一种开关变换器的制作方法

本发明涉及一种开关变换器，特别涉及一种大漏感的有源箝位正激变换器。

背景技术

在隔离型开关变换器应用中，一般采用变压器实现隔离功能。理想情况下，变压器耦合良好，没有漏感。但实际制作变压器时，总会存在漏感，而且漏感的存在，会使得变换器工作时存在电压尖峰，漏感越大，尖峰越高，严重时会使得mos管损坏。因此，为了降低变压器漏感的影响，往往要求漏感越小越好。同时，为了降低漏感引起的尖峰，在电路中加入有源箝位电路，对尖峰进行箝位，保证mos管安全工作。因此有源箝位电路得到广泛应用。

在acdc应用中，常常需要变换器输出5v或者3.3v等低电压，在ac输入端整流滤波后常常有100v～400v的电压，因此需要变换器实现大降压比。传统的开关变换器中，无论是反激还是正激，若要实现大降压比，常常需要变压器的匝比较大，因此原边绕组的圈数较多，若采用平面变压器，则所需的pcb层数较多，生产成本高，不利于产品化。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明解决的技术问题是克服现有方法的不足，提出一种开关变换器方案，减少了元器件数量，并且可以降低变压器匝比，从而可以减少圈数，低成本地采用平面变压器。

传统正激电路采用的变压器，都是要求漏感越小越好，本发明利用大漏感变压器构成有源箝位正激电路，变压器漏感当做滤波电感，除了可以节省输出滤波电感的体积和成本外，在电路工作时，漏感可以承受一部分输入电压，从而可以降低变压器的匝比，为减少绕组的圈数提供基础。在具体实现时，若变压器漏感不足，则可以通过外加电感的方式增加漏感。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种开关变换器，包括变压器t、电容cr、mos管q1、mos管q2、二极管d和输出电容co；电容cr的负端和变压器t的原边绕组同名端连接外部电压源vin的正端，电容cr的正端与mos管q2的漏极相连，mos管q2的源极分别与mos管q1的漏极和变压器t的原边绕组异名端相连，mos管q1的源极与外部电压源vin的负端相连；变压器t的副边绕组同名端与二极管d的阳极相连，二极管d的阴极与输出电容co的一端相连，输出电容co的另一端与变压器t的副边绕组异名端相连，输出电容co的两端给后级负载供电。

优选的，包括变压器t、电容cr、mos管q1、mos管q2、二极管d和输出电容co；mos管q1的漏极连接外部电压源vin的正端，mos管q1的源极分别与电容cr的负端和变压器t的原边绕组同名端相连，电容cr的正端与mos管q2的漏极相连，mos管q2的源极分别与外部电压源vin的负端和变压器t的原边绕组异名端相连；变压器t的副边绕组同名端与二极管d的阳极相连，二极管d的阴极与输出电容co的一端相连，输出电容co的另一端与变压器t的副边绕组异名端相连，输出电容co的两端给后级负载供电。

优选的，所述变压器t为大漏感变压器，所述变压器t的漏感的电感量与所述变压器的励磁电感的电感量的比值大于0.05。

优选的，所述开关变换器还包括电感l，所述电感l的连接关系为以下四种方式之一：

方式一：电感l连接在电容cr的负端和变压器t的原边绕组同名端之间；

方式二：电感l连接在mos管q2的源极和变压器t的原边绕组异名端之间；

方式三：电感l连接在变压器t的副边绕组同名端与二极管d的阳极之间；

方式四：电感l连接在变压器t的副边绕组异名端与电容co的另一端之间。

优选的，所述变压器t的漏感和所述电感l的电感量之和与变压器的励磁电感的电感量的比值大于0.05。

本发明所提的方案，克服了现有开关变换器的不足，与传统有源箝位正激电路相比，减少了一个续流二极管，减少了一个输出滤波电容，降低了变压器的匝比，从而可以降低pcb的层数，降低了成本。

附图说明

图1为现有有源箝位正激电路原理图；

图2为本发明第一实施例电路原理图；

图3为本发明高压输入时的工作曲线；

图4为本发明低压输入时的工作曲线；

图5为本发明第二实施例电路原理图之一；

图6为本发明第三实施例电路原理图；

图7为本发明第四实施例电路原理图之一。

具体实施方式

本发明的发明构思为利用漏感当作滤波电感，采用大漏感变压器构成一种新型的有源箝位正激电路，减少了传统有源箝位正激电路中的续流二极管以及输出电感。

第一实施例

图2为本发明开关变换器功率级第一实施例原理图。其中，电压源vin是外部输入电压，电阻r是开关电源的负载。该发明的变压换器包括电容cr、mos管q1、mos管q2、变压器t、二极管d和输出电容co，图中虚线框中的是变压器t的等效原理图，由漏感lr、励磁电感lm以及理想变压器t0构成，漏感lr和励磁电感lm为等效出来的画法，为了方便描述才出现在图中，在实际电路中是不存在的。

该实施例的连接关系如下：

电压源vin的正端分别与电容cr的负端和变压器t的原边绕组同名端相连，电容cr的正端与mos管q2的漏极相连，mos管q2的源极分别与mos管q1的漏极和变压器t的原边绕组异名端相连，mos管q1的源极与电压源vin的负端相连；变压器t的副边绕组同名端与二极管d的阳极相连，二极管d的阴极与输出电容co的一端相连，输出电容co的另一端与变压器t的副边绕组异名端相连，输出电容co的一端端与负载电阻r的一端相连，负载电阻r的另一端与输出电容co的另一端端相连。

