專利名稱：用于反激式開關電源的無損吸收電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于反激式開關電源的集無損吸收和輔助電源為一 體的電路。
背景技術：
基本的反激式電源電路(見圖l)，在反激式開關電源中，由于變壓器
漏感的存在及其它分布參數的影響，在電源工作中開關管Q1的關斷瞬間會 產生很大的尖峰電壓Vdamp，見圖2開關管Ql關斷過程中漏極的電壓波形。 這個尖峰電壓Vclamp嚴重威脅著開關管Ql的正常工作，影響整個系統的運 行穩定和安全，并產生EMI問題，必須采取措施對其進行柑位或者吸收。 目前，有很多種方法可以實現這個目的，其中的RCD吸收裝置以其結構簡 單，成本低廉的特點而得以廣泛應用，如圖3為RCD吸收基本電路，圖中 陰影部分為RCD吸收部分，Lpril為變壓器初級電感，Llr為變壓器漏感。 該裝置工作過程如下當控制器控制開關管M1導通時，變壓器初級線圈 Lpril、變壓器漏感Llr中的電流逐漸增加，能量存儲在變壓器初級電感Lpril 和變壓器漏感Llr中；當開關管M1關閉時，Lpril中的能量將轉移到副邊輸 出，但變壓器漏感Llr中的能量不會傳遞到副邊，如果沒有RCD吸收裝置， 變壓器漏感Llr中的能量5LI、L指漏感，I指開關管關斷前流過的最大電流) 將會在開關管M1關斷瞬間轉移到開關管M1的漏源極間電容和開關管M1 漏級的雜散電容中，這個能量被分布電容吸收，根據電容中的能量規則
3三cu2，因為這些分布電容的容量非常小，所以分布電容會產生非常高的
電壓，從而使開關管M1的漏極產生非常高的尖峰電壓，即圖2中的Vclamp。
而開關管Ml承受的電壓應力為Vc+Vor+Vin，其中Vc為電容上產生的尖峰 Np
電壓，Vor=^Vout， Np:初級線圈匝數，Ns:次級線圈匝數，Vout:輸出 電壓。若加上RCD吸收裝置后，其中的電容C2容量遠大于分布電容，變 壓器漏感Llr中的大部分能量將在開關管Ml關斷瞬間轉移到柑位電路的柑 位電容C2上，根據電容儲能的公式，能量不變的情況下，電容C和電壓的 平方112成反比，所以容量大的電容產生的尖峰電壓較低，然后這部分能量 被柑位電阻RO消耗，為下次吸收做準備，這樣在開關管M1關斷過程中就 大大減少了開關管M1的電壓應力。
如上所述，RCD吸收裝置緩解開關管Ml的高壓應力，是通過把變壓 器漏感Llr能量消耗在柑位電阻R0上來完成的，這造成了這一部分能量的 浪費，在吸收漏感能量時要得到較好的吸收效果，即讓尖峰電壓Vclamp 的尖峰較小，這樣就的使柑位電容C2的取值要足夠大，并且要把每次吸 收的能量由柑位電阻R0消耗了，由于柑位電容C2的能量為 W「5cU2^三C24Vclamp2，所以要取得越好的效果電容C2的取值就偏大， 這樣損耗越多。為了減少功率損失，還可以使用如圖4所示的無損吸收電 路。
如圖4所示的無損吸收電路也是把對開關管M2關斷時由變壓器漏感 的能量吸收起來，并回饋到輸入或者輸出中，該裝置工作過程如下當控 制器控制開關管M2關斷時，開關管M2的漏極電壓迅速上升，電容C3 開始充電，吸收漏感中的能量，減緩開關管M2漏極的dV/dT。電容C3 充電一直到開關管M2關斷后漏感的能量被吸收完為止，此時電容C3兩端電壓A點為正，B點為負，穩定后電容C3兩端的電壓值為VOR，當控 制器控制開關管M2再次開通后，電容C3的右端引腳A點的電位下降為 0，由于電容C3左端比右端的電壓高，其電壓差為VOR，所以開關管M2 剛開通時，電容C3左端引腳的電壓下降為-VOR，引起D4導通，那么電 容C3通過二極管D4和電感Ll形成諧振，能量在電感Ll和電容C3之間 發生轉移，能量先由電容C3放電轉移至電感L1，由于電感L1電流的可 持續性，電容C3放電完成后再由電感L1釋放能量對C3充電，直至電感 Ll中的能量再次轉移到電容C3，經過諧振過程的半個周期，電容C3上的 電壓由+VOR轉化為0再轉化為-VOR，如圖6、 7所示為無損吸收電路在 開關管導通時LC諧振半個周期的電容C3、電感L1上的電壓變化過程， 也就是說在開關管導通電感L1，電容C3半個諧振周期后，電容C3的電 壓改變了方向，為下次吸收漏感能量做準備，此時電容C3充電完成后其 兩端的電壓情況為A為負，B為正。