一种提高占空比的电路的制作方法

本实用新型涉及双管正激或双管反激变换器，特别涉及一种提高占空比的电路。

背景技术：

在开关电源的应用中，对于小功率的产品使用单管反激/正激即可满足应用需求，但对于中大功率的产品，因单管反激漏感尖峰的影响，开关管的选型尤为困难，且中大功率产品的效率也难以提高，因此多采用双管反激或双管正激电路，在开关管关断的时候，漏感能量回收一部分到原边，大大减少了开关管的应力，便于主功率开关管选型，同时也可以提高效率。根据伏秒平衡：vin*d*t＝n*vo*(1-d)t，为防止输出端反射电压大于输入电压而产生反灌，占空比必须小于0.5。

双管反激的功率级原理图电路由第一功率开关管q1、第二功率开关管q2、第一二极管d1、第二二极管d2，变压器t1、输出整流管d3、输出电容c1组成，第一功率开关管q1和第二功率开关管q2为典型的电子开关管，比如mosfet管。当第一功率开关管q1和第二功率开关管q2导通时，输入端vin电压通过功率开关管q1、q2给变压器t1原边励磁电感进行充电储能，第一二极管d1、第二二极管d2截止，原边电流ip线性增加。当第一功率开关管q1和第二功率开关管q2关断时，因励磁电感能量不能突变，t1变压器原边绕组上电压反向，原边绕组上存储的能量耦合到副边绕组上，输出整流管d3导通，副边绕组给输出电容c1及负载r1供电。此时原边开关管上的电压也迅速增加，当其电压vds达到输入电压vin时，第一二极管d1和第二二极管d2导通，将原边开关管上的电压钳位在vin，存储在原边绕组的一部分能量返回给电源。当副边电流is增加到n1*ip/n2时，第一二极管d1和第二二极管d2停止导通，原边绕组能量转移到副边绕组完毕。因此该电路虽然能有效降低原边开关管的应力，并能将一部分漏感能量反馈给电源，但是其缺点是为了保证变压器能够磁复位，变换器的占空比必须小于0.5，因此，为了获得更高的输出电压，必须依靠提高变压器的变比，从而使副边整流电路中的二极管电压应力增大，限制了双管正激或双管反激变换器在输出高压场合的应用。

技术实现要素：

有鉴如此，本实用新型提供一种提高占空比的电路，应用于双管反激电路拓扑或双管正激电路拓扑，在原边开关管导通的时候能够延长导通时间，提高占空比，解决现有双管反激电路和双管正激电路拓扑占空比必须小于0.5的缺点。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种提高占空比的电路，在现有双管反激电路拓扑或双管正激电路拓扑的基础上，增加一个钳位电路，钳位电路电联接在输入电压vin和变压器t原边绕组n1的同名端之间，在原边开关管关断的时候，钳位电路能钳住副边反射回来的一部分电压，使得输入电压vin小于nvo，根据伏秒平衡：vin*d*t＝n*vo*(1-d)*t，可以使得占空比大于0.5，由此可以提高电路的占空比。

作为上述钳位电路的第一种具体实施方式，钳位电路为二极管d4，应用于双管反激变换器，该提高占空比的电路的连接关系为：输入电压vin与第一功率开关管q1的漏极连接，同时连接第一二极管d1的阴极，第一功率开关管q1的源极分别连接变压器t原边绕组n1的同名端和第二二极管d2的阴极，第一二极管d1的阳极连接二极管d4的阳极，二极管d4的阴极分别与变压器t原边绕组n1的异名端、第二功率开关管q2的漏极连接，第二功率开关管q2的源极和第二二极管d2的阳极接地；变压器t副边绕组n2的异名端与输出整流管d3的阳极相连，变压器t副边绕组n2的同名端与输出电容c1的一端、负载r1的一端连接，输出电容c1的另一端、负载r1的另一端与输出整流管d3的阴极连接。

作为上述钳位电路的第二种具体实施方式，钳位电路为变压器t第三绕组n3，应用于双管反激变换器，该提高占空比的电路的连接关系为：输入电压vin与第一功率开关管q1的漏极连接，同时连接变压器t第三绕组n3的异名端。变压器t第三绕组n3的同名端连接第一二极管d1的阴极，第一功率开关管q1的源极分别连接变压器t1原边绕组n1的同名端和第二二极管d2的阴极，第一二极管d1的阳极分别与变压器t原边绕组n1的异名端、第二功率开关管q2的漏极连接，第二功率开关管q2的源极和第二二极管d2的阳极接地；变压器t副边绕组n2的异名端与输出整流管d3的阳极相连；变压器t副边绕组n2的同名端与输出电容c1的一端、负载r1的一端相连，输出电容c1的另一端、负载r1的另一端与输出整流管d3的阴极相连。

