专利名称：双晶正激有源钳位开关电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开关电源，特别是一种双晶正激有源钳位开关电源。 识汉不
现有的开关电源主要有双晶正激和单晶正激有源钳位两种。其中双晶 正激采用双管正激变换器，其结构简单，开关管电压应力低，磁芯自动复 位，并将漏感的能量送回输入电源，可靠性高，在高压中大功率场合的应 用广泛。但是其也具有一些缺点变压器单向磁化，磁芯利用率低，使体 积过大，同时由于磁芯复位的原因，其占空比不能大于0.5，开关管工作在 硬开关状态下频率也不能太高。
单晶有源钳位电路简洁，具有良好的磁复位特性，变压器漏感中的储
能以无损的方式在电路中循环，并可被利用来实现主开关管的zvs开通，
因而易实现高的变换效率，且变换器的占空比可以大于0.5，有利于减少变 压器变比，从而能降低原边器件的电流应力，减少导通损耗，提高变换器 效率，另外磁芯双向磁化，能提高磁芯利用率，次级波形无死区，适合采
用自驱动同步整流。但是其缺点是在高压应用时主开关管要求耐压高，
现有功率管工艺耐压越高电流比较小导通电阻也较大所以功率和效率受到 限制，且占空比控制不精确会产生灾乱性损坏，另一个缺点是需要对同步 延迟时间的精确控制技术。
显然上述两种方式都已经无法现在各种发展的需要。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种可以拥有上述 两种方式优点的双晶正激有源钳位开关电源。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种双晶正激有源钳位 开关电源，包括初级部分，变压器和次级部分，其中初级部分包括第一主 开关管，钳位开关管，钳位电容以及第二主开关管，所述的该第二主开关 管的D极与输入电源相连，S极与变压器初级绕组的同名端相连，第一主
开关管的D极与变压器初级绕组的异名端相连，S极与输入地相连，钳位 电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连，钳位开关管的S极与变压器的异名端相连。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述次级部分包括二极管Dl，
D2， Dl的正极与变压器次级绕组的同名端相连，Dl的负极与L1相连， D2的正极与地相连，变压器次级绕组的异名端与地相连，Ll的另一端与 电容C2的正极和负载相连。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述双晶正激有源钳位开关电 源工作过程包括功率传输阶段，谐振阶段，有源钳位阶段以及谐振阶段。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述的功率传输阶段中第一主
开关管和第二主开关管同时导通，而钳位开关管处于关断状态，加在变压 器上的输入电压使励磁电流线性上升，初级向次级经变压器传输能量。
本发明解决进一步技术问题的方案是在谐振阶段，在占空比的控制 下第一主开关管和第二主开关管同时关断，变压器磁芯极性反转，因输入 电源和变压器的励磁电感的作用给第一主开关管和第二主开关管的寄生电
容充电，由于电容电压不能突变，第一主开关管和第二主开关管在zvs状
态下关断，同时变压器的励磁电流开始给钳位开关管的寄生电容放电，经 其的体二极管给钳位电容充电。
本发明解决进一步技术问题的方案是所述有源钳位阶段中，钳位开
关管在zvs状态下开启，由于钳位开关管的体二极管先前已开通钳位开关 管的VDS电压很低，钳位开关管在整个阶段处于开通状态，变压器励磁电
流经过钳位开关管继续给钳位电容充电，钳位电容充满以后经变压器励磁
电感放电，次级在整个阶段由L1续流经D2给负载供电，Dl截止。
本发明解决进一步技术问题的方案是该谐振阶段中，钳位开关管在
