專利名稱：開關(guān)電源及其無損吸收電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
請參閱圖1，其為一種單端反激開關(guān)電源的基本電路，在該電路中，通過控制開關(guān)Q1的通斷將輸入的直流電壓斬波為交變的方波電壓，通過變壓器耦合到副邊再經(jīng)過整流二極管D整流而得到變換后的電壓。但是該種電路存在如下缺點(diǎn)由于變壓器存在漏感，且實(shí)際電路中存在雜散電感，因此開關(guān)Q1在切斷時會在漏感和雜散電感上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而容易使開關(guān)過壓而損壞。
為了降低開關(guān)上的電壓應(yīng)力，在實(shí)際電路中都會在開關(guān)器件上增加吸收或緩沖電路，該種吸收電路如圖2所示，其由電容C1、二極管D1、D2及電感L1組成，該電路具有三個接口A’、C’、B’，該三個接口分別連接輸入電源的正、負(fù)端及主開關(guān)。
請結(jié)合參閱圖3至圖6，其為一種采用上述吸收電路的單端反激變換器。該單端反激變換器的工作過程如下1)當(dāng)開關(guān)Q1關(guān)斷時，由于變壓器T1原邊的電流繼續(xù)維持原來的方向流動，電流Ip經(jīng)過C1、D1返回，對電容C1充電，使C1的電壓逐漸升高。C1電壓下正上負(fù)，其最終的電壓等于變壓器T1副邊折射電壓與漏感Lr產(chǎn)生電壓之和，其電壓的表達(dá)式如下UC1=n*Vo+Ip*LrC1]]>其中Lr為變壓器原邊的等效漏感。開關(guān)Q1上的最高電壓等于輸入電源電壓與Uc1之和，即UQ1＝Ui+Uc1，從而實(shí)現(xiàn)了箝制開關(guān)Q1峰值電壓的目的；2)當(dāng)Q1導(dǎo)通時，C1、Q1、D2、L1形成閉合回路，C1中存儲的能量向L1中轉(zhuǎn)移，回路為LC諧振電路性質(zhì)，電流Ic呈正弦波，其峰值Ic為Ic=UC1*C1L1]]>當(dāng)C1兩端的電壓變?yōu)?時，流過L1的電流最大，即C1中的能量全部轉(zhuǎn)移到L1中；3)當(dāng)Q1繼續(xù)維持導(dǎo)通，電感L1存儲的能量又返回C1，但C1的電壓與先前的方向相反，為上正下負(fù)，當(dāng)C1兩端的電壓升高到與輸入電壓Vin相等時，L1中存儲的多余能量經(jīng)過D1返回電源中，整個吸收過程結(jié)束，當(dāng)Q1再次關(guān)斷時又重復(fù)步驟1)。步驟2)和步驟3)轉(zhuǎn)移能量所需要的時間總計為Td=πL1*C1]]>在上述過程的分析有兩個假設(shè)，第一，把吸收電路所有的器件視為理想器件；第二，假設(shè)開關(guān)Q1導(dǎo)通的時間大于吸收電路的諧振時間Td，這樣二極管D2在L1電流變?yōu)?之后才會自然關(guān)斷。
但是在實(shí)際電源電路中，當(dāng)輸入電壓處于高端或負(fù)載很小時，往往出現(xiàn)開關(guān)Q1導(dǎo)通時間小于吸收電路諧振時間的情況，此時二極管D2就會出現(xiàn)反向恢復(fù)，既而產(chǎn)生很高的尖峰電壓，其分析過程如下當(dāng)Q1導(dǎo)通時間小于吸收電路諧振時間Td時，電容C1兩端的電壓尚未反向，L1中尚存在電流。因此在Q1關(guān)斷的瞬間，圖7中a點(diǎn)的電壓將產(chǎn)生躍變，二極管D2承受反向電壓被硬關(guān)斷，由于D2與L1串聯(lián)，反向恢復(fù)電流在電感上將產(chǎn)生很高的尖峰電壓，其波形如圖8所示。
如果沒有反向恢復(fù)現(xiàn)象，則D2承受的最高反向電壓為Vi，考慮到反向恢復(fù)問題，設(shè)D2的反向恢復(fù)電流變化率為di/dt，則D2最高電壓為UD2＝Vi+L2*di/dt一般情況下，UD2至少為輸入電壓的3倍。
