一种软开关分布式供能变换器起机尖峰抑制电路的制作方法

1.本实用新型涉及软开关谐振变换器技术领域，尤其涉及一种软开关分布式供能变换器起机尖峰抑制电路。


背景技术：

2.目前的软开关变换器主要通过谐振实现的，但是起机阶段无法实现软开关，功率器件(例如mos管等)上会产生较高的尖峰电压，导致功率器件损坏。
3.大多数解决方式主要是通过选用更高耐压的功率器件，或者加更大的rc吸收电路来避免起机阶段硬开关问题，但这样会导致造价成本过高，而且电路复杂，可靠性低，无法在变换器异常工作在硬开关状态下时起到保护作用。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种软开关分布式供能变换器起机尖峰抑制电路，旨在解决现有技术中，无法在变换器异常工作在硬开关状态下时起到保护作用的问题。
5.本实用新型实施例提供了一种软开关分布式供能变换器起机尖峰抑制电路，包括：
6.控制器；
7.供能电源；
8.驱动器，连接所述控制器；
9.开关模块，分别连接所述驱动器和所述供能电源，所述控制器通过控制所述驱动器驱动所述开关模块进行开关操作；
10.尖峰抑制模块，连接所述开关模块，所述尖峰抑制模块用于吸收抑制起机阶段所述开关模块产生的尖峰电压；
11.温度检测模块，连接所述控制器，所述温度检测模块用于检测所述尖峰抑制模块的温度，并向所述控制器发送判断信号，所述控制器基于所述判断信号控制所述驱动器驱动所述开关模块进行开关操作；
12.供能变换模块，分别连接所述开关模块和供能输出端口，所述供能变换模块用于在所述开关模块开启时，对所述供能电源进行能量转换，以对所述供能输出端口输出。
13.通过尖峰抑制模块对开关模块上的功率器件产生的尖峰电压进行吸收抑制，避免了功率器件损坏，通过温度检测模块对尖峰抑制模块的工作状态进行监测，并实时反馈尖峰抑制模块的工作状态，在非起机阶段变换器异常工作在硬开关状态下时，能够及时反馈给控制器，控制器根据预设流程判断，闭环控制电路重回软开关，或驱动驱动器关闭向开关模块的输出控制。
14.在本电路中，由于设置有尖峰抑制模块，开关模块可使用造价比较便宜的功率器件mos管等，降低成本，而且所需实现电路简单(尖峰抑制模块可以是tvs等类似器件，温度检测模块可以由热敏电阻等检测电路组成)；能在变换器异常工作在硬开关状态下时起到
保护作用，及时转换为软开关或关闭驱动器输出，以保证功率器件不被损坏。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型实施例提供的软开关分布式供能变换器起机尖峰抑制电路的结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例提供的软开关分布式供能变换器起机尖峰抑制电路的电路示意图；
18.图3为本实用新型实施例提供的软开关分布式供能变换器起机尖峰抑制电路的硬件过温保护电路示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
21.还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
22.还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
23.请参阅图1-2，一种软开关分布式供能变换器起机尖峰抑制电路，包括：
24.控制器；
25.供能电源；
26.驱动器，连接所述控制器；
27.开关模块，分别连接所述驱动器和所述供能电源，所述控制器通过控制所述驱动器驱动所述开关模块进行开关操作；
28.尖峰抑制模块，连接所述开关模块，所述尖峰抑制模块用于吸收抑制起机阶段所述开关模块产生的尖峰电压；
