专利名称：开关电源及其无损吸收电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源领域。
背景技术：
请参阅图1，其为一种单端反激开关电源的基本电路，在该电路中，通过控制开关Q1的通断将输入的直流电压斩波为交变的方波电压，通过变压器耦合到副边再经过整流二极管D整流而得到变换后的电压。但是该种电路存在如下缺点由于变压器存在漏感，且实际电路中存在杂散电感，因此开关Q1在切断时会在漏感和杂散电感上产生感应电压，从而容易使开关过压而损坏。
为了降低开关上的电压应力，在实际电路中都会在开关器件上增加吸收或缓冲电路，该种吸收电路如图2所示，其由电容C1、二极管D1、D2及电感L1组成，该电路具有三个接口A’、C’、B’，该三个接口分别连接输入电源的正、负端及主开关。
请结合参阅图3至图6，其为一种采用上述吸收电路的单端反激变换器。该单端反激变换器的工作过程如下1)当开关Q1关断时，由于变压器T1原边的电流继续维持原来的方向流动，电流Ip经过C1、D1返回，对电容C1充电，使C1的电压逐渐升高。C1电压下正上负，其最终的电压等于变压器T1副边折射电压与漏感Lr产生电压之和，其电压的表达式如下UC1=n*Vo+Ip*LrC1]]>其中Lr为变压器原边的等效漏感。开关Q1上的最高电压等于输入电源电压与Uc1之和，即UQ1＝Ui+Uc1，从而实现了箝制开关Q1峰值电压的目的；2)当Q1导通时，C1、Q1、D2、L1形成闭合回路，C1中存储的能量向L1中转移，回路为LC谐振电路性质，电流Ic呈正弦波，其峰值Ic为Ic=UC1*C1L1]]>当C1两端的电压变为0时，流过L1的电流最大，即C1中的能量全部转移到L1中；3)当Q1继续维持导通，电感L1存储的能量又返回C1，但C1的电压与先前的方向相反，为上正下负，当C1两端的电压升高到与输入电压Vin相等时，L1中存储的多余能量经过D1返回电源中，整个吸收过程结束，当Q1再次关断时又重复步骤1)。步骤2)和步骤3)转移能量所需要的时间总计为Td=πL1*C1]]>在上述过程的分析有两个假设，第一，把吸收电路所有的器件视为理想器件；第二，假设开关Q1导通的时间大于吸收电路的谐振时间Td，这样二极管D2在L1电流变为0之后才会自然关断。
但是在实际电源电路中，当输入电压处于高端或负载很小时，往往出现开关Q1导通时间小于吸收电路谐振时间的情况，此时二极管D2就会出现反向恢复，既而产生很高的尖峰电压，其分析过程如下当Q1导通时间小于吸收电路谐振时间Td时，电容C1两端的电压尚未反向，L1中尚存在电流。因此在Q1关断的瞬间，图7中a点的电压将产生跃变，二极管D2承受反向电压被硬关断，由于D2与L1串联，反向恢复电流在电感上将产生很高的尖峰电压，其波形如图8所示。
如果没有反向恢复现象，则D2承受的最高反向电压为Vi，考虑到反向恢复问题，设D2的反向恢复电流变化率为di/dt，则D2最高电压为UD2＝Vi+L2*di/dt一般情况下，UD2至少为输入电压的3倍。
在这种情况下，D2的损耗也大大增加了，降低了无损吸收电路的性能，为了解决这个问题，需要选择耐压高和开关速度快的二极管，但根据二极管特性，二极管耐压越高则开关速度越慢，这两个要求是相互矛盾的，使该电路的应用范围受到限制。为了解决这个矛盾，就需要一方面选择高性能的二极管，另一方面则需要控制开关Q1的最小导通时间，使之始终大于L1、C1、D2回路的谐振时间Td，即 但这样会导致电源调整范围变小，同时由于最小占空比不能为0，电源也不能空载，限制了应用范围。
发明内容本发明的目的在于提供一种能降低尖峰电压、减少损耗及能降低器件应力的无损吸收电路。
本发明的目的是这样实现的该无损吸收电路包括第一二极管、第二二极管、电容及电感，第一二极管的阴极用于与输入电源的正端连接，第一二极管的阳极接电感的一端和电容的一端，电感的另一端与第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极用于与输入电源的负端连接，电容的另一端用于与开关电源的开关元件连接，其特征在于还包括箝位电路，该箝位电路的一端用于与输入电源的正端连接，其另一端接第二二极管的阴极，使开关元件关断瞬间，第二二极管上的电压被箝位在一设定的电压。
所述的箝位电路包括二极管，该二极管的阴极用于与输入电源的正端耦合，其阳极接第二二极管的阴极。
所述的箝位电路还包括稳压二极管，该稳压二极管的阳极用于与输入电源的正端连接，其阴极与二极管的阴极连接。