ZVS状态下关断，由于变压器初级电流仍然反向流动，磁芯极性反转，使 第一主开关管和第二主开关管的寄生电容放电，次级的Dl导通，D2截止; 然后其体二极管导通把能量全部送回输入电源与负载，变压器磁芯完成磁 复位。
本发明解决进一步技术问题的方案是提供一种双晶正激有源钳位开
关电源，包括初级部分，变压器和次级部分，其中初级部分包括第一主幵 关管以及第二主开关管，次级包括钳位开关管以及钳位电容，所述的该第
二主开关管的D极与输入电源相连，S极与变压器初级绕组的同名端相连， 第一主开关管的D极与变压器初级绕组的异名端相连，S极与输入地相连，钳位电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连， 钳位开关管的S极与变压器的异名端相连，钳位电容一端与变压器的同名
端相连，另一端与钳位开关管的D极相连，钳位开关管的S极与变压器的 异名端相连。
相较于现有技术，本发明的双晶正激有源钳位开关电源同时拥有了单 晶正激有源钳位和双晶正激两者的优点，适合于高压中大功率应用，并且 磁芯得到有效的复位，磁芯利用率得到提高，占空比可以超过0.5，甚至可 以达到0.7。如果输入电压为380V主开关管反压也才634V左右，在高电 压应用中有较大的好处，做到了零电压开关在效率比双晶正激有较大的提 高，同时也减少了EMI的干扰。而次级波形无死区时间，适合采用自驱动 同步整流，对低电压输大功率输出有很大的好处，频率也可以相应的提高 可经节省磁芯材料，减小体积，初次级开关管的电压应力也相应减小。
图1是本发明的双晶正激有源钳位开关电源的电路原理示意图。
图2至图6是本发明的双晶正激有源钳位开关电源的工作过程示意图。
图7是本发明的双晶正激有源钳位开关电源的时序波形图。
图8是本发明的双晶正激有源钳位开关电源的另一电路原理示意图。
图9至图13是图8所示的双晶正激有源钳位开关电源的工作过程示意图。
图14是图8所示的双晶正激有源钳位开关电源的时序波形图。
具体实施例方式
以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说 明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
请参阅图1，本发明的双晶正激有源钳位开关电源包括初级部分，变 压器T1和次级部分。
其中初级部分包括第一主开关管Q1，钳位开关管QR1，钳位电容CR1 以及第二主开关管Q2。该第二主开关管Q2的D极与输入电源相连，S极 与变压器初级绕组的同名端相连，第一主开关管Ql的D极与变压器初级绕组的异名端相连，S极与输入地相连。钳位电容CR1—端与变压器的同 名端相连，另一端与钳位开关管QR1的D极相连，钳位开关管QR1的S 极与变压器的异名端相连。
本发明的双晶正激有源钳位开关电源的次级部分包括二极管Dl， D2， Dl的正极与变压器次级绕组的同名端相连，Dl的负极与Ll相连。D2的 正极与地相连，变压器次级绕组的异名端与地相连。Ll的另一端与电容 C2的正极和负载相连。
请参阅图2至图7，本发明的双晶正激有源钳位开关电源的工作过程 如下
a. 功率传输阶段(t0^tl)，如图2所示，该阶段第一主开关管Q1和 第二主开关管Q2同时导通，而钳位开关管QR1处于关断状态。加在变压 器上的输入电压使励磁电流线性上升，初级向次级经变压器传输能量。次 级Dl导通，D2截止，Ll上的电流线性上升，整流滤波后供给负载RL. 在此条件下Ql和Q2刚好ZVS下导通，因其体二极管先前已经在导通状 态(如图6所示)
b. 谐振阶段(tl^t2)，如图3所示，在占空比的控制下第一主开关管 Ql和第二主开关管Q2在tl时刻同时关断，变压器磁芯极性反转。因输入 电源和变压器的励磁电感的作用给Ql和Q2的寄生电容Cossl， Coss2充 电，由于电容电压不能突变，第一主开关管Q1和第二主开关管Q2在ZVS 状态下关断。同时变压器的励磁电流开始给钳位开关管QR1的寄生电容 Coss放电，经QR1的体二极管给钳位电容CR1充电。次级Dl截止，D2 导通，L1经过D2续流继续给负载RL供电。