在這種情況下，D2的損耗也大大增加了，降低了無損吸收電路的性能，為了解決這個問題，需要選擇耐壓高和開關(guān)速度快的二極管，但根據(jù)二極管特性，二極管耐壓越高則開關(guān)速度越慢，這兩個要求是相互矛盾的，使該電路的應(yīng)用范圍受到限制。為了解決這個矛盾，就需要一方面選擇高性能的二極管，另一方面則需要控制開關(guān)Q1的最小導(dǎo)通時間，使之始終大于L1、C1、D2回路的諧振時間Td，即 但這樣會導(dǎo)致電源調(diào)整范圍變小，同時由于最小占空比不能為0，電源也不能空載，限制了應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能降低尖峰電壓、減少損耗及能降低器件應(yīng)力的無損吸收電路。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的該無損吸收電路包括第一二極管、第二二極管、電容及電感，第一二極管的陰極用于與輸入電源的正端連接，第一二極管的陽極接電感的一端和電容的一端，電感的另一端與第二二極管的陰極連接，第二二極管的陽極用于與輸入電源的負(fù)端連接，電容的另一端用于與開關(guān)電源的開關(guān)元件連接，其特征在于還包括箝位電路，該箝位電路的一端用于與輸入電源的正端連接，其另一端接第二二極管的陰極，使開關(guān)元件關(guān)斷瞬間，第二二極管上的電壓被箝位在一設(shè)定的電壓。
所述的箝位電路包括二極管，該二極管的陰極用于與輸入電源的正端耦合，其陽極接第二二極管的陰極。
所述的箝位電路還包括穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管的陽極用于與輸入電源的正端連接，其陰極與二極管的陰極連接。
所述的箝位電路包括MOSFET管，該MOSFET管的漏極用于與輸入電源的正端耦合，其源極接第二二極管的陰極。
所述的箝位電路還包括穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管的陽極用于與輸入電源的正端連接，其陰極與MOSFET管的漏極連接。
一種開關(guān)電源包括無損吸收電路、開關(guān)元件和變壓器，該無損吸收電路包括第一二極管、第二二極管、電容及電感，第一二極管的陰極用于與輸入電源的正端連接，第一二極管的陽極接電感的一端和電容的一端，電感的另一端與第二二極管的陰極連接，第二二極管的陽極用于與輸入電源的負(fù)端連接，電容的另一端接開關(guān)元件的一端，開關(guān)元件的另一端用于接輸入電源的負(fù)端，變壓器原邊的一端用于接輸入電源的正端，其另一端接于電容與開關(guān)元件相接的一端，其特征在于還包括箝位電路，該箝位電路的一端用于接輸入電源的正端，其另一端接第二二極管的陰極，使開關(guān)元件關(guān)斷瞬間，第二二極管上的電壓被箝位在一設(shè)定的電壓。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)由于現(xiàn)有的無損吸收電路中將第二二極管視為理想器件，而忽略其反向恢復(fù)特性，而本發(fā)明則針對其反向恢復(fù)特性而設(shè)置箝位電路，在開關(guān)元件關(guān)斷的瞬間，即使第二二極管反向恢復(fù)而產(chǎn)生尖峰電壓，也會由于該箝位電路的作用使該第二二極管兩端的電壓被箝位在設(shè)定的電壓上，從而降低了尖峰電壓，減少了損耗并降低了器件的應(yīng)力，而且降低了對二極管的選擇要求；同時，由于箝位電路的存在，即使開關(guān)元件的導(dǎo)通時間小于諧振電路的諧振時間，在開關(guān)元件關(guān)斷的瞬間，第二二極管因?yàn)榉聪蚧謴?fù)而產(chǎn)生的尖峰電壓也會被箝位在設(shè)定的電壓上，從而不必限定開關(guān)元件的導(dǎo)通時間與諧振時間的大小關(guān)系，從而擴(kuò)大了電源的調(diào)整范圍，使最小占空比能為0且電源也能空載，擴(kuò)大了該開關(guān)電源的應(yīng)用范圍。

圖1是一種現(xiàn)有的開關(guān)電源的基本電路圖。
圖2是一種現(xiàn)有的無損吸收電路的電路圖。
圖3是一種采用現(xiàn)有無損吸收電路的單端反激開關(guān)電源的電路圖。
圖4至圖6分別是現(xiàn)有的單端反激開關(guān)電源在開關(guān)關(guān)斷、導(dǎo)通及持續(xù)導(dǎo)通過程的電路圖。
圖7是分析現(xiàn)有無損吸收電路產(chǎn)生尖峰電壓的電路圖。
圖8是現(xiàn)有無損吸收電路在反向恢復(fù)時的波形圖。
圖9是本發(fā)明無損吸收電路的電路圖。
