一种副边有源钳位驱动控制电路的制作方法

1.本实用新型涉及开关电源，特别涉及一种应用在开关电源副边的有源钳位驱动控制电路。


背景技术：

2.在所有的开关电源变换器的副边整流电路中，在副边整流的过程中由于变压器的漏感和整流开关管的寄生结电容产生谐振，在整流开关管关断的时候这种谐振就会发生，而且漏感和结电容都是无法消除的，当漏感较大时，谐振过程产生的尖峰会更大，因此使用有源钳位电路是一个很好的无损吸收的方法。同时为了降低损耗，常通过辅助绕组按匝比耦合输出电压的方式，在开关电源正常工作之后获得控制电路的供电电压。
3.现有的技术一般将有源钳位电路的控制驱动电路进行单独设计，同时由于辅助绕组供电设计的需求，变压器中又多了增加了一组绕组。特别是采用与控制电路pcb共板设计的平面变压器，由于平面变压器绘制绕组空间受限，在平面变压器中增加绕组进行设计会使得pcb利用率降低，使得电路设计更难满足高功率密度的需求。复用单元电路进行电路设计成为简化产品电路设计、提高产品功率密度的发展趋势。


技术实现要素：

4.针对相关技术中存在的问题，本实用新型提出了一种副边有源钳位驱动控制电路，应用于同步整流控制的开关电源，开关电源的输出滤波电感工作在连续模式，通过采样开关电源输出滤波电感两端的电压，控制副边有源钳位驱动电路输出驱动信号v2，以控制副边有源钳位电路，同时在开关电源工作过程中，通过滤波使得输出电压按匝比耦合开关电源输出电压+vo，同步获得副边有源钳位驱动电路的供电电压vdd。
5.为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：
6.一种副边有源钳位驱动控制电路，应用于同步整流控制的开关电源，开关电源的输出滤波电感工作在连续模式，其特征在于：包括采样供电模块、稳压模块、控制模块和驱动模块，采样供电模块通过采样输出滤波电感的信号，作为副边有源钳位驱动控制电路的输入信号，使副边有源钳位驱动控制电路输出驱动信号控制副边有源钳位电路，同时在开关电源工作过程中，采样供电模块通过滤波使得输出电压按匝比耦合开关电源输出电压+vo，同步获得副边有源钳位驱动控制电路的供电电压vdd；
7.所述采样供电模块包括辅助绕组l22、整流管d12、整流管d13、整流管d14、电容c12，辅助绕组l22为开关电源输出滤波电感l21的辅助绕组，辅助绕组l22的2端与输出滤波电感l21的3端为同名端，辅助绕组l22的2端连接整流管d13阳极、整流管d14阴极，二极管d13的阴极与电容c12的一端的连接点作为采样供电模块的第一输出端vdd，辅助绕组l22的1端与整流管d12的阴极的连接点作为采样供电模块的第二输出端v1，整流管d12的阳极、整流管d14阳极与电容c12的另一端共同接地。
8.作为上述副边有源钳位驱动控制电路的一种具体实施方式，所述稳压模块包括电
阻r12、整流管d15、稳压管d16，电阻r12的一端作为稳压模块的输入端连接采样供电模块的第二输出端v1，电阻r12另一端连接整流管d15的阳极，整流管d15的阴极连接稳压管d16的阴极，稳压管d16的阳极接地，电阻r12与整流管d15的阳极的连接点作为稳压模块的输出端。
9.作为上述副边有源钳位驱动控制电路的一种具体实施方式，所述控制模块包括电阻r13、电阻r14，电阻r15、电容c13、整流管d17和三极管q12，电阻r13的一端作为控制模块的输入端与稳压模块的输出端连接，电阻r13的另一端与电阻r14的一端、电容c13的一端连接，电容c13的另一端与电阻r15的一端、三极管q12的基极以及整流管d17的阴极连接，电阻r14的另一端、电阻r15的另一端、三极管q12的发射极以及整流管d17的阳极接地，三极管q12的集电极作为控制模块的输出端。
10.作为上述副边有源钳位驱动控制电路的一种具体实施方式，所述驱动模块包括电阻r16、电阻r17、三极管q13、三极管q14、电容c14和整流管d18，三极管q13的基极、三极管q14的基极和电阻r16的一端的连接点作为驱动模块的输入端与控制模块的输出端连接，电阻r16的另一端和三极管q13的集电极的连接点连接采样供电模块的第一输出端vdd，三极管q13的发射极与三极管q14的发射极连接电阻r17的一端，电阻r17的另一端连接电容c14的一端，电容c14的另一端与整流管d18的阳极的连接点作为驱动模块的输出端输出信号v2，三极管q14的集电极、整流管d18的阴极接地。