由于二極管的單向導通性，二極管 D4截止，能量保存在電容C3中。當開關管M2再次關斷時，當B點電壓 大于輸入電壓時，二極管D5導通，電容C3放電，其中的能量回饋到變壓 器線圈中，當電容C3中的能量釋放完畢后再次對其充電，吸收變壓器漏 感中的能量，隨著控制器的控制動作，無損吸收電路重復這樣的周期。在 吸收電路中多為非耗能器件，不產生損耗，只在二極管D4，開關管M2 以及其他一些寄生元件上產生少量的能量損失。由于無損吸收電路不產生 能量損耗，所以可以用更大的吸收電容C3來緩沖開關過程，減小EMI干 擾，有利系統的穩定，并且最大限度的減少了能量損耗。
無損吸收電路有很多優點但目前還無法普及使用，是因為其使用需要 有限制條件，在前面的分析過程中，電容C3的電壓在開關管M2開通后從A正B負轉到B正A負需要一個時間過程，為電容C3和電感L1的諧 振周期的一半，要求開關管的導通時間大于這個時間，如果開關管不能 滿足這個要求，開關管M2在電容C3和電感Ll之間能量轉化完成之前關 閉，那么電容C3、電感L1的諧振回路被關閉，那么電感L1的能量還沒 有完全轉移至電容C3，造成電感L1中有能量累積，由于電感L1上的電 流不能瞬間為零，造成電感L1能量無處釋放，電感L1上會形成很大的沖 擊電壓，從而容易造成對開關管M2等器件擊穿或毀壞。由于反激式變換 器通過控制芯片或控制電路控制開關管M2的開通與關斷，當次級負載變 化使得開關管M2導通時間需求不一致，大部分控制芯片組成的反激式開 關電源在不同工作過程不能全部保證這個條件，所以無法使用這個無損吸 收電路。另一方面，在反激式開關電源中，通常需在變壓器中增加輔助線 圈來解決控制芯片的供電問題，如圖7所示，輔助線圈Las與初級線圈Lpri4 同相，作為輔助電源來給控制電路供電。輔助線圈Las可以與初級線圈 Lpri4同相，也可以和它反相。開關管M3開關一次，則輔助線圈給電容 C4供電一次，反復補充能量，以保證控制模塊工作電源在正常的工作區間 內。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種用于反激式開關 電源的無損吸收電路，它能在發揮無損吸收裝置優點的同時，充分利用無 損吸收電路中的能量，節省了輔助電源，簡化了電路，減小了損耗。
實現上述目的技術方案是 一種用于反激式開關電源的無損吸收電 路，包括一上端管腳與變壓器初級線圈串聯的開關管M2、 一連接在開關 管M2控制腳的用于控制開關管M2工作的控制芯片及一由第一電感 LOA、第一二極管D0、第一電容C0和第二二極管D1構成的用于吸收開關管M2在關斷瞬間產生的尖峰電壓的無損吸收回路，該無損吸收回路中 的第二二極管Dl、第一二極管DO和第一電感LOA依次串聯連接后與串 聯連接的變壓器初級線圈和開關管M2并聯后連接在直流電源VDC的正 負兩極端上，所述第一電容CO的兩端分別連接在第一二極管DO和第二二 極管Dl之間的結點及變壓器初級線圈和開關管上端管腳之間的結點上， 還包括一由第一電感LOA、第三二極管D2和第二電容Cl構成的用于吸 收無損吸收回路產生的能量并給控制芯片提供輔助電源的供電回路，該供 電回路的第三二極管D2的正負極端分別連接在無損吸收回路中第一電感 LOA與第一二極管DO之間的結點及控制芯片的電源輸入端VDD上，所 述第二電容Cl的兩端分別連接在控制芯片的電源輸入端VDD和工作地端 上，該工作地端為直流電源VDC的負極端。
上述的用于反激式開關電源的無損吸收電路，其中，所述無損吸收回 路還包括一串聯連接在第一電感LOA和第一二極管DO之間的第二電感 IX)B。
上述的用于反激式開關電源的無損吸收電路，其中，所述供電回路還 包括一連接在第三二極管D2的負極端和控制芯片的電源輸入端VDD之間 的限流電阻R1。
