CN104201874B - 一种开关电源输出整流管的无损吸收电路及开关电源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关电源输出整流管的无损吸收电路，包括电容、第一二极管、第二二极管和电感；电容的一端连接开关电源整流电路的正极输出端，另一端连接第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接开关电源整流电路的负极输出端；第二二极管的阳极连接第一二极管的阴极，第二二极管的阴极连接电感的一端；电感的另一端连接输出电容与输出电感的相接点。本发明利用电容吸收变压器漏感和电路中杂散电感的等效电感上的大部分能量，使得整流二极管上的电压尖峰被钳位，同时通过电感有效抑制了吸收电路中的冲击电流，防止出现较大的电流尖峰，整个电路结构简单，有效保证电源的效率和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种开关电源输出整流管的无损吸收电路及开关电源。
背景技术
在常规的正激、半桥、全桥等电路中，输出整流二极管工作在硬开关状态，由于变压器漏感以及整流二极管串联电感的存在，在二极管关断时会产生尖峰电压，尤其是输出电压比较高的情况下，该尖峰电压可能会导致二极管过压击穿。下面以全桥整流电路为例进行说明，当变压器副边电压为零时，全桥整流电路的四个二极管全部导通，输出滤波电感电流处于自然续流状态；而当变压器副边电压变化为高电压时，全桥整流电路中有两只二极管要关断，两只二极管继续导通，这时变压器漏感和二极管串联寄生电感的等效电感Lip就开始与二极管结电容Cp产生振荡，在二极管关断瞬间会产生很高的反向电压尖峰，可能导致二极管过压击穿。
为了减小整流二极管上的尖峰电压，一种措施是加RC吸收电路，如图1所示电路，在每个二极管上并联一个电阻R和电容C的串联支路。电阻R的作用是产生阻尼，吸收电压尖峰的谐振能量；电容C的作用是为电阻R阻尼提供能量通道，C的大小决定吸收程度。在二极管反向关断时，变压器漏感和二极管串联寄生电感的等效电感Lip中的能量对二极管结电容充电，同时还通过吸收电阻R对吸收电容C充电。电容C越大，电容C上的电压就越小，即二极管上的尖峰电压就越小。当二极管快速正向导通时，电容C通过电阻R放电，大部分能量将消耗在电阻R上。RC吸收电路虽然能够有效抑制二极管的反向电压尖峰，但它是有损耗的，损耗的功率近似为Ps＝Fs×C×Vclamp×Vclamp，其中Fs表示二极管的开关频率；C表示吸收电容的容量；Vclamp表示钳位电压的大小。吸收电容越大，吸收电阻上的损耗越大，吸收电阻必须选择功率较大的电阻，这样会影响电源的小型化和效率。
为了减小二极管上的尖峰电压，另一种措施是加RCD吸收电路，如图2所示电路。RCD吸收电路工作原理如下，以输出电感工作在连续模式为例进行分析：
第一阶段，变压器副边电压为零时，整流电路的4个二极管D1、D2、D3、D4作为输出电感的续流二极管，均处于导通状态，钳位电容C1上的电压等于输出电压Vo；
第二阶段，变压器T1副边电压变化为高电压Vs(上正下负)，D1、D4继续导通，D2、D3关断，变压器漏感和二极管串联寄生电感的等效电感Lik与D2、D3的结电容Cp进行谐振，当二极管D2阴极电压达到电源输出电压时，钳位二极管D5导通，电容C1参与谐振，由于电容C1容量比结电容Cp大得多，所以电容C1上电压略有增加，因此二极管D2、二极管D3的电压被电容C1钳位，Lik与Cp、C1的谐振很快结束，二极管D2、二极管D3以及电容C1的电压稳定在变压器的副边输出电压Vs；
第三阶段，变压器T1副边电压变化为零，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4均导通，为输出电感续流，二极管D5关断，电容C1通过电阻R1将吸收的一部分能量回馈给输出，另外一部分能量损耗在电阻R1上，电容C1很快就结束放电，电容C1电压稳定在输出电压Vo；
第四阶段，变压器T1副边电压变化为高电压-Vs(下正上负)，该状态下的工作原理与变压器T1副边电压变化为高电压Vs(上正下负)时一样，在此不再赘述。
以上就是一个周期的工作状态分析，由此可见，RCD吸收电路也是有损耗的，大部分功率还是损耗在电阻上，损耗的功率近似为Ps＝Fs×C×(Vs×Vs-Vo×Vo)，但损耗的功率相比RC吸收电路要小一些。
综上所述，RC、RCD吸收电路虽然均能减小整流二极管上的尖峰电压，但都存在一定损耗，不利于保证电源效率。
发明内容
为解决现有技术RC吸收和RCD吸收电路存在损耗的问题，本发明提供一种开关电源输出整流管的无损吸收电路及开关电源，其目的在于，既抑制输出整流二极管的尖峰电压，又实现无损吸收，充分保证电源效率。
一种开关电源输出整流管的无损吸收电路，包括电容、第一二极管、第二二极管和电感；
电容的一端连接开关电源整流电路的正极输出端，另一端连接第一二极管的阴极；
第一二极管的阳极连接开关电源整流电路的负极输出端；
第二二极管的阳极连接第一二极管的阴极与电容的相接点，第二二极管的阴极连接电感的一端；
电感的另一端连接开关电源整流电路的输出电感与输出电容的连接点。