所述的箝位电路包括MOSFET管，该MOSFET管的漏极用于与输入电源的正端耦合，其源极接第二二极管的阴极。
所述的箝位电路还包括稳压二极管，该稳压二极管的阳极用于与输入电源的正端连接，其阴极与MOSFET管的漏极连接。
一种开关电源包括无损吸收电路、开关元件和变压器，该无损吸收电路包括第一二极管、第二二极管、电容及电感，第一二极管的阴极用于与输入电源的正端连接，第一二极管的阳极接电感的一端和电容的一端，电感的另一端与第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极用于与输入电源的负端连接，电容的另一端接开关元件的一端，开关元件的另一端用于接输入电源的负端，变压器原边的一端用于接输入电源的正端，其另一端接于电容与开关元件相接的一端，其特征在于还包括箝位电路，该箝位电路的一端用于接输入电源的正端，其另一端接第二二极管的阴极，使开关元件关断瞬间，第二二极管上的电压被箝位在一设定的电压。
与现有技术相比，本发明具有如下优点由于现有的无损吸收电路中将第二二极管视为理想器件，而忽略其反向恢复特性，而本发明则针对其反向恢复特性而设置箝位电路，在开关元件关断的瞬间，即使第二二极管反向恢复而产生尖峰电压，也会由于该箝位电路的作用使该第二二极管两端的电压被箝位在设定的电压上，从而降低了尖峰电压，减少了损耗并降低了器件的应力，而且降低了对二极管的选择要求；同时，由于箝位电路的存在，即使开关元件的导通时间小于谐振电路的谐振时间，在开关元件关断的瞬间，第二二极管因为反向恢复而产生的尖峰电压也会被箝位在设定的电压上，从而不必限定开关元件的导通时间与谐振时间的大小关系，从而扩大了电源的调整范围，使最小占空比能为0且电源也能空载，扩大了该开关电源的应用范围。
图1是一种现有的开关电源的基本电路图。
图2是一种现有的无损吸收电路的电路图。
图3是一种采用现有无损吸收电路的单端反激开关电源的电路图。
图4至图6分别是现有的单端反激开关电源在开关关断、导通及持续导通过程的电路图。
图7是分析现有无损吸收电路产生尖峰电压的电路图。
图8是现有无损吸收电路在反向恢复时的波形图。
图9是本发明无损吸收电路的电路图。
图10是采用本发明无损吸收电路的开关电源的电路图。
图11是反向恢复时的波形图。
图12是具有本发明无损吸收电路的单端正激开关电源的电路图。
图13是本发明无损吸收电路的第二具体实施方式
的电路图。
图14是本发明无损吸收电路的第三具体实施方式
的电路图。
具体实施方式请参阅图9至图11，本实施方式的无损吸收电路应用于单端反激开关电源，该无损吸收电路具有三个接口端A、C、B，该三个接口端A、C、B分别接输入电源的正端、输入电源的负端及开关元件。该无损吸收电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、箝位电路D3、电容C1及电感L1。第一二极管D1的阴极与输入电源的正端连接，第一二极管D1的阳极接电感L1的一端和电容C1的一端，电感L1的另一端与第二二极管D2的阴极连接，第二二极管D2的阳极与输入电源的负端连接(或接地)，电容C1的另一端用于接开关元件Q1。箝位电路D3的一端接输入电源的正端，其另一端接第二二极管D2的阴极。该单端反激开关电源还包括变压器和开关元件。电容C1与开关元件Q1相接的一端同时也与变压器T1原边的一端连接，变压器T1原边的另一端与输入电源的正端连接，变压器T1的副边输出电压。开关元件Q1用于控制整个开关电源的通断，该开关元件Q1的一端接电容C1，其另一端接输入电源的负端(或接地)。本实施方式中，箝位电路为二极管D3，该二极管D3的阴极接输入电源的正端，其阳极接第二二极管D2的阴极；开关元件Q1可以为开关晶体管，该开关元件Q1的漏极接电容C1，其源极接输入电源的负端(或接地)，其栅极为控制极而用于控制该开关元件的通断。
该无损吸收电路的工作原理如下当开关元件Q1导通时，电容C1上的电荷经过开关元件Q1、第二二极管D2及电感L1放电谐振，由于第二二极管D2具有单向导电性，所以电感L1和电容C1只能振荡半个周期；当开关元件Q1被强制关断时，谐振电路的电流方向换向，使第二二极管D2反向恢复而产生尖峰电压，另外，换向后的电流会流过箝位电路D3，由于此时二极管D3正向导通，所以图10中D点和E点的电压几乎相等，从而使第二二极管D2上的尖峰电压等于输入电源的电压，即使第二二极管D2上的尖峰电压被箝位到输入电源的电压Vi，使尖峰电压大大降低(如图11所示)，大大降低了第二二极管D2上的损耗，降低了器件应力及干扰，并且由于不需要其它的吸收元件，使最小占空比不受限制，扩大了该无损吸收电路的应用范围。