作为上述钳位电路的第三种具体实施方式，钳位电路为二极管d4，应用于双管正激变换器，该提高占空比的电路的连接关系为：输入电压vin与第一功率开关管q1的漏极连接，同时连接第一二极管d1的阴极，第一功率开关管q1的源极分别连接变压器t原边绕组n1的同名端和第二二极管d2的阴极，第一二极管d1的阳极连接二极管d4的阳极，二极管d4的阴极分别与变压器t原边绕组n1的异名端、第二功率开关管q2的漏极连接，第二功率开关管q2的源极和第二二极管d2的阳极接地；变压器t副边绕组n2的同名端与输出整流管d3的阳极相连，变压器t副边绕组n2的异名端与输出电容c1的一端、负载r1的一端相连，输出电容c1的另一端、负载r1的另一端与输出整流管d3的阴极相连。

作为上述钳位电路的第四种具体实施方式，钳位电路为变压器t第三绕组n3，应用于双管正激变换器，该提高占空比的电路的连接关系为：输入电压vin与第一功率开关管q1的漏极连接，同时连接变压器t第三绕组n3的异名端。变压器t第三绕组n3的同名端连接第一二极管d1的阴极，第一功率开关管q1的源极分别连接变压器t1原边绕组n1的同名端和第二二极管d2的阴极，第一二极管d1的阳极分别与变压器t原边绕组n1的异名端、第二功率开关管q2的漏极连接，第二功率开关管q2的源极和第二二极管d2的阳极接地；变压器t副边绕组n2的同名端与输出整流管d3的阳极相连，变压器t副边绕组n2的异名端与输出电容c1的一端、负载r1的一端相连，输出电容c1的另一端、负载r1的另一端与输出整流管d3的阴极相连。

优选地，第一功率开关管q1、第二功率开关管q2为mosfet。

优选地，二极管d4为tvs二极管。

本实用新型的工作原理及有益效果：本实用新型通过钳位电路来提高电路的占空比，当第一功率开关管、第二功率开关管截止时，因激磁电感能量不能突变，原边绕组和副边绕组的电压都将反向，原边绕组存储的能量，转移到副边绕组上。原边绕组峰值电流迅速减小，副边绕组峰值电流迅速增加，副边整流管导通，副边绕组给输出电容及负载供电，此时第一功率开关管上的电压vds1和第二功率开关管上的电压vds2也迅速增加，当达到钳位电路的钳位电压v1时，钳位电路工作，当第一功率开关管上的电压vds1和第二功率开关管上的电压vds2达到输入电压vin时，第一二极管、第二二极管导通，将第一功率开关管上的电压vds1和第二功率开关管上的电压vds2钳位在输入电压vin，存储在原边绕组的一部分能量返回给电源，使得输入电压vin小于副边反射到原边的电压nvo，从而可以提高占空比d，可以使电路的变压器匝比设计更灵活，同时能够提高变换器的效率。

术语解释：

电联接：包括直接或间接连接，并且包括感应耦合之类的连接方式，可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。

附图说明

图1为本实用新型的第一实施例电路原理图；

图2为本实用新型的第二实施例电路原理图；

图3为本实用新型的第三实施例电路原理图；

图4为本实用新型的第四实施例电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

第一实施例

图1为本实用新型实施例一的电路原理图，一种提高占空比的电路，在现有的双管反激电路拓扑的基础上，增加一个钳位电路，现有的双管反激电路拓扑包括第一功率开关管q1、第二功率开关管q2、第一二极管d1、第二二极管d2、变压器t、第三二极管d3、输出电容c1、负载r1，其中，输入电压vin是外部电压源，负载电阻r1是开关电源的负载，该钳位电路为二极管d4。本实施例一种提高占空比的电路的连接关系为：

输入电压vin与第一功率开关管q1的漏极连接，同时连接第一二极管d1的阴极，第一功率开关管q1的源极分别连接变压器t原边绕组n1的同名端和第二二极管d2的阴极，第一二极管d1的阳极连接二极管d4的阳极，二极管d4的阴极分别与变压器t原边绕组n1的异名端、第二功率开关管q2的漏极连接，第二功率开关管q2的源极和第二二极管d2的阳极接地；变压器t副边绕组n2的异名端与输出整流管d3的阳极相连，变压器t副边绕组n2的同名端与输出电容c1的一端、负载r1的一端连接，输出电容c1的另一端、负载r1的另一端与输出整流管d3的阴极连接。

该实施例的具体工作原理是：

第一阶段：当第一功率开关管q1和第二功率开关管q2都导通时，输入电压vin直接加在原边绕组n1上，原边绕组n1感应电动势的方向上正下负，副边绕组n2感应电动势的方向上负下正，第三二极管d3截止；此时变压器t原边励磁电感储能，原边励磁电感电流ip呈线性增加；第一二极管d1、第二二极管d2、二极管d4反向截止；