图1为传统有源箝位正激电路，图2与图1相比，减少了续流二极管d2以及输出滤波电容lo。传统方案的变压器要求漏感lr越小越好，本发明使用的变压器漏感较大，漏感lr与励磁电感lm的比值大于0.05。若变压器的漏感不能达到所需的感量，可以通过外加电感的方式增加漏感。

采用本发明电路，设计输入电压为100v～400v，输出电压5v，输出功率5w的开关变换器，并进行仿真验证该拓扑的可行性。取开关频率为300khz，励磁电感lm＝50uh，漏感

lr＝50uh，变压器匝比n＝1，电容cr＝100nf，输出电容co＝10uf，输出电阻r＝5ω。当输入电压为400v时，工作曲线如图3，vo代表输出电压，vgs1代表mos管q1的栅极和源极之间的电压，即驱动电压，vds1代表mos管q1的漏极和源极之间的电压，vc1代表电容c1的电压，ilm代表励磁电流，ilr代表漏感电流。mos管q1和mos管q2的驱动是互补的，因此图中没有给出q2的驱动。当输入电压为400v时，mos管q1的占空比为9.6％，输入电压为100v时，工作曲线如图4，此时mos管q1的占空比为40.2％。若采用传统的正激电路，在相同的占空比的情况下，变压器匝比需要选为7.68，而该拓扑的变压器匝比为1，大大降低了匝比，为减少pcb层数提供了基础。

以图3为例，说明该电路的工作原理：

t0～t1阶段，mos管q1导通，mos管q2关断，输入电压加在变压器t上，漏感电流ilr上升，输出二极管d导通，励磁电感lm被输出电压箝位，励磁电流ilm上升，由于mos管q2关断，电容cr的电压不变；

t1～t2阶段，mos管q1关断，mos管q2导通，电容cr的电压加在变压器上，漏感电流ilr下降，由于漏感电流ilr和励磁电流ilm不相等，输出二极管d依然保持导通，励磁电感lm继续被输出电压箝位，励磁电流ilm保持上升，漏感电流ilr为电容cr充电，电容cr电压上升，直到t2时刻，漏感电流ilr下降为0，该阶段结束；

t2～t3阶段，漏感电流ilr反向，幅值不断增加，漏感电流ilr为电容cr放电，电容cr电压下降，漏感电流ilr和励磁电流ilm不相等，输出二极管d依然保持导通，直到漏感电流ilr和励磁电流ilm相等，该阶段结束；

t3～t4阶段，漏感电流ilr和励磁电流ilm相等，输出二极管d关断，电容cr的电压加在漏感lr和励磁电感lm上，漏感电流ilr和ilm方向都为负向，漏感电流ilr和ilm幅值增大，直到t4，本周期结束，下周期开始，重复上面的阶段。

第二实施例

图5为本发明开关变换器功率级第二实施例原理图之一。

在实施例一的基础上，为了增加变压器t的漏感，而在变压器t外部外接一个电感l，电感l的连接关系为以下四种方式之一：

方式一：电感l连接在电容cr的负端和变压器t的原边绕组同名端之间；

方式二：电感l连接在mos管q2的源极和变压器t的原边绕组异名端之间；

方式三：电感l连接在变压器t的副边绕组同名端与二极管d的阳极之间；

方式四：电感l连接在变压器t的副边绕组异名端与电容co的另一端之间。

在该实施例中，变压器t的漏感和电感l的电感量之和与变压器的励磁电感的电感量的比值大于0.05。

其他部分的连接关系以及该电路的工作原理与第一实施例相同，此处不再赘述。

第三实施例

图6为本发明开关变换器功率级第三实施例原理图。

电压源vin的正端与mos管q1的漏极相连，mos管q1的源极分别与电容cr的负端和变压器t的原边绕组同名端相连，电容cr的正端与mos管q2的漏极相连，mos管q2的源极分别与电压源vin的负端和变压器t的原边绕组异名端相连；变压器t的副边同名端与二极管d的阳极相连，二极管d的阴极与输出电容co的一端相连，输出电容co的另一端与变压器t的副边异名端相连，输出电容co的一端与负载电阻r的一端相连，负载电阻r的另一端与输出电容co的另一端相连。

该电路的工作原理与第一实施例相同，此处不再赘述。

第四实施例

图7为本发明开关变换器功率级第四实施例原理图之一。

在第三实施例的基础上，为了增加变压器t的漏感，而在变压器t外部外接一个电感l，电感l的连接关系为以下四种方式之一：

方式一：电感l连接在电容cr的负端和变压器t的原边绕组同名端之间；

方式二：电感l连接在mos管q2的源极和变压器t的原边绕组异名端之间；

方式三：电感l连接在变压器t的副边绕组同名端与二极管d的阳极之间；

方式四：电感l连接在变压器t的副边绕组异名端与电容co的另一端之间。

在该实施例中，变压器t的漏感和电感l的电感量之和与变压器的励磁电感的电感量的比值大于0.05。

以上仅是本发明优选的实施方式，本发明所属领域的技术人员还可以对上述具体实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体控制方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。