上述的用于反激式開關電源的無損吸收電路，其中，所述供電回路還 包括一并聯連接在第二電容C1兩端的穩壓二極管D3。
由于采用了本發明的用于反激式開關電源的無損吸收電路的技術方 案，即本發明在現有技術的無損吸收電路的基礎上進行了改進，在原來無 損吸收電路的基礎上增加能量吸收器件，吸收電感上的能量，利用其中的 能量作為輔助電源，把無損吸收電路用做控制芯片供電，既消除了無損吸 收使用中可能出現的問題和危害，又可以在實現無損吸收所有優點的情況 下實現了輔助電源并消除了無損吸收使用的限制條件，可以使無損吸收電 路被廣泛地使用。在獲得無損吸收電路所有節能和低EMI干擾的優點的同 時解決了輔助電源功能。擴展了無損吸收電路的功能，在發揮無損吸收優 勢的同時，充分利用無損吸收電路中的能量，節省了輔助電源，簡化了電 路，減小了損耗。
圖1為基本的反激式電源電路原理圖2為基本的反激式電源電路中開關管關斷過程中漏極電壓的變化曲 線圖3為現有技術的RCD吸收裝置的電路原理圖； 圖4為現有技術的無損吸收裝置的電路原理圖5、 6分別為無損吸收裝置在開關管導通時電感L和電容C諧振半
個周期的電容C3、電感L1上的電壓變化曲線圖7為現有技術對反激式電源電路中控制芯片供電的電路原理圖； 圖8為本發明的用于反激式開關電源的無損吸收電路的第一種實施例
的原理圖9為本發明的用于反激式開關電源的無損吸收電路在開關管導通時 電感L和電容C諧振半個周期的第一電容C0、第一電感L0A上的電壓變 化曲線圖10為本發明的用于反激式開關電源的無損吸收電路的第二種實施 例的原理圖11為本發明的用于反激式開關電源的無損吸收電路的第三種實施 例的原理圖12為本發明的用于反激式開關電源的無損吸收電路的第四種實施 例的原理圖。
具體實施例方式
為了能更好地對本發明的技術方案進行理解，下面通過具體地實施例 并結合附圖進行詳細地說明
請參閱圖8，本發明的第一種用于反激式開關電源的無損吸收電路， 包括一上端管腳與變壓器初級線圈Lpril串聯的開關管M2、一連接在開關 管M2控制腳的用于控制開關管M2工作的控制芯片、 一無損吸收回路和 一供電回路，其中，M2可以是MOS管，也可以用三極管，或其他的開 關器件，無損吸收回路由第一電感L0A、第一二極管D0、第一電容C0和第二二極管D1構成，用于吸收開關管M2在關斷瞬間產生的尖峰電壓， 該無損吸收回路中的第二二極管Dl、第一二極管D0和第一電感LOA依 次串聯連接后與串聯連接的變壓器初級線圈Lpril和開關管M2并聯后連 接在直流電源VDC的正負兩極端上，而無損吸收回路中的第一電容CO的 兩端分別連接在第一二極管D0和第二二極管D1之間的結點及變壓器初級 線圈Lpril和開關管M2上端管腳之間的結點上。供電回路由第一電感 LOA、第三二極管D2和第二電容C1構成，用于吸收無損吸收回路產生的 能量并給控制芯片提供輔助電源，該供電回路的第三二極管D2的正負極 端分別連接在無損吸收回路中第一電感LOA與第一二極管D0之間的結點 及控制芯片的電源輸入端VDD上，供電回路的第二電容Cl的兩端分別連 接在控制芯片的電源輸入端VDD和工作地端上，該工作地端為直流電源 VDC的負極端。
本發明的第二種用于反激式開關電源的無損吸收電路，請參閱圖10， 無損吸收回路還包括一串聯連接在第一電感LOA和第一二極管D0之間的 第二電感LOB。其作用是通過調節無損吸收電路第一電感L0A和第二電 感L0B的相對大小來調節給第二電容C1提供能量的大小。
本發明的第三種用于反激式開關電源的無損吸收電路，請參閱圖11， 供電回路還包括一連接在第三二極管D2的負極端和控制芯片的電源輸入 端VDD之間的可調電阻大小的限流電阻Rl，其作用也是通過調節此限流 電阻R1的大小來調節供給第二電容C1的能量大小。
本發明的第四種用于反激式開關電源的無損吸收電路，請參閱圖12 供電回路還包括一并聯連接在第二電容C1兩端的穩壓二極管Z1，其作用 是穩定控制芯片電源供給能量。