c. 有源钳位阶段(t2^t3)，如图4以及图5所示，在t2时刻钳位开关 管QR在ZVS状态下开启，由于QR1的体二极管先前已开通QR1的VDS 电压很低。钳位开关管QR1在整个阶段处于开通状态，变压器励磁电流经 过钳位开关管QR1继续给钳位电容CR1充电，钳位电容CR1充满以后经 变压器励磁电感放电.次级在整个阶段由Ll续流经D2给负载供电，Dl截 止。
d. 谐振阶段(t3^t4)，如图6所示，t3时刻钳位开关管QR1在ZVS 状态下关断(QR1的寄生电容使电压不能突变)，由于变压器初级电流仍 然反向流动，磁芯极性反转，使第一主开关管Ql和第二主开关管Q2的寄 生电容Coss放电，次级在t3完成后Dl导通，D2截止；然后其主开关管的体二极管导通把能量全部送回输入电源与负载，变压器磁芯完成磁复位。此时主开关管Ql和Q2的VDS电压为零，t4时刻同时开启第一主开关管 Ql和第二主开关管Q2做到ZVS导通。在t4完成后，开关周期又返回到 t0^tl的状态。其中tl-t2和t3-t4的谐振时间是实现零电压开关的关健，可以调节使 零电压开关做到最佳。本发明的双晶正激有源钳位开关电源同时拥有了单晶正激有源钳位和 双晶正激两者的优点，适合于高压中大功率应用，并且磁芯得到有效的复 位，磁芯利用率得到提高，占空比可以超过0.5，甚至可以达到0.7。如果 输入电压为380V占空比在0.7时主开关管反压也才634V左右，在高电压 应用中有较大的好处，做到了零电压开关在效率比双晶正激有较大的提高， 同时也减少了 EMI的干扰。而次级波形无死区时间，适合采用自驱动同歩 整流，对低电压输大功率输出有很大的好处，频率也可以相应的提高可经 节省磁芯材料，减小体积，初次级开关管的电压应力也相应减小。请参阅图8，本发明的双晶正激有源钳位开关电源的另一种结构示意 图。其结构与图l所示的双晶正激有源钳位开关电源基本相似，只是所述 的钳位开关管Q3以及钳位电容C4设置在副边，钳位电容C4 一端与变压 器的同名端相连，另一端与钳位开关管Q3的D极相连，钳位开关管Q3 的S极与变压器的异名端相连。上述的双晶正激有源钳位开关电源的工作过程如图9至图14所示tO—tl功率传输阶段(图外该阶段主功率管Ql和Q2同时导通,加在变压器上的输入电压使励磁 电流线性上升，初级向次级经变压器传输能量。副边Q3处于关断状态。 Dl导通，D2截止，L1上的电流线性上升，整流滤波后供给负载RL.在此条 件下Ql和Q2刚好ZVS下导通，因其体二极管先前已经在导通状态(如图 13)tl一t2谐振阶段(图10):在占空比的控制下主功率管Ql和Q2在tl时刻同时关断,变压器磁芯 极性反转。因输入电源和变压器的励磁电感的作用给Ql和Q2的寄生电容 Coss充电,由于电容电压不能突变,主开关管Ql和Q2在ZVS状态下关断. 同时副边变压器的绕组开始给钳位开关管Q3的寄生电容Coss放电，经 Q3的体二极管给C4充电。副边Dl截止，D2导通，Ll经过D2续流继续给负载R1供电。t2""t3有源钳位阶段(图11,图12):在t2时刻钳位开关管Q3在ZVS状态下开启，由于Q3的体二极管先前 己开通QR的VDS电压很低。钳位开关管Q3在整个阶段处于开通状态, 变压器励磁电流经过钳位开关管Q3继续给钳位电容C4充电,钳位电容C4 充满以后经变压器副边绕组放电.在整个阶段由Ll续流经D2给负载供 电.D1截止。t3—t4谐振阶段(图13):t3时刻钳位开关管Q3在ZVS状态下关断(Q4寄生电容使电压不能 突变)，由于变压器初级电流仍然反向流动,磁芯极性反转，使主开关管Q1 和Q2的寄生电容Coss放电，副边在t3完成(即Q3关断后)Dl导通， D2截止；然后其主开关管的体二极管导通把能量全部送回输入电源与负 载，变压器磁芯完成磁复位。此时主开关管Ql和Q2的VDS电压为零， t4时刻同时开启主开关管Ql和Q2做到ZVS导通.。在t4完成后，开关周 期又返回到t0^tl的状态。