11.本实用新型提供的另一种技术方案为：
12.一种副边有源钳位驱动控制电路，应用于同步整流控制的开关电源，开关电源的输出滤波电感工作在连续模式，其特征在于：辅助绕组l22、电阻r12、r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电容c12、电容c13、电容c14、整流管d12、整流管d13、整流管d14、整流管d15、稳压管d16、整流管d17、整流管d18、三极管q12、三极管q13和三极管q14；
13.辅助绕组l22为开关电源输出滤波电感l21的辅助绕组，辅助绕组l22的2端与输出滤波电感l21的3端为同名端，辅助绕组l22的2端连接整流管d13阳极、整流管d14阴极，二极管d13的阴极与电容c12的一端的连接点作为供电端vdd，辅助绕组l22的1端与整流管d12的阴极的连接点作为信号输入端v1；
14.信号输入端v1连接电阻r12的一端，电阻r12的另一端连接整流管d15阳极与电阻r13的连接点，整流管d15的阴极连接稳压管d16的阴极，电阻r13的另一端连接电容c13的一端与电阻r14的一端的连接点，电容c13的另一端、整流管d17阴极与电阻r15的一端的连接点连接三极管q12的基极，三极管q12的集电极连接电阻r16的一端、三极管q13基极与三极管q14基极的连接点，电阻r16的另一端与三极管q13集电极的连接点连接供电端vdd，电阻r17的一端连接三极管q13发射极与三极管q14发射极的连接点，电阻r17的另一端连接电容c14的一端，电容c14的另一端连接整流管d18的阳极的连接点作为副边有源钳位驱动控制电路的输出端输出信号v2，整流管d12的阳极、整流管d14阳极、电容c12的另一端、稳压管d16阳极、电阻r14另一端、电阻r15另一端、整流管d17阳极、三极管q12发射极、三极管q14集电极与整流管d18阴极共同接地。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下进步效果：
16.1、本实用新型能较高精度地控制有源钳位电路进行功率管的应力吸收，有效的抑制了副边整流开关管由于漏感带来了尖峰应力，产品的可靠性进一步提升。
17.2、本实用新型通过对有源钳位驱动控制电路的优化设计，简化了有源钳位电路的控制方案，优化了大功率电源拓扑电路设计。
18.3、本实用新型通过采样供电模块同时进行副边供电及有源钳位电路的控制，更好地实现了变压器绕组的优化设计，有效减小了变压器体积。
附图说明
19.图1为本实用新型副边有源钳位驱动控制电路的原理图；
20.图2为本实用新型副边有源钳位驱动控制电路的工作时序图；
21.图3为本实用新型辅助绕组供电模块工作时序图。
具体实施方式
22.下面结合给出本实用新型实施例中的附图，更清楚、完整地说明本实用新型的技术方案。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
23.具体实施例
24.图1是本实用新型副边有源钳位驱动控制电路的原理图，一种副边有源钳位驱动控制电路，应用于同步整流控制的开关电源，开关电源的输出滤波电感工作在连续模式，包括采样供电模块、稳压模块、控制模块和驱动模块；
25.采样供电模块包括辅助绕组l22、整流管d12、整流管d13、整流管d14、电容c12，辅助绕组l22为开关电源输出滤波电感l21的辅助绕组，辅助绕组l22的2端与输出滤波电感l21的3端为同名端，辅助绕组l22的2端连接整流管d13阳极、整流管d14阴极，二极管d13的阴极与电容c12的一端的连接点作为采样供电模块的第一输出端vdd，辅助绕组l22的1端与整流管d12的阴极的连接点作为采样供电模块的第二输出端v1，整流管d12的阳极、整流管d14阳极与电容c12的另一端共同接地。
26.稳压模块包括电阻r12、整流管d15、稳压管d16，电阻r12的一端作为稳压模块的输入端连接采样供电模块的第二输出端v1，电阻r12另一端连接整流管d15的阳极，整流管d15的阴极连接稳压管d16的阴极，稳压管d16的阳极接地，电阻r12与整流管d15的阳极的连接点作为稳压模块的输出端。