圖10是采用本發(fā)明無損吸收電路的開關(guān)電源的電路圖。
圖11是反向恢復(fù)時的波形圖。
圖12是具有本發(fā)明無損吸收電路的單端正激開關(guān)電源的電路圖。
圖13是本發(fā)明無損吸收電路的第二具體實(shí)施方式
的電路圖。
圖14是本發(fā)明無損吸收電路的第三具體實(shí)施方式
的電路圖。
具體實(shí)施方式請參閱圖9至圖11，本實(shí)施方式的無損吸收電路應(yīng)用于單端反激開關(guān)電源，該無損吸收電路具有三個接口端A、C、B，該三個接口端A、C、B分別接輸入電源的正端、輸入電源的負(fù)端及開關(guān)元件。該無損吸收電路包括第一二極管D1、第二二極管D2、箝位電路D3、電容C1及電感L1。第一二極管D1的陰極與輸入電源的正端連接，第一二極管D1的陽極接電感L1的一端和電容C1的一端，電感L1的另一端與第二二極管D2的陰極連接，第二二極管D2的陽極與輸入電源的負(fù)端連接(或接地)，電容C1的另一端用于接開關(guān)元件Q1。箝位電路D3的一端接輸入電源的正端，其另一端接第二二極管D2的陰極。該單端反激開關(guān)電源還包括變壓器和開關(guān)元件。電容C1與開關(guān)元件Q1相接的一端同時也與變壓器T1原邊的一端連接，變壓器T1原邊的另一端與輸入電源的正端連接，變壓器T1的副邊輸出電壓。開關(guān)元件Q1用于控制整個開關(guān)電源的通斷，該開關(guān)元件Q1的一端接電容C1，其另一端接輸入電源的負(fù)端(或接地)。本實(shí)施方式中，箝位電路為二極管D3，該二極管D3的陰極接輸入電源的正端，其陽極接第二二極管D2的陰極；開關(guān)元件Q1可以為開關(guān)晶體管，該開關(guān)元件Q1的漏極接電容C1，其源極接輸入電源的負(fù)端(或接地)，其柵極為控制極而用于控制該開關(guān)元件的通斷。
該無損吸收電路的工作原理如下當(dāng)開關(guān)元件Q1導(dǎo)通時，電容C1上的電荷經(jīng)過開關(guān)元件Q1、第二二極管D2及電感L1放電諧振，由于第二二極管D2具有單向?qū)щ娦?，所以電感L1和電容C1只能振蕩半個周期；當(dāng)開關(guān)元件Q1被強(qiáng)制關(guān)斷時，諧振電路的電流方向換向，使第二二極管D2反向恢復(fù)而產(chǎn)生尖峰電壓，另外，換向后的電流會流過箝位電路D3，由于此時二極管D3正向?qū)?，所以圖10中D點(diǎn)和E點(diǎn)的電壓幾乎相等，從而使第二二極管D2上的尖峰電壓等于輸入電源的電壓，即使第二二極管D2上的尖峰電壓被箝位到輸入電源的電壓Vi，使尖峰電壓大大降低(如圖11所示)，大大降低了第二二極管D2上的損耗，降低了器件應(yīng)力及干擾，并且由于不需要其它的吸收元件，使最小占空比不受限制，擴(kuò)大了該無損吸收電路的應(yīng)用范圍。
請參閱圖12，本發(fā)明的無損吸收電路也可用于單端正激開關(guān)電源。
請參閱圖13，其為本發(fā)明無損吸收電路的第二具體實(shí)施方式
，其與第一實(shí)施方式的區(qū)別在于將二極管D3替換為一個MOSFET管Q2(即金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)，該MOSFET管的漏極接輸入電源的正端，其源極接第二二極管D2的陰極，其柵極可以與其源極連接。該實(shí)施方式利用MOSFET管的體二極管起到箝位第二二極管D2兩端尖峰電壓的作用。
請參閱圖14，其為本發(fā)明無損吸收電路的第三具體實(shí)施方式
，其與第一實(shí)施方式的區(qū)別在于在二極管D3的陰極和輸入電源的正端之間還串接有穩(wěn)壓二極管VD1，該穩(wěn)壓二極管VD1的陽極接輸入電源的正端，其陰極接二極管D3的陰極，通過該穩(wěn)壓二極管的作用，使第二二極管D2兩端的電壓被箝位在一個設(shè)定的電壓值上。
權(quán)利要求