权利要求
1.一种双晶正激有源钳位开关电源，包括初级部分，变压器和次级部分，其特征在于初级部分包括第一主开关管，钳位开关管，钳位电容以及第二主开关管，所述的该第二主开关管的D极与输入电源相连，S极与变压器初级绕组的同名端相连，第一主开关管的D极与变压器初级绕组的异名端相连，S极与输入地相连，钳位电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连，钳位开关管的S极与变压器的异名端相连。
2. 根据权利要求1所述的双晶正激有源钳位开关电源，其特征在于所述次级部分包括二极管D1， D2， Dl的正极与变压器次级绕组的同名端 相连，Dl的负极与Ll相连，D2的正极与地相连，变压器次级绕组的异 名端与地相连，Ll的另一端与电容C2的正极和负载相连。
3. 根据权利要求2所述的双晶正激有源钳位开关电源，其特征在于 所述双晶正激有源钳位开关电源工作过程包括功率传输阶段，谐振阶段， 有源钳位阶段以及谐振阶段。
4. 根据权利要求3所述的双晶正激有源钳位开关电源，其特征在于 所述的功率传输阶段中第一主开关管和第二主开关管同时导通，而钳位开 关管处于关断状态，加在变压器上的输入电压使励磁电流线性上升，初级 向次级经变压器传输能量。
5. 根据权利要求3所述的双晶正激有源钳位开关电源，其特征在于 在谐振阶段，在占空比的控制下第一主开关管和第二主开关管同时关断， 变压器磁芯极性反转，因输入电源和变压器的励磁电感的作用给第一主开 关管和第二主开关管的寄生电容充电，由于电容电压不能突变，第一主开 关管和第二主开关管在ZVS状态下关断，同时变压器的励磁电流开始给钳 位开关管的寄生电容放电，经其的体二极管给钳位电容充电。
6. 根据权利要求3所述的双晶正激有源钳位开关电源，其特征在于 所述有源钳位阶段中，钳位开关管在ZVS状态下开启，由于钳位开关管的 体二极管先前已开通钳位开关管的VDS电压很低，钳位开关管在整个阶段 处于开通状态，变压器励磁电流经过钳位开关管继续给钳位电容充电，钳 位电容充满以后经变压器励磁电感放电，次级在整个阶段由Ll续流经D2 给负载供电，Dl截止。
7. 根据权利要求3所述的双晶正激有源钳位开关电源，其特征在于 该谐振阶段中，钳位开关管在ZVS状态下关断，由于变压器初级电流仍然反向流动，磁芯极性反转，使第一主开关管和第二主开关管的寄生电容放 电，次级的D1导通，D2截止；然后其体二极管导通把能量全部送回输入 电源与负载，变压器磁芯完成磁复位。
8. —种双晶正激有源钳位开关电源，包括初级部分，变压器和次级部分，其特征在于初级部分包括第一主开关管以及第二主开关管，次级包 括钳位开关管以及钳位电容，所述的该第二主开关管的D极与输入电源相连，S极与变压器初级绕组的同名端相连，第一主开关管的D极与变压器 初级绕组的异名端相连，s极与输入地相连，钳位电容一端与变压器的同 名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连，钳位开关管的S极与变压器 的异名端相连，钳位电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关 管的D极相连，钳位开关管的S极与变压器的异名端相连。
全文摘要
本发明一种双晶正激有源钳位开关电源，包括初级部分，变压器和次级部分，其中初级部分包括第一主开关管，钳位开关管，钳位电容以及第二主开关管，所述的该第二主开关管的D极与输入电源相连，S极与变压器初级绕组的同名端相连，第一主开关管的D极与变压器初级绕组的异名端相连，S极与输入地相连，钳位电容一端与变压器的同名端相连，另一端与钳位开关管的D极相连，钳位开关管的S极与变压器的异名端相连。
文档编号H02M3/04GK101325375SQ20081006628
公开日2008年12月17日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者刘小荷 申请人:刘小荷;余朝波