专利名称：一种实现开关电源零电压开关转换的电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种实现开关电源零电压开关转换的电路新设计，采用吸收电容单向充放电及其控制电路实现。
背景技术：
开关电源(SPS)代表着直流电源的发展方向，已广泛应用到生产生活各个方面，目前正在向高频化、高效化、小型化及更好的电磁兼容(EMC)效果发展。为达到上述要求，采用零电压开关(ZVS)、零电流开关(ZCS)即所谓的谐振软开关技术以及场效应管代替二极管的同步整流技术成为有效手段。但是现行的软开关技术及同步整流技术电路结构复杂，设计、制作及调试难度大，并且一般要用专门IC控制使成本提高，所以只用在大功率SPS方面。附图1是开关电源方框原理图，附图2是给出一款目前实用的RCC反激式开关电源电路原理图及稳态工作时开关管Q1漏极电压和变压器TR初次级电流i1、i2波形。图2中Q1在a点导通，直流电压Vh加在初级绕组n1上，TR磁路中建立磁场能量，受控制电路调节作用，Q1在b点关断；Vd由接近0V以较大斜率跃开到c点。Vd在c点形成一个漏感尖峰，几周阻尼振荡后过渡到稳态值Vh+Vr(Vr为n2整流输出时在n2上感应的反射电压)。在d点磁场能量从次级释放完毕，TR绕组n1、n2、n3上同名端为正的感应电压迅速下降。n3及R4、C4的作用使Q1在e点转变为导通状态，开始下一周振荡。bc段上升斜率R1及de段下降斜率，R2可通过改变元件参数调节。但斜率太小会显著增加Q1开关损耗，太大又会产生很强的电磁干扰(EMI)。所以R1、R2要有一个适中范围，致使Q1在b点产生一定关断损耗。在de段由于漏极电压不为0使Q1导通时产生一定开通损耗。D1、R3、C3组成的漏感吸收网络也会消耗掉大部分漏感能量及一部分互感能量。Q1开通与关断时快速变化的Vd及i1、i2波形是产生EMI的直接原因，增加了SPS在EMC方面的成本，限制了SPS的使用范围；同时也增加了次级采用同步整流电路的复杂性及降低了可靠性，使同步整流技术变得不现实。这些缺点阻碍了SPS进一步提高工作频率及效率、减小体积、降低EMI。
发明内容
本发明所设计出的电路用几个分立元件就能可靠实现SPS开关管的ZVS转换和SPS工作状态，即开关管及变压器初次级电压、电流得到根本改善，可显著提高效率、降低电磁干扰(EMI)，并为使用简单可靠的同步整流电路创造了条件。
本发明所设计的开关电源电路如图3所示，它包括有整流电路、开关管、隔离变压器、整流滤波，电压电流采样比较放大、光电耦合、误差信号比较放大保护控制驱动电路。新设计的漏感吸收网络电路为吸收电容C1负端与Q2源极及D2(可以是Q2本体二极管)阳极相连，C1正端(既网络A端)与变压器初级绕组一端相连，Q2漏极及阴极(既网络B端)与初级绕组另一端相连，C2与R1并联一端接网络A端，另一端接D3阳极及D5阴极，D3阴极接Q2门极，D5阳极接Q2源极，稳压管Z1与C3(可以是Q2门极对源极漏极分布电容)并联，其阴极接Q2门极，阳极接Q2源极；D4阳极接Q2门极，阴极接网络A端。本发明所提出的吸收电容单向充放电网络也可应用于DC-DC不隔离升压变换器中实现开关管ZVT转换；升压电感相当于变压器初级绕组，工作原理类似。
对开关电源的漏感吸收网络电路作了这样的设计后，由于C1及C2可选用较大容量，Vd波形及TR初次极电流波形在开关转换时变化速率大大降低，EMI得到根本改善；同时降低了次极采用同步整流电路的要求，同步整流变得简单可靠。综上所述，本发明为开关电源大幅提高效率降低电磁干扰，从而实现高频化、小型化及电磁兼容优化提供了一种新的方法。
附图1为开关电源方框原理图。
附图2为目前的RCC反激式开关电源原理图及稳态工作时开关管Q1和变压器TR初次级及电流i1、i2波形。
附图3为本发明所设计的电路原理图和开关管Q2稳态工作时漏极电压Vd点波行图。