27.控制模块包括电阻r13、电阻r14，电阻r15、电容c13、整流管d17和三极管q12，电阻r13的一端作为控制模块的输入端与稳压模块的输出端连接，电阻r13的另一端与电阻r14的一端、电容c13的一端连接，电容c13的另一端与电阻r15的一端、三极管q12的基极以及整流管d17的阴极连接，电阻r14的另一端、电阻r15的另一端、三极管q12的发射极以及整流管d17的阳极接地，三极管q12的集电极作为控制模块的输出端。
28.驱动模块包括电阻r16、电阻r17、三极管q13、三极管q14、电容c14和整流管d18，三极管q13的基极、三极管q14的基极和电阻r16的一端的连接点作为驱动模块的输入端与控制模块的输出端连接，电阻r16的另一端和三极管q13的集电极的连接点连接采样供电模块的第一输出端vdd，三极管q13的发射极与三极管q14的发射极连接电阻r17的一端，电阻r17的另一端连接电容c14的一端，电容c14的另一端与整流管d18的阳极的连接点作为驱动模块的输出端输出信号v2，三极管q14的集电极、整流管d18的阴极接地。
29.所述采样供电模块共有两个输出端，第一输出端vdd为采样供电模块通过滤波使得输出电压按匝比耦合开关电源输出电压+vo，同步获得副边有源钳位驱动控制电路的供电电压vdd；第二输出端v1为采样供电模块采样开关电源输出滤波电感的信号，作为副边有源钳位驱动控制电路的输入信号v1，控制副边有源钳位驱动电路的输出信号v2作为有源钳位电路的输入信号。
30.开关电源拓扑采用硬开关全桥，该拓扑副边采用同步整流控制的桥式整流电路。
31.同步整流控制方案的开关电源正常工作情况下，输出滤波电感l21工作于连续模式，滤波电感l21两端的电压跟随原边开关管工作呈现周期性变化，通过辅助绕组l22采样开关电源输出滤波电感l21两端的电压，进而控制副边有源钳位驱动控制电路输出驱动信号。
32.该电路的具体工作过程如下：
33.如图2为本实用新型副边有源钳位驱动控制电路的工作时序图，当原边开关管q导通，滤波电感l21与副边桥式整流电路的连接点耦合滤波电感l21的4端到高电平信号，辅助绕组l22输出端v1输出高电平信号，副边有源钳位驱动控制电路感应到高电平信号后，通过电阻r12、整流管d15、稳压管d16进行稳压，稳压后通过电阻r13、r14、r15对电容c13进行充电，c13充电过程三极管q12导通，同时控制三极管q13截止、三极管q14导通，输出驱动电平v2；持续充电一段时间后，电容c13两端电压接近稳压值，三极管q12截止，同时控制三极管q13导通、三极管q14截止，驱动电平v2截止；由于电容c13充电电压固定，充电时间固定，故副边有源钳位驱动控制电路可输出固定时间宽度的占空比信号v2，如图3中v2波形，v2控制副边有源钳位电路工作，通过副边有源钳位电路中的电容c11在这个过程中进行充放电，有效地实现副边整流管的电压钳位；同时采样供电模块中整流管d13截止。
34.同时当电路中不添加整流二极管d12、稳压管d13时，有源钳位驱动控制电路感应高电平信号v1并输出占空比信号v2，v2的时间宽度随v1电压幅值变化，v1越高，v2时间宽度越宽；可通过电阻r13、r14、r15、电容c12的选型设计，控制c12的充放电时间，从而控制三极管q12的导通时间，进而控制驱动模块部分的工作，控制v2信号的时间宽度，使得v2时间宽度在满足电路设计的规格范围。
35.当原边开关管关断，滤波电感l21两端的电压翻转，辅助绕组l22输出端v1输出低电平信号，电容c13通过电阻r14、电阻r15、整流二极管d17进行放电，副边有源钳位驱动控制电路逐渐置位，保证了输出驱动信号v2接近为零电压，关断有源钳位电路中的pmos管q11，保障了下个周期有源钳位电路的正常工作；与此同时采样供电模块的整流管d13导通，电容c12通过整流管d13周期性进行充电，使得采样供电模块的输出电压vdd按匝比耦合开关电源输出电压+vo，如图3所示，为开关电源输出电压+vo、采样供电模块的第一输出端vdd、采样供电模块的第二输出端v1之间的关系，当滤波电感l21与辅助绕组l22匝比为1:1时，输出电压+vo与第一输出端vdd之间只相差一个二极管压降，约0.5v，实现控制电路的供电。
36.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，还可以做出若干改进和润饰，这些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，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。