一種開關電源輸出整流管的無損吸收電路及開關電源的製作方法
2023-10-17 13:11:09 6
一種開關電源輸出整流管的無損吸收電路及開關電源的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種開關電源輸出整流管的無損吸收電路，包括電容、第一二極體、第二二極體和電感；電容的一端連接開關電源整流電路的正極輸出端，另一端連接第一二極體的陰極，第一二極體的陽極連接開關電源整流電路的負極輸出端；第二二極體的陽極連接第一二極體的陰極，第二二極體的陰極連接電感的一端；電感的另一端連接輸出電容與輸出電感的相接點。本發明利用電容吸收變壓器漏感和電路中雜散電感的等效電感上的大部分能量，使得整流二極體上的電壓尖峰被鉗位，同時通過電感有效抑制了吸收電路中的衝擊電流，防止出現較大的電流尖峰，整個電路結構簡單，有效保證電源的效率和可靠性。
【專利說明】—種開關電源輸出整流管的無損吸收電路及開關電源
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力電子【技術領域】，具體涉及一種開關電源輸出整流管的無損吸收電路及開關電源。
【背景技術】
[0002]在常規的正激、半橋、全橋等電路中，輸出整流二極體工作在硬開關狀態，由於變壓器漏感以及整流二極體串聯電感的存在，在二極體關斷時會產生尖峰電壓，尤其是輸出電壓比較高的情況下，該尖峰電壓可能會導致二極體過壓擊穿。下面以全橋整流電路為例進行說明，當變壓器副邊電壓為零時，全橋整流電路的四個二極體全部導通，輸出濾波電感電流處於自然續流狀態；而當變壓器副邊電壓變化為高電壓時，全橋整流電路中有兩隻二極體要關斷，兩隻二極體繼續導通，這時變壓器漏感和二極體串聯寄生電感的等效電感Lip就開始與二極體結電容Cp產生振蕩，在二極體關斷瞬間會產生很高的反向電壓尖峰，可能導致二極體過壓擊穿。
[0003]為了減小整流二極體上的尖峰電壓，一種措施是加RC吸收電路，如圖1所示電路，在每個二極體上並聯一個電阻R和電容C的串聯支路。電阻R的作用是產生阻尼，吸收電壓尖峰的諧振能量；電容C的作用是為電阻R阻尼提供能量通道，C的大小決定吸收程度。在二極體反向關斷時，變壓器漏感和二極體串聯寄生電感的等效電感Lip中的能量對二極體結電容充電，同時還通過吸收電阻R對吸收電容C充電。電容C越大，電容C上的電壓就越小，即二極體上的尖峰電壓就越小。當二極體快速正嚮導通時，電容C通過電阻R放電，大部分能量將消耗在電阻R上。RC吸收電路雖然能夠有效抑制二極體的反向電壓尖峰，但它是有損耗的，損耗的功率近似為Ps = FsXCXVclampXVclamp，其中Fs表示二極體的開關頻率；C表示吸收電容的容量；Vclamp表示鉗位電壓的大小。吸收電容越大,吸收電阻上的損耗越大，吸收電阻必須選擇功率較大的電阻，這樣會影響電源的小型化和效率。
[0004]為了減小二極體上的尖峰電壓，另一種措施是加RCD吸收電路，如圖2所示電路。RCD吸收電路工作原理如下，以輸出電感工作在連續模式為例進行分析:
[0005]第一階段，變壓器副邊電壓為零時，整流電路的4個二極體Dl、D2、D3、D4作為輸出電感的續流二極體，均處於導通狀態，鉗位電容Cl上的電壓等於輸出電壓Vo ；
[0006]第二階段，變壓器Tl副邊電壓變化為高電壓Vs (上正下負)，D1、D4繼續導通，D2、D3關斷，變壓器漏感和二極體串聯寄生電感的等效電感Lik與D2、D3的結電容Cp進行諧振，當二極體D2陰極電壓達到電源輸出電壓時，鉗位二極體D5導通，電容Cl參與諧振，由於電容Cl容量比結電容Cp大得多，所以電容Cl上電壓略有增加，因此二極體D2、二極體D3的電壓被電容Cl鉗位，Lik與Cp、Cl的諧振很快結束，二極體D2、二極體D3以及電容Cl的電壓穩定在變壓器的副邊輸出電壓Vs ；