上述的用于反激式開關電源的無損吸收電路的工作原理是在控制芯 片內部或者外部，第二電容C1和一個穩壓二極管Z1并聯用于限制工作電 壓。在開關管M2開通期間，第一電感LOA將和第一電容CO形成諧振， 能量在第一電感LOA和第一電容CO間轉移，其電壓變化如圖9所示，第 一電感L0A的端電壓初始是正弦電壓，當第一電感L0A端電壓呈正弦波 形上升到足以使第三二極管D2導通后，第一電感L0A將給第二電容Cl提供能量，就像輔助線圈提供能量一樣，由于第二電容Cl儲能作用，第 一電感L0A的電壓將被柑位在Vcl。開關管M2每開關一次，第一電感 L0A提供一次能量給第二電容Cl，這樣就避免了無損吸收電路中能量在 第一電感L0A中累積而擊穿開關管M2的可能，在無損吸收緩解開關管 M2關斷時漏極電壓應力的同時，節省了輔助電源，簡化了電路，節省了 能源。
本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說 明本發明，而并非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍 內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求書范圍內。
權利要求
1. 一種用于反激式開關電源的無損吸收電路，包括一上端管腳與變壓器初級線圈串聯的開關管M2、一連接在開關管M2控制腳的用于控制開關管M2工作的控制芯片及一由第一電感LOA、第一二極管D0、第一電容C0和第二二極管D1構成的用于吸收開關管M2在關斷瞬間產生的尖峰電壓的無損吸收回路，該無損吸收回路中的第二二極管D1、第一二極管D0和第一電感LOA依次串聯連接后與串聯連接的變壓器初級線圈和開關管M2并聯后連接在直流電源VDC的正負兩極端上，所述第一電容C0的兩端分別連接在第一二極管D0和第二二極管D1之間的結點及變壓器初級線圈和開關管M2上端管腳之間的結點上，其特征在于，還包括一由第一電感LOA、第三二極管D2和第二電容C1構成的用于吸收無損吸收回路產生的能量并給控制芯片提供輔助電源的供電回路，該供電回路的第三二極管D2的正負極端分別連接在無損吸收回路中第一電感LOA與第一二極管D0之間的結點及控制芯片的電源輸入端VDD上，所述第二電容C1的兩端分別連接在控制芯片的電源輸入端VDD和工作地端上，該工作地端為直流電源VDC的負極端。
2. 根據權利要求1所述的用于反激式開關電源的無損吸收電路，其特征在于， 所述無損吸收回路還包括一串聯連接在第一電感LOA和第一二極管DO之間的第 二電感LOB。
3. 根據權利要求l所述的用于反激式開關電源的無損吸收電路，其特征在于， 所述供電回路還包括一連接在第三二極管D2的負極端和控制芯片的電源輸入端 VDD之間的限流電阻R1。 *
4. 根據權利要求1所述的用于反激式開關電源的無損吸收電路，其特征在于， 所述供電回路還包括一并聯連接在第二電容Cl兩端的穩壓二極管Zl。
全文摘要
本發明公開了一種用于反激式開關電源的無損吸收電路，包括一上端管腳與變壓器初級線圈串聯的開關管、一連接在開關管控制腳的用于控制開關管工作的控制芯片及一由第一電感、第一二極管、第一電容和第二二極管構成的無損吸收回路，還包括一由第一電感、第三二極管和第二電容構成的用于吸收無損吸收回路產生的能量并給控制芯片提供輔助電源的供電回路，該供電回路的第三二極管的正負極端分別連接在無損吸收回路中第一電感與第一二極管之間的結點及控制芯片的電源輸入端VDD上，所述第二電容的兩端分別連接在控制芯片的電源輸入端VDD和直流電源VDC的負極端上。本發明的無損吸收電路充分利用無損吸收電路中的能量，節省了輔助電源，并消除了無損吸收電路應用中的限制條件。
文檔編號H02M3/24GK101453167SQ20071017121
公開日2009年6月10日 申請日期2007年11月29日 優先權日2007年11月29日
發明者任善華, 喻明凡, 林新春 申請人:上海辰蕊微電子科技有限公司