29.温度检测模块，连接所述控制器，所述温度检测模块用于检测所述尖峰抑制模块的温度，并向所述控制器发送判断信号，所述控制器基于所述判断信号控制所述驱动器驱
动所述开关模块进行开关操作；
30.供能变换模块，分别连接所述开关模块和供能输出端口，所述供能变换模块用于在所述开关模块开启时，对所述供能电源进行能量转换，以对所述供能输出端口输出。
31.在一实施例中，通过尖峰抑制模块对开关模块上的功率器件产生的尖峰电压进行吸收抑制，避免了功率器件损坏，通过温度检测模块对尖峰抑制模块的工作状态进行监测，并实时反馈尖峰抑制模块的工作状态(温度)，在非起机阶段变换器异常工作在硬开关状态下时，能够及时将温度信号反馈给控制器，控制器根据预设流程判断，闭环控制电路重回软开关，或驱动驱动器关闭向开关模块的输出控制。
32.在本电路中，由于设置有尖峰抑制模块，开关模块可使用造价比较便宜的功率器件mos管等，降低成本，而且所需实现电路简单(尖峰抑制模块可以是tvs等类似器件，温度检测模块可以由热敏电阻等检测电路组成)；能在变换器异常工作在硬开关状态下时起到保护作用，及时转换为软开关或关闭驱动器输出，以保证功率器件不被损坏。
33.具体的，控制器通过第一控制信号控制驱动器，驱动器通过第二控制信号驱动开关模块。
34.其中，控制器可以为mcu。
35.其中，开关模块可以为mos管。
36.其中，供能变换模块为谐振变换器。
37.以下在说明的时候，由于大部分电路是对称的，故有时不对器件中的1和2进行区分，在理解上不会造成误会，特此声明。
38.在一实施例中，所述开关模块包括nmos管qt1和nmos管qt2，所述nmos管qt1和nmos管qt2的栅极分别连接所述驱动器，所述nmos管qt1和nmos管qt2的源极分别连接所述供能电源的负极，所述nmos管qt1和nmos管qt2的漏极分别通过所述供能变换模块连接所述供能电源的正极。
39.在本实施例中，在起机阶段硬开关状态下，nmos管qt1和nmos管qt2会产生较高的尖峰电压，通过尖峰抑制模块进行吸收抑制。
40.具体的，供能电源为供能变换器的输入电源，以提供相应的能源由供能变换模块转换后输出。
41.在一实施例中，所述尖峰抑制模块包括瞬态抑制二极管tvs1和瞬态抑制二极管tvs2，所述瞬态抑制二极管tvs1的阳极连接所述nmos管qt1的源极，所述瞬态抑制二极管tvs1的阴极连接所述nmos管qt1的漏极，所述瞬态抑制二极管tvs2的阳极连接所述nmos管qt2的源极，所述瞬态抑制二极管tvs2的阴极连接所述nmos管qt2的漏极。
42.在本实施例中，通过瞬态抑制二极管tvs1和瞬态抑制二极管tvs2分别对两组nmos管产生的尖峰电压进行吸收抑制，避免nmos管产生较高的尖峰电压而损坏。
43.在一实施例中，所述供能变换模块包括变压器tf1，所述变压器tf1的输入绕组包括第一输入绕组和第二输入绕组，所述第一输入绕组分别连接所述nmos管qt1的漏极和所述供能电源的正极，所述第二输入绕组分别连接所述nmos管qt2的漏极和所述供能电源的正极。
44.在本实施例中，只是公开了部分谐振变换器的器件和各个模块的连接关系，具体的谐振变换器实现可参考现有的谐振变换器或者参照附图，由于该谐振变换器的实现部分
不在本技术的保护范围，故不作具体限定。
45.在一实施例中，所述开关模块包括电阻r3、电阻r4、电阻r5和电阻r6，所述电阻r3设置于所述nmos管qt1的栅极和所述驱动器之间，所述电阻r4设置于所述nmos管qt1的栅极和所述nmos管qt1的源极之间；
46.所述所述电阻r5设置于所述nmos管qt2的栅极和所述驱动器之间，所述电阻r6设置于所述nmos管qt2的栅极和所述nmos管qt2的源极之间。
47.在一实施例中，所述供能电源的正极和负极之间设置极性电容e1，所述极性电容e1的正极连接所述供能电源的正极，所述极性电容e1的负极连接所述供能电源的负极。
