接，电子开关管 Q1的另一端连接第五二极管 D5的负极和通过第一电感 L1连接开关电源的输出端；第五二极管 D5的正极接地；第二电容 C2作为输出电容，一端接输出端，另一端接地。

第三二极管 D3对第二二极管 D2产生的尖峰电压进行钳位，第四二极管 D4 对第一二极管 D1产生的尖峰电压进行钳位，第一电容 C1将经过第三二极管 D3 或第四二极管 D4钳位后的尖峰电压吸收并以电压形式储存在第一电容 C1的内部。例如，第一二极管 D1产生了一个负极与正极之间压差为 5V的电压，这个电压加载在第四二极管 D4上，导致 D4导通，减去 D4的导通电压 0.7V, D4 的负极和 D1的正极的压差为 4.3V, 该 4.3V的电压被 C1以电压的形式储存起来。

电子开关管 Q1导通时，第一电感 L1将第一电容 C1中储存的能量输出第一电感 L1存储起来；电子开关管 Q1关断时，第一电感 L1 中存储的能量经过第五二极管 D5输出至开关电源的输出端。

电子开关管 Q1导通时，能量存储在第一电感 L1中，在这个过程中，只有电子开关管 Q1有导通损耗，第一电感 L1有直流损耗，这两个损耗是非常小的损耗；电子开关管 Q1 关断时，第一电感 L1 中存储的能量经过第五二极管 D5 输出至开关电源的输出端，在这个过程中，只有第五二极管 D5有导通损耗，第一电感 L1有直流损耗，这两个损耗是非常小的损耗。因此，尖峰电压的能量很好地传递到了输出端，电路的损耗非常小。

请参阅图 4,图 4是图 1所示的尖峰电压处理电路 100应用于开关电源的另一种具体电路图。如图 4所示：第一二极管 D1的负极与第四二极管 D4的正极连接；第二二极管 D2的负极与第三二极管 D3的正极连接；第一二极管 D1和第二二极管 D2的负极相连接；第三二极管 D3和第四二极管 D4的正极相连接；第一电容 C1两端分别与第一二极管 D1的负极和第四二极管 D4的正极相连接；电子开关管 Q1的一端与第三二极管 D3的正极连接，电子开关管 Q1的另一端连接第五二极管 D5的正极和通过第一电感 L1接地；第五二极管 D5的负极连接开关电源的输出端；第二电容 C2作为输出电容，一端接输出端，另一端接地。

本发明实施例的尖峰电压处理电路中能量转换模块的具体元件和元件间的连接方式可以根据实际需要进行变换、整合，本发明实施例中只是以具体的个例来对本发明的原理及实施方式进行阐述；另外尖峰电压处理电路包含的模块也可以根据实际需要进行整合、进一步划分或删减。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

权利要求

1、一种应用于开关电源中的尖峰电压处理电路，包括钳位模块、吸收模块，其特征在于，所述电路还包括能量转换模块；所述钳位模块连接所述开关电源中的尖峰电压生成模块，所述吸收模块连接在所述尖峰电压生成模块和所述钳位模块之间并且与所述能量转换模块连接，所述能量转换模块连接所述钳位模块和所述开关电源的输出端；其中所述能量转换模块用于将所述尖峰电压生成模块产生的尖峰电压的能量转移至所述开关电源的输出端。

2、如权利要求 1所述的电路，其特征在于：所述能量转换模块包括两两之间互相连接的开关单元、滤波单元和续流单元。

3、如权利要求 2所述的电路，其特征在于：所述开关单元导通时，所述滤波单元将所述吸收模块储存的能量输出至开关电源的输出端并存储能量；所述开关单元关断时，所述滤波单元中存储的能量经过所述续流单元输出至开关电源的输出端。

4、如权利要求 3所述的电路，其特征在于：所述开关单元包括电子开关管，所述滤波单元包括第一电感，所述续流单元包括第五二极管。

5、如权利要求 4所述的电路，其特征在于：所述开关电源中的尖峰电压生成模块包括第一二极管、第二二极管；所述钳位模块包括第三二极管、第四二极管；所述吸收模块包括第一电容。

6、如权利要求 5所述的电路，其特征在于：所述第一二极管的负极与所述第四二极管的正极连接；所述第二二极管的负极与所述第三二极管的正极连接；所述第一二极管和所述第二二极管的正极相连接；所述第三二极管和所述第四二极管的负极相连接；所述第一电容两端分别与所述第一二极管的正极和所述第四二极管的负极相连接；所述电子开关管的一端与所述第三二极管的负极连接，所述电子开关管的另一端连接所述第五二极管的负极和通过所述第一电感连接所述开关电源的输出端；所述第五二极管的正极接地。

7、如权利要求 5所述的电路，其特征在于：第一二极管的负极与第四二极管的正极连接；第二二极管的负极与第三二极管的正极连接；第一二极管和第二二极管的负极相连接；第三二极管和第四二极管的正极相连接；第一电容两端分别与第一二极管的负极和第四二极管的正极相连接；电子开关管的一端与第三二极管的正极连接，电子开关管的另一端连接第五二极管的正极和通过第一电感接地；第五二极管的负极连接开关电源的输出端。

8、如权利要求 6或 7所述的电路，其特征在于：所述电子开关管周期性地导通与关闭。