具体实施例方式本发明所设计的开关电源电路如图3所示，它包括有整流电路、开关管、隔离变压器、整流滤波，电压电流采样比较放大、光电耦合、误差信号比较放大保护控制驱动电路，新设计了漏感吸收网络电路。图3中D1、D2分别为Q1、Q2的本体快恢复二极管，当开关管不存在本体二极管时可外接二极管代替。C3为非必须元件，当不外设此电容时C3代表Q2门极对源极漏极分布电容，此时C2参数要相应调整。同样C4为非必须元件，当不外设次电容时C4代表Q1漏极对源极门极分布电容。从g点开始Q1导通。TR建立一定磁场能量后在a点Q1立刻关断，由于C4的存在自然可以实施Q1的极快速ZVS关断，Q1关断损耗很小，C4可使Vd在ab段以较小斜率上开，大大减小了ENI。Vd在b点上开到Vh，吸收电C1也开始从约OV充电，bc段斜率更小。n1漏感的存在使Vd小幅过充到C点并经阻尼振荡过渡到稳态值Vh+Vr，Vr为n2整流输出时在n1感应的反射电压。b点到c点过程中，C1上电压同时施加到C2、D3、C3串联支路上，C3将充电到适当电压使Q2处于导通状态，当Vr＝110V时C3电压约10V。Z1起限幅作用保护Q2；R1上小电流经D3补充Z1漏电使C3电压稳定。Vd到d点时磁场能量从n2释放完毕，C1开始经Q2、n1放电，C4也随之经n1、Vh放电。到e点C1电压降到0，电场能量转化为TR磁场。在C1电压降到C3电压时，C3经D4放电至约0V并将Q2关断，C2则通过D5放电。可见在e点Vd＝Vh，Q2关断；从而使C1实现单向充放电，而且只能在下正上负的单向电压条件下充放电，这是Q1实现ZVS导通的关键，在e点Vd＝Vh，n1电流向上，对应的磁场能量12C1Vr2+12C4(Vh+Vr)2-12C4Vh2-C4Vr]]>Vh；此后n1中的励磁电流将磁场能量及C4中的电场能量转化反馈到直流高压电源Vh中，Vd也随之下降。从e点到f点Vd降到0V时，Vh得到的能量为C4Vh2，而C4释放的能量为 。所以只要合理设计电路参数使能量12C1Vr2+12C4(Vh+Vr)2-12C4Vh2-C4VrVh>C4Vh2]]>，既满足C1Vr2＞C4Vh2-C4Vr2就可使Vd降到0V后n1中仍有向上的电流存在，则D1将起到续流作用，Vd降到约-0.7V。这样在g点就可实施Q1的ZVS及ZCS开通，开通损耗为0。图3中控制电路CTL为一个5端网络，其作用描述如下1端接地；2端为稳压反馈及初极限流控制端，其电位由初级电流及光耦电流决定，用于调Q1导通时间实现输出稳压及限流；3为控制输出端；对地有导通、截止两种状态，用来驱动Q1的开关转换；4为Vd电位检测端；5端接辅助电源C5正极。当5端电位为0V时，3对地呈截止状态，这样在接通交流输入时Q1能通过R3启动振荡；当5端不为0V时(电源启动振荡后C5建立电压)，则一旦3对地导通将Q1关断后，只有4端检测到Vd为负电位时才使3对地转为截止，Q1方能实现ZVS开通。控制电路功能只用几个分立元件就可以作成。图3中f点以后n1中向上的电流很快下降为0并开始向下增加建立磁场，电开始下一周期工作。电路中元器件的型号和数据在电路中已标出，不再说明。
权利要求
1.一种开关电源零电压开关转换的电路，采用吸收电容单向充放电及其控制方法实现，它包括有整流电路、开关管、隔离变压器、整流滤波、电压电流采样比较放大、光电耦合、误差信号比较放大保护控制驱动电路，其特征在于设计的漏感吸收网络电路为吸收电容C1负端与Q2源极及D2阳极相连，C1正端既网络A端与变压器初级绕组一端相连，Q2漏极及阴极、既网络B端与初级绕组另一端相连，C2与R1并联一端接网络A端，另一端接D3阳极及D5阴极，D3阴极接Q2门极，D5阳极接Q2源极，稳压管Z1与C3并联，其阴极接Q2门极，阳极接Q2源极；D4阳极接Q2门极，阴极接网络A端。
2.根据权利要求1所述的一种开关电源零电压开关转换的电路，其特征在于D2可以是Q2本体二极管，C3可以是Q2门极对源极漏极分布电容。
3.根据权利要求1所述的一种开关电源零电压开关转换的电路，其特征在于本发明所提出的吸收电容单向充放电网络也可应用于DC-DC不隔离升压变换器中实现开关管ZVT转换，升压电感相当于变压器初级绕组。
全文摘要
本发明提出一种实现开关零电压开关(ZVS)方式转换的新方法——吸电容单向充放电及其控制方法。如图2所示，吸收电容C
文档编号H02M3/24GK1595781SQ20041001038
公开日2005年3月16日 申请日期2004年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者董彦明 申请人:董彦明