48.在本实施例中，通过极性电容e1进行滤波。
49.在一实施例中，所述温度检测模块包括热敏电阻ntc1和热敏电阻ntc2，所述热敏电阻ntc1和热敏电阻ntc2的一端分别接地，所述热敏电阻ntc1的另一端通过电阻r1连接上拉电源，所述热敏电阻ntc1的另一端连接所述控制器，所述热敏电阻ntc2的另一端通过电阻r2连接所述上拉电源，所述热敏电阻ntc2的另一端连接所述控制器。
50.在本实施例中，通过设置上拉电源，控制器在热敏电阻正常工作的情况下，一直检测到较高的电压，在热敏电阻随着检测到的温度升高后，会逐渐降低阻值，并使得热敏电阻连接控制器一端的电压逐渐变小；由于热敏电阻在升温的过程中，阻值是连续变化的，控制器可以根据检测到的电压变化曲线判断此时的绝对温度和温度爬升斜率，判断控制器是否工作在异常状态，如果判断控制器工作在异常状态，就会对控制器进行闭环控制，使控制器重回到软开关状态，从而降低尖峰抑制模块的温度，此方案为软件保护方式。
51.请参阅图3，在一实施例中，所述温度检测模块还包括比较器u1a和比较器u1b，所述比较器u1a的正输入引脚连接所述热敏电阻ntc1的另一端，所述比较器u1a的负输入引脚通过电阻r7连接所述上拉电源，所述比较器u1a的负输入引脚通过电阻r8接地，所述比较器u1a的输出端通过反接二极管d5连接所述控制器的otp引脚；
52.所述比较器u1b的正输入引脚连接所述热敏电阻ntc2的另一端，所述比较器u1b的负输入引脚连接所述比较器u1a的负输入引脚，所述比较器u1b的输出端通过反接二极管d6连接所述控制器的otp引脚；
53.所述控制器的otp引脚通过电阻r11连接所述上拉电源。
54.在本实施例中，通过设置比较器，在热敏电阻升温至某一过温阈值后，将会在热敏电阻与比较器连接的一端(比较器的正输入引脚)形成较低的电压(可以称呼为预设电压，该电压可根据实际情况进行调整，具体与比较器的负输入引脚上的电压值有关，即在比较器的正输入引脚电压值小于对应比较器的负输入引脚电压值时，对应比较器的输出端会输出低电平，反之输出高电平)，此时比较器的输出端会产生一个低电平，控制器的otp引脚同步被置为低电平。
55.具体的，在上一实施例中(软件保护方式)，如果调节后，温度仍继续上升，达到预设的过温阈值后，就会触发本实施例中硬件过温保护的otp信号(变为低电平)，mcu收到otp信号后，驱动驱动器关闭开关模块的驱动信号，此方案区别于上一实施例，为一硬件保护方式，可与上一实施例结合形成软硬件保护，使得保护更加全面，硬件保护作为软件保护的兜底保护方式，在温度升高到某一过温阈值后才会启动。
56.具体的，通过上拉电源和电阻r8，使得比较器的负输入引脚一直具有一个大于0的
电压。
57.在热敏电阻与比较器连接的一端(比较器的正输入引脚)的电压逐渐变小，并在比较器的正输入引脚的电压值小于该比较器的负输入引脚的电压值时，该比较器的输出端会输出低电平，此时otp引脚会接收到低电平信号。
58.具体的，比较器的电源接入口分别连接上拉电源和接地，在连接上拉电源一端和并联有一接地的电容c100。
59.具体的，附图3中，比较器u1b和比较器u1a为一个8脚器件。
60.在一实施例中，所述比较器u1a的正输入引脚和所述热敏电阻ntc1之间设置电阻r9：
61.所述比较器u1b的正输入引脚和所述热敏电阻ntc2之间设置电阻r10；
62.所述比较器u1a的正输入引脚通过电容c120接地；
63.所述比较器u1b的正输入引脚通过电容c110接地。
64.在本实施例中，电阻r9和电容c120形成rc滤波。
65.电阻r10和电容c110形成rc滤波。
66.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。