[0007]第三階段，變壓器Tl副邊電壓變化為零，二極體D1、二極體D2、二極體D3、二極體D4均導通，為輸出電感續流，二極體D5關斷，電容Cl通過電阻Rl將吸收的一部分能量回饋給輸出，另外一部分能量損耗在電阻Rl上，電容Cl很快就結束放電，電容Cl電壓穩定在輸出電壓Vo ;
[0008]第四階段，變壓器Tl副邊電壓變化為高電壓-Vs (下正上負)，該狀態下的工作原理與變壓器Tl副邊電壓變化為高電壓Vs (上正下負)時一樣，在此不再贅述。
[0009]以上就是一個周期的工作狀態分析，由此可見，RCD吸收電路也是有損耗的，大部分功率還是損耗在電阻上，損耗的功率近似為Ps = FsXCX (VsXVs-VoXVo)，但損耗的功率相比RC吸收電路要小一些。
[0010]綜上所述，Re、RCD吸收電路雖然均能減小整流二極體上的尖峰電壓，但都存在一定損耗，不利於保證電源效率。
【發明內容】
[0011]為解決現有技術RC吸收和RCD吸收電路存在損耗的問題，本發明提供一種開關電源輸出整流管的無損吸收電路及開關電源，其目的在於，既抑制輸出整流二極體的尖峰電壓，又實現無損吸收，充分保證電源效率。
[0012]一種開關電源輸出整流管的無損吸收電路，包括電容、第一二極體、第二二極體和電感；
[0013]電容的一端連接開關電源整流電路的正極輸出端，另一端連接第一二極體的陰極；
[0014]第一二極體的陽極連接開關電源整流電路的負極輸出端；
[0015]第二二極體的陽極連接第一二極體的陰極與電容的相接點，第二二極體的陰極連接電感的一端；
[0016]電感的另一端連接開關電源整流電路的輸出電感與輸出電容的連接點。
[0017]進一步地，所述電容為一個電容或由多個電容串聯或並聯而成，第一二極體、第二二極體為一個二極體或由多個二極體串聯或並聯而成。
[0018]一種開關電源，包括整流電路、輸出電感和輸出電容，還包括所述的無損吸收電路。
[0019]本發明的技術效果體現在:
[0020]本發明通過吸收電容優化鉗位電壓，避免整流二極體承受較大的電壓尖峰；通過電感優化吸收電路中的電流大小，避免吸收電路承受較大的電流尖峰。應用本發明能很好地抑制輸出整流二極體的尖峰電壓，並實現無損吸收，解決了現有技術RC吸收和RCD吸收電路存在損耗的問題，有效保證電源效率和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是現有技術RC吸收電路圖；
[0022]圖2是現有技術RCD吸收電路圖；
[0023]圖3是本發明提供的一種開關電源輸出整流管的無損吸收電路圖；
[0024]圖4是本發明提供的一種開關電源輸出整流管的無損吸收電路工作時序圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
[0026]本發明一種開關電源輸出整流管的無損吸收電路如圖3所示，包括第一電容Cl、第一二極體D5、第二二極體D6和第二電感L2，開關電源整流電路的正極輸出端依次連接第一電容Cl、第一二極體D5的陰極、第一二極體D5的陽極和開關電源整流電路的負極輸出端；開關電源整流電路的輸出電容與輸出電感的相接點依次連接電感L2、第二二極體D6的陰極、第二二極體D6的正極和第一二極體D5的陰極。