进一步地，所述电容为一个电容或由多个电容串联或并联而成，第一二极管、第二二极管为一个二极管或由多个二极管串联或并联而成。
一种开关电源，包括整流电路、输出电感和输出电容，还包括所述的无损吸收电路。
本发明的技术效果体现在：
本发明通过吸收电容优化钳位电压，避免整流二极管承受较大的电压尖峰；通过电感优化吸收电路中的电流大小，避免吸收电路承受较大的电流尖峰。应用本发明能很好地抑制输出整流二极管的尖峰电压，并实现无损吸收，解决了现有技术RC吸收和RCD吸收电路存在损耗的问题，有效保证电源效率和可靠性。
附图说明
图1是现有技术RC吸收电路图；
图2是现有技术RCD吸收电路图；
图3是本发明提供的一种开关电源输出整流管的无损吸收电路图；
图4是本发明提供的一种开关电源输出整流管的无损吸收电路工作时序图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明一种开关电源输出整流管的无损吸收电路如图3所示，包括第一电容C1、第一二极管D5、第二二极管D6和第二电感L2，开关电源整流电路的正极输出端依次连接第一电容C1、第一二极管D5的阴极、第一二极管D5的阳极和开关电源整流电路的负极输出端；开关电源整流电路的输出电容与输出电感的相接点依次连接电感L2、第二二极管D6的阴极、第二二极管D6的正极和第一二极管D5的阴极。
采用上述无损吸收电路的开关电源，包括由一个变压器T1和四个二极管D1、D2、D3、D4组成的整流电路100、一个输出电感L1、一个输出电容C2以及上述无损吸收电路。
采用本发明无损吸收电路的开关电源的工作时序及波形如图4所示，下面对各状态进行分析。
其中，Lik表示变压器T1漏感与其它杂散电感的等效电感；Vs表示变压器T1的副边电压；C点为电源输出正极；D点为电源输出负极；VA表示A点对输出负极的电压，VB表示B点对输出负极的电压；VAB表示吸收电容C1上的电压；Vo表示电源的输出电压,即C、D两点间的电压。
正半周工作时序如下：
T0时刻,变压器T1的副边电压变为高电平(上正下负)，二极管D1、D4导通，二极管D2、D3、D5、D6关断。Lik与D2、D3、D5、D6的结电容以及C1、Lik谐振，由于C1远大于整流电路中二极管D2和D3的结电容，所以VA、VB电压迅速上升，而C1上的电压VAB几乎没有增大。
T1时刻，VB电压上升至输出电压Vo，D6导通，D2、D3、D5还是处于关断状态。由于C1远大于D2、D3的结电容，并且L2取值较小，因此漏感中的能量大部分被C1吸收，C1电压VAB逐渐增大。L2的主要作用是抑制吸收电路中的电流，防止出现电流尖峰，导致器件损坏。
T2时刻，D6关断，D2、D3、D5仍然处于关断状态。Lik、C1、L2谐振结束，VAB达到最高电压Vclamp，VA达到最高电压VAmax＝Vclamp+Vo。在T2-T3时间段，VAB保持在Vclamp，而Lik、L2还会与二极管的结电容继续谐振，由于能量较小，所以振幅较小。
T3时刻，变压器副边电压变为零，D5导通，D2、D3、D6处于关断状态，C1吸收的尖峰能量通过L1、D5回馈给输出，VA电压开始下降。
T4时刻，C1电压下降至零，L1、C2上存储的能量给负载供电。
T5时刻，变压器T1的副边电压再次变为高电平(下负上正)，开始负半周工作，负半周与正半周的工作原理一样。
通过改变吸收电容C1的大小可以优化钳位电压，避免整流二极管承受较大的电压尖峰；通过改变电感L2的大小可以优化吸收电路中的电流大小，避免吸收电路承受较大的电流尖峰。
所述电容为一个电容或由多个电容串联或并联而成，第一二极管、第二二极管为一个二极管或由多个二极管串联或并联而成。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种开关电源输出整流管的无损吸收电路，其特征在于，包括电容、第一二极管、第二二极管和电感；
电容的一端连接开关电源整流电路的正极输出端，另一端连接第一二极管的阴极；第一二极管的阳极连接开关电源整流电路的负极输出端；第二二极管的阳极连接第一二极管的阴极与电容的相接点，第二二极管的阴极连接电感的一端；电感的另一端连接开关电源整流电路的输出电感与输出电容的连接点，其中，输出电感的一端连接开关电源整流电路的正极输出端，输出电感的另一端连接输出电容的一端，输出电容的另一端连接开关电源整流电路的负极输出端。
2.如权利要求1所述的一种开关电源输出整流管的无损吸收电路，其特征在于，所述电容为一个电容或由多个电容串联或并联而成，第一二极管、第二二极管为一个二极管或由多个二极管串联或并联而成。
3.一种开关电源，包括整流电路、输出电感和输出电容，其特征在于，还包括权利要求1或2所述的无损吸收电路：所述整流电路的正极输出端与所述无损吸收电路的正极输入端连接，所述整流电路的负极输出端与所述无损吸收电路的负极输入端连接，所述输出电感的一端与所述整流电路的正极输出端连接，所述输出电感的另一端与所述无损吸收电路的输出端连接，所述输出电容的一端与所述无损吸收电路的输出端连接，所述输出电容的另一端与所述整流电路的负极输出端连接。
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