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CN1547319A - 将有源钳位和辅助电源电路合并的正激电路 - Google Patents

将有源钳位和辅助电源电路合并的正激电路 Download PDF

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刘亚
熊代富
姜熠
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Abstract

本发明涉及一种将有源钳位和辅助电源电路合并的正激电路，包括原边功率电路、副边电路、有源钳位电路和辅助电源电路，所述的原边电路包括主功率MOSFET、变压器原边绕组、输入端电容，所述的副边电路包括变压器副边绕组、整流管、续流管、输出电感和输出端电容，所述的有源钳位电路包括有源钳位MOSFET、有源钳位绕组和一个电容，所述的辅助电源电路包括辅助电源绕组、一个电感、一个电容、一个整流二极管和一个续流二极管，所述的有源钳位绕组和辅助电源绕组为同一绕组。本发明减少了一个辅助绕组的意义不仅是使电路更为紧凑，更为重要的是，变压器的设计更为简单，体积小型化和高功率密度的电源模块也更易于实现。

Description

将有源钳位和辅助电源电路合并的正激电路
技术领域
本发明涉及开关电源领域，尤指采用有源钳位及辅助电源的正激电路，具体地说是一种将有源钳位和辅助电源电路合并的正激电路。
背景技术
随着现代超大规模集成电路尺寸不断减小，速度不断提高，在体积小型化和高功率密度方面对集成电路的电源也随之有了更高的要求。为了达到这两方面的要求，首先必须选择一个高效率、结构简单又易于控制的电路拓扑。其次，从生产制造工艺上考虑设计结构更为紧凑的电源。目前在生产制造工艺方面，各电源厂商普遍采用PCB(电路印刷板)变压器替代传统的变压器。
用第三绕组进行有源钳位的正激电路因具有上述电路拓扑优点而被广泛应用于隔离DC-DC开关电源。该电路包括原边功率电路、副边电路、有源钳位电路和辅助电源电路，所述的原边电路包括主功率MOSFET、变压器原边绕组、输入端电容，所述的副边电路包括变压器副边绕组、整流管、续流管、输出电感和输出端电容，所述的有源钳位电路包括有源钳位MOSFET、有源钳位绕组和一个电容，所述的辅助电源电路包括辅助电源绕组、一个电感、一个电容、一个整流二极管和一个续流二极管。
当主功率MOSFET S1导通时，有源钳位MOSFET S2处于关断状态，辅助电源电路的整流二极管D1导通允许辅助电源绕组上的能量传递到控制电路并同时将一部分能量储存到电感L1中。在主功率MOSFET S1关断期间，控制电路开通有源钳位MOSFET S2复位变压器，而辅助电源电路中整流二极管D1因电压反偏被关断，存储于电感L1中的能量则通过续流二极管D2向控制电路提供能量。
上述正激电路中，有源钳位和控制电路的辅助电源是由完全独立的两部分电路实现的。因此，该电路虽在电气性能上具有一些优点，但由于他包含多个绕组而使其变压器变得很复杂。要实现这样一个复杂的多绕组PCB变压器就需要一个结构复杂的多层PCB，使得电源模块的成本大大提高；更为重要的是，它最终使得体积小型化和高功率密度难以实现。
发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的上述缺陷，提供一种改进型的正激电路，旨在简化电路结构，同时还可降低电路的复杂程度和成本。解决上述问题采用的技术方案是：将有源钳位和辅助电源电路合并的正激电路，包括原边功率电路、副边电路、有源钳位电路和辅助电源电路，所述的原边电路包括主功率MOSFET、变压器原边绕组、输入端电容，所述的副边电路包括变压器副边绕组、整流管、续流管、输出电感和输出端电容，所述的有源钳位电路包括有源钳位MOSFET、有源钳位绕组和一个电容，所述的辅助电源电路包括辅助电源绕组、一个电感、一个电容、一个整流二极管和一个续流二极管，其特征在于所述的有源钳位绕组和辅助电源绕组为同一绕组。