[0027]採用上述無損吸收電路的開關電源，包括由一個變壓器Tl和四個二極體D1、D2、D3、D4組成的整流電路100、一個輸出電感L1、一個輸出電容C2以及上述無損吸收電路。
[0028]採用本發明無損吸收電路的開關電源的工作時序及波形如圖4所示，下面對各狀態進行分析。
[0029]其中，Lik表示變壓器Tl漏感與其它雜散電感的等效電感；Vs表示變壓器Tl的副邊電壓；C點為電源輸出正極；D點為電源輸出負極；VA表不A點對輸出負極的電壓，VB表不B點對輸出負極的電壓；VAB表不吸收電容Cl上的電壓；Vo表不電源的輸出電壓，即C、D兩點間的電壓。
[0030]正半周工作時序如下:
[0031]TO時刻，變壓器Tl的副邊電壓變為高電平(上正下負)，二極體D1、D4導通，二極體D2、D3、D5、D6關斷。Lik與D2、D3、D5、D6的結電容以及Cl、Lik諧振，由於Cl遠大於整流電路中二極體D2和D3的結電容，所以VA、VB電壓迅速上升，而Cl上的電壓VAB幾乎沒有增大。
[0032]Tl時刻，VB電壓上升至輸出電壓Vo，D6導通，D2、D3、D5還是處於關斷狀態。由於Cl遠大於D2、D3的結電容，並且L2取值較小，因此漏感中的能量大部分被Cl吸收，Cl電壓VAB逐漸增大。L2的主要作用是抑制吸收電路中的電流，防止出現電流尖峰，導致器件損壞。
[0033]T2時刻，D6關斷，D2、D3、D5仍然處於關斷狀態。Lik, Cl、L2諧振結束，VAB達到最高電壓Vclamp，VA達到最高電壓VAmax = Vclamp+Vo。在T2-T3時間段，VAB保持在Vclamp，而Lik、L2還會與二極體的結電容繼續諧振，由於能量較小，所以振幅較小。
[0034]T3時刻，變壓器副邊電壓變為零，D5導通，D2、D3、D6處於關斷狀態，Cl吸收的尖峰能量通過L1、D5回饋給輸出，VA電壓開始下降。
[0035]T4時刻，Cl電壓下降至零，L1、C2上存儲的能量給負載供電。
[0036]T5時刻，變壓器Tl的副邊電壓再次變為高電平(下負上正)，開始負半周工作，負半周與正半周的工作原理一樣。
[0037]通過改變吸收電容Cl的大小可以優化鉗位電壓，避免整流二極體承受較大的電壓尖峰；通過改變電感L2的大小可以優化吸收電路中的電流大小，避免吸收電路承受較大的電流尖峰。
[0038]所述電容為一個電容或由多個電容串聯或並聯而成，第一二極體、第二二極體為一個二極體或由多個二極體串聯或並聯而成。
[0039]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種開關電源輸出整流管的無損吸收電路，其特徵在於，包括電容、第一二極體、第二二極體和電感； 電容的一端連接開關電源整流電路的正極輸出端，另一端連接第一二極體的陰極；第一二極體的陽極連接開關電源整流電路的負極輸出端；第二二極體的陽極連接第一二極體的陰極與電容的相接點，第二二極體的陰極連接電感的一端；電感的另一端連接開關電源整流電路的輸出電感與輸出電容的連接點。
2.如權利要求1所述的一種開關電源輸出整流管的無損吸收電路，其特徵在於，所述電容為一個電容或由多個電容串聯或並聯而成，第一二極體、第二二極體為一個二極體或由多個二極體串聯或並聯而成。
3.一種開關電源，包括整流電路、輸出電感和輸出電容，其特徵在於，還包括權利要求1或2所述的無損吸收電路。
【文檔編號】H02M7/06GK104201874SQ201410452855
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】鄧衛華, 熊輝 申請人:武漢永力睿源科技有限公司