请参阅图12，本发明的无损吸收电路也可用于单端正激开关电源。
请参阅图13，其为本发明无损吸收电路的第二具体实施方式
，其与第一实施方式的区别在于将二极管D3替换为一个MOSFET管Q2(即金属氧化物半导体场效应管)，该MOSFET管的漏极接输入电源的正端，其源极接第二二极管D2的阴极，其栅极可以与其源极连接。该实施方式利用MOSFET管的体二极管起到箝位第二二极管D2两端尖峰电压的作用。
请参阅图14，其为本发明无损吸收电路的第三具体实施方式
，其与第一实施方式的区别在于在二极管D3的阴极和输入电源的正端之间还串接有稳压二极管VD1，该稳压二极管VD1的阳极接输入电源的正端，其阴极接二极管D3的阴极，通过该稳压二极管的作用，使第二二极管D2两端的电压被箝位在一个设定的电压值上。
权利要求
1.一种无损吸收电路，包括第一二极管、第二二极管、电容及电感，第一二极管的阴极用于与输入电源的正端连接，第一二极管的阳极接电感的一端和电容的一端，电感的另一端与第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极用于与输入电源的负端连接，电容的另一端用于与开关电源的开关元件连接，其特征在于还包括箝位电路，该箝位电路的一端用于与输入电源的正端连接，其另一端接第二二极管的阴极，使开关元件关断瞬间，第二二极管上的电压被箝位在一设定的电压。
2.如权利要求1所述的无损吸收电路，其特征在于所述的箝位电路包括二极管，该二极管的阴极用于与输入电源的正端耦合，其阳极接第二二极管的阴极。
3.如权利要求2所述的无损吸收电路，其特征在于所述的箝位电路还包括稳压二极管，该稳压二极管的阳极用于与输入电源的正端连接，其阴极与二极管的阴极连接。
4.如权利要求1所述的无损吸收电路，其特征在于所述的箝位电路包括MOSFET管，该MOSFET管的漏极用于与输入电源的正端耦合，其源极接第二二极管的阴极。
5.如权利要求4所述的无损吸收电路，其特征在于所述的箝位电路还包括稳压二极管，该稳压二极管的阳极用于与输入电源的正端连接，其阴极与MOSFET管的漏极连接。
6.一种开关电源，包括无损吸收电路、开关元件和变压器，该无损吸收电路包括第一二极管、第二二极管、电容及电感，第一二极管的阴极用于与输入电源的正端连接，第一二极管的阳极接电感的一端和电容的一端，电感的另一端与第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极用于与输入电源的负端连接，电容的另一端接开关元件的一端，开关元件的另一端用于接输入电源的负端，变压器原边的一端用于接输入电源的正端，其另一端接于电容与开关元件相接的一端，其特征在于还包括箝位电路，该箝位电路的一端用于接输入电源的正端，其另一端接第二二极管的阴极，使开关元件关断瞬间，第二二极管上的电压被箝位在一设定的电压。
7.如权利要求6所述的开关电源，其特征在于所述的箝位电路包括二极管，该二极管的阴极用于与输入电源的正端耦合，其阳极接第二二极管的阴极。
8.如权利要求7所述的开关电源，其特征在于所述的箝位电路还包括稳压二极管，该稳压二极管的阳极用于与输入电源的正端连接，其阴极与二极管的阴极连接。9.如权利要求6所述的开关电源，其特征在于所述的箝位电路包括MOSFET管，该MOSFET管的漏极用于与输入电源的正端耦合，其源极接第二二极管的阴极。
10.如权利要求9所述的开关电源，其特征在于所述的箝位电路还包括稳压二极管，该稳压二极管的阳极用于与输入电源的正端连接，其阴极与MOSFET管的漏极连接。
全文摘要
本发明无损吸收电路包括第一二极管、第二二极管、电容、电感及箝位电路，第一二极管的阴极与输入电源的正端连接，第一二极管的阳极接电感的一端和电容的一端，电感的另一端与第二二极管的阴极连接，第二二极管的阳极与输入电源的负端连接，电容的另一端接开关电源的开关元件，箝位电路的一端接输入电源的正端，其另一端接第二二极管的阴极，使开关元件关断时，第二二极管上的电压被箝位于一设定的电压。通过箝位电路的设置，使第二二极管在开关元件关断时产生的尖峰电压被箝位到输入电源的电压，从而降低了尖峰电压、减少了损耗，降低了器件的应力。
文档编号H02M7/48GK1734918SQ20051002129
公开日2006年2月15日 申请日期2005年7月14日 优先权日2005年7月14日
发明者黄传东, 易强, 顾锦筛, 蔡子海 申请人:艾默生网络能源有限公司