第二阶段：当第一功率开关管q1和第二功率开关管q2都关断时，因原边绕组n1励磁电感上的能力不能突变，原边绕组n1感应电动势的方向上负下正，原边绕组n1上存储的能量转移到副边绕组上，原边绕组n1上的励磁电流迅速减小，副边绕组n2上的励磁电流迅速增加，输出整流管d3导通，副边绕组n2给输出电容c1及负载r1供电。此时第一功率开关管q1上的电压vds1和第二功率开关管q2上的电压vds2也迅速增加，当达到二极管d4的钳位电压为v1时，二极管d4导通工作，当第一功率开关管上的电压vds1和第二功率开关管上的电压vds2达到输入电压vin时，第一二极管d1、第二二极管d2导通，将第一功率开关管上的电压vds1和第二功率开关管上的电压vds2钳位在输入电压vin，存储在原边绕组n1上的一部分能量返回给电源，此时vin+vi＝n*vo；当副边励磁电流is增加到n*ip时，第一二极管d1、第二二极管d2、二极管d4停止导通，原边绕组n1完成能量转移到副边绕组n2。

第三阶段：第一二极管d1、第二二极管d2、二极管d4停止导通，原边绕组n1上的漏感能量回收完，原边绕组n1电压降至为副边绕组n2的反射电压，即vp＝n*vo，一功率开关管上的电压vds1和第二功率开关管上的电压vds2也降为vds＝(vin+n*vo)/2，副边绕组n1持续给输出电容c1及负载r1充电，副边电流is逐渐减小。

第四阶段：若工作在ccm模式，在第三阶段结束后直接进入下一个周期工作；若工作在dcm模式下，在第三阶段，副边绕组n2电流is降至0；输出整流管d3关断，输出电容c1向负载r1供电，下一个周期开始，初级电流从零开始上升。

由上述原理及推导可得，占空比d＝(vin+v1)/(2vin+v1)，由此可知，双管反激的占空比可大于0.5，由此在考虑控制电路最大占空比的限制的条件下，取一定的钳位电压v1，可以适当提高双管反激电路的占空比，从而提高变压器的利用率；

第二实施例

图2为本实用新型实施例二的电路原理图，本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例的钳位电路为变压器t第三绕组n3，本实施例一种提高占空比的电路的连接关系为：

输入电压vin与第一功率开关管q1的漏极连接，同时连接变压器t第三绕组n3的异名端。变压器t第三绕组n3的同名端连接第一二极管d1的阴极，第一功率开关管q1的源极分别连接变压器t1原边绕组n1的同名端和第二二极管d2的阴极，第一二极管d1的阳极分别与变压器t原边绕组n1的异名端、第二功率开关管q2的漏极连接，第二功率开关管q2的源极和第二二极管d2的阳极接地；变压器t副边绕组n2的异名端与输出整流管d3的阳极相连；变压器t副边绕组n2的同名端与输出电容c1的一端、负载r1的一端相连，输出电容c1的另一端、负载r1的另一端与输出整流管d3的阴极相连。

本实施例的工作原理与第一实施例类似，本实施例在双管反激电路拓扑的基础上增加变压器t第三绕组n3，其工作原理同实施例一，提供一个钳位电压，提高电路的占空比，使得双管反激变压器的设计更灵活。

第三实施例

图3为本实用新型实施例三的电路原理图，本实施例与实施例一的不同之处在于：本实施例的钳位电路应用于双管正激电路拓扑，本实施例一种提高占空比的电路的连接关系为：

输入电压vin与第一功率开关管q1的漏极连接，同时连接第一二极管d1的阴极，第一功率开关管q1的源极分别连接变压器t原边绕组n1的同名端和第二二极管d2的阴极，第一二极管d1的阳极连接二极管d4的阳极，二极管d4的阴极分别与变压器t原边绕组n1的异名端、第二功率开关管q2的漏极连接，第二功率开关管q2的源极和第二二极管d2的阳极接地；变压器t副边绕组n2的同名端与输出整流管d3的阳极相连，变压器t副边绕组n2的异名端与输出电容c1的一端、负载r1的一端相连，输出电容c1的另一端、负载r1的另一端与输出整流管d3的阴极相连。

本实施例的工作原理与实施例一类似，在此不做赘述。

第四实施例

图4为本实用新型实施例四的电路原理图，本实施例与实施例三的不同之处在于：本实施例的钳位电路为变压器t第三绕组n3，本实施例一种提高占空比的电路的连接关系为：

输入电压vin与第一功率开关管q1的漏极连接，同时连接变压器t第三绕组n3的异名端。变压器t第三绕组n3的同名端连接第一二极管d1的阴极，第一功率开关管q1的源极分别连接变压器t1原边绕组n1的同名端和第二二极管d2的阴极，第一二极管d1的阳极分别与变压器t原边绕组n1的异名端、第二功率开关管q2的漏极连接，第二功率开关管q2的源极和第二二极管d2的阳极接地；变压器t副边绕组n2的同名端与输出整流管d3的阳极相连，变压器t副边绕组n2的异名端与输出电容c1的一端、负载r1的一端相连，输出电容c1的另一端、负载r1的另一端与输出整流管d3的阴极相连。

本实施例的工作原理与实施例一类似，在此不做赘述。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干等同变换、改进和润饰，这些等同变换、改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围，这里不再用实施例赘述。