控制电路控制主功率MOSFET和有源钳位MOSFET轮流开和关。当主功率MOSFET S1导通时，辅助绕组的同名端为正，所以整流二极管D1导通，辅助绕组上的能量传递到控制电路并同时将一部分能量储存到电感L1中。在主功率MOSFET S1导通期间，有源钳位MOSFET S2处于关断状态。当主功率MOSFETS1被关断后，变压器原边绕组上的电压反向，副边绕组和辅助绕组上的电压也随之反向。整流二极管D1因电压反偏被关断，存储于电感L1中的能量通过续流二极管D2给控制电路提供能量。在主功率MOSFET S1关断期间，控制电路打开有源钳位MOSFET S2对变压器进行复位。
本发明的正激电路，创造性地将原本相互独立的有源钳位绕组和控制电路的辅助电源绕组由同一个绕组来替代，进而将有源钳位电路和辅助电源合并成一个电路，使得电路结构变得很简单，具有较高的可靠性，并且没有带来任何器件电压和电流应力的增加。辅助绕组的匝数由控制电路所需的偏置电压决定。本发明减少了一个辅助绕组的意义不仅是使电路更为紧凑，更为重要的是，变压器的设计更为简单，体积小型化和高功率密度的电源模块也更易于实现。
本发明同样可以应用于反激电路(尤其适用于要求原副边高压隔离的场合)和正反激电路。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是现有的用第三绕组进行有源钳位的正激电路。
图2图1电路中各点的主要波形。
图3是本发明的将有源钳位和辅助电源电路合并的正激电路。
图4图3电路中各点的主要波形。
图5是本发明的将有源钳位和辅助电源电路合并的反激电路。
图6图5电路中各点的主要波形。
图7是本发明的将有源钳位和辅助电源电路合并的正反激电路。
图8图7电路中各点的主要波形。
具体实施方式
图1所示为现有的用第三绕组进行有源钳位的正激电路，图2为电路中各点的主要波形，其中Vgs1，Vgs2分别为正激电路的主功率MOSFET S1的门极电压波形和有源钳位功率MOSFET S2的门极电压波形；Va和Vb分别为辅助源绕组Na和有源钳位绕组Nb上的电压波形；Vbias为电路的偏置电压。该电路的缺陷此前已描述过，在此不再累述。
参照图3，本发明的正激电路，包括原边功率电路、副边电路、有源钳位电路和辅助电源电路，所述的原边电路包括主功率MOSFET S1、变压器原边绕组Np、输入端电容Cin，所述的副边电路包括变压器副边绕组Ns、整流管S4、续流管S3、输出电感Lo和输出端电容Co，所述的有源钳位电路包括有源钳位MOSFET S2、有源钳位绕组Nc和一个电容C1，所述的辅助电源电路包括辅助电源绕组Nc、一个电感L1、一个电容C2、一个整流二极管D1和一个续流二极管D2，图中可见，所述的有源钳位绕组和辅助电源绕组为同一绕组Nc。
上述电路的基本工作原理如下：
控制电路控制主功率MOSFET S1和有源钳位MOSFET S2轮流开和关。在[t0，t1]期间，主功率MOSFET S1导通，辅助绕组Nc的同名端为正，所以二极管D1导通，辅助绕组Na上的能量传递到控制电路并同时将一部分能量储存到电感L1中。在主功率MOSFET S1导通期间，有源钳位MOSFET S2处于关断状态，有源钳位MOSFET S2上的电压如图4所示。在t＝t1时，主功率MOSFET S1被关断。原边绕组Np上的电压反向，副边绕组Ns和辅助绕组Nc上的电压也随之反向。二极管D1因电压反偏被关断，存储于电感L1中的能量通过续流二极管D2给控制电路提供能量。在主功率MOSFET S1关断期间，控制电路打开有源钳位MOSFET S2对变压器进行复位。

Claims (1)

1、将有源钳位和辅助电源电路合并的正激电路，包括原边功率电路、副边电路、有源钳位电路和辅助电源电路，所述的原边电路包括主功率MOSFET(S1)、变压器原边绕组(Np)、输入端电容(Cin)，所述的副边电路包括变压器副边绕组(Ns)、整流管(S4)、续流管(S3)、输出电感(Lo)和输出端电容(Co)，所述的有源钳位电路包括有源钳位MOSFET(S2)、有源钳位绕组和一个电容(C1)，所述的辅助电源电路包括辅助电源绕组、一个电感(L1)、一个电容(C2)、一个整流二极管(D1)和一个续流二极管(D2)，其特征在于所述的有源钳位绕组和辅助电源绕组为同一绕组(Nc)。
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