1.一種無損吸收電路，包括第一二極管、第二二極管、電容及電感，第一二極管的陰極用于與輸入電源的正端連接，第一二極管的陽極接電感的一端和電容的一端，電感的另一端與第二二極管的陰極連接，第二二極管的陽極用于與輸入電源的負(fù)端連接，電容的另一端用于與開關(guān)電源的開關(guān)元件連接，其特征在于還包括箝位電路，該箝位電路的一端用于與輸入電源的正端連接，其另一端接第二二極管的陰極，使開關(guān)元件關(guān)斷瞬間，第二二極管上的電壓被箝位在一設(shè)定的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的無損吸收電路，其特征在于所述的箝位電路包括二極管，該二極管的陰極用于與輸入電源的正端耦合，其陽極接第二二極管的陰極。
3.如權(quán)利要求2所述的無損吸收電路，其特征在于所述的箝位電路還包括穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管的陽極用于與輸入電源的正端連接，其陰極與二極管的陰極連接。
4.如權(quán)利要求1所述的無損吸收電路，其特征在于所述的箝位電路包括MOSFET管，該MOSFET管的漏極用于與輸入電源的正端耦合，其源極接第二二極管的陰極。
5.如權(quán)利要求4所述的無損吸收電路，其特征在于所述的箝位電路還包括穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管的陽極用于與輸入電源的正端連接，其陰極與MOSFET管的漏極連接。
6.一種開關(guān)電源，包括無損吸收電路、開關(guān)元件和變壓器，該無損吸收電路包括第一二極管、第二二極管、電容及電感，第一二極管的陰極用于與輸入電源的正端連接，第一二極管的陽極接電感的一端和電容的一端，電感的另一端與第二二極管的陰極連接，第二二極管的陽極用于與輸入電源的負(fù)端連接，電容的另一端接開關(guān)元件的一端，開關(guān)元件的另一端用于接輸入電源的負(fù)端，變壓器原邊的一端用于接輸入電源的正端，其另一端接于電容與開關(guān)元件相接的一端，其特征在于還包括箝位電路，該箝位電路的一端用于接輸入電源的正端，其另一端接第二二極管的陰極，使開關(guān)元件關(guān)斷瞬間，第二二極管上的電壓被箝位在一設(shè)定的電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)電源，其特征在于所述的箝位電路包括二極管，該二極管的陰極用于與輸入電源的正端耦合，其陽極接第二二極管的陰極。
8.如權(quán)利要求7所述的開關(guān)電源，其特征在于所述的箝位電路還包括穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管的陽極用于與輸入電源的正端連接，其陰極與二極管的陰極連接。9.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)電源，其特征在于所述的箝位電路包括MOSFET管，該MOSFET管的漏極用于與輸入電源的正端耦合，其源極接第二二極管的陰極。
10.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)電源，其特征在于所述的箝位電路還包括穩(wěn)壓二極管，該穩(wěn)壓二極管的陽極用于與輸入電源的正端連接，其陰極與MOSFET管的漏極連接。
全文摘要
本發(fā)明無損吸收電路包括第一二極管、第二二極管、電容、電感及箝位電路，第一二極管的陰極與輸入電源的正端連接，第一二極管的陽極接電感的一端和電容的一端，電感的另一端與第二二極管的陰極連接，第二二極管的陽極與輸入電源的負(fù)端連接，電容的另一端接開關(guān)電源的開關(guān)元件，箝位電路的一端接輸入電源的正端，其另一端接第二二極管的陰極，使開關(guān)元件關(guān)斷時，第二二極管上的電壓被箝位于一設(shè)定的電壓。通過箝位電路的設(shè)置，使第二二極管在開關(guān)元件關(guān)斷時產(chǎn)生的尖峰電壓被箝位到輸入電源的電壓，從而降低了尖峰電壓、減少了損耗，降低了器件的應(yīng)力。
文檔編號H02M7/48GK1734918SQ20051002129
公開日2006年2月15日 申請日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月14日
發(fā)明者黃傳東, 易強(qiáng), 顧錦篩, 蔡子海 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司