CN104009643A - 一种低电压应力吸收电路的反激式开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低电压应力吸收电路的反激式开关电源，包括具有第一原边绕组(Lp1)和第二原边绕组(Lp2)的变压器(T1)、开关管(Q1)及分别对应并联连接在所述第一原边绕组(Lp1)和所述第二原边绕组(Lp2)两端的第一RCD吸收电路(1)和第二RCD吸收电路(2)。实施本发明的有益效果是，变压器T1的原边绕组采用两组RCD吸收电路，有效地降低了吸收电路中二极管、电阻及电容的电压应力，且不存在二极管电压应力不均的问题。

Description

一种低电压应力吸收电路的反激式开关电源

技术领域

本发明涉及电力电子领域，更具体地说，涉及一种低电压应力吸收电路的反激式开关电源。

背景技术

反激式开关电源以其成本低、体积小等优点，广泛用于电子产品的供电电源。在高输入电压小功率反激式开关电源***中，通常选用单管反激式开关电源，考虑成本等因素，变压器原边绕组采用RCD吸收电路来吸收变压器原边漏感的能量，但在输入电压较高的场合，该吸收电路二极管电压应力非常高，而高压二极管价格昂贵、封装大、且开关特性不好，如输入电压为1000V，RCD吸收电路中的二极管电压应力将超过1300V，需要选用1500V以上的二极管。此外，通过采用两只二极管串联的方式替换单只二极管，虽然解决了二极管电压应力过高问题，但这两个二极管在一些极端场合存在电压应力不均问题，设计时需要留有足够的余量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述现有RCD吸收电路中要么二极管电压应力高、要么存在二极管电压应力不均的缺陷，提供一种低电压应力吸收电路的反激式开关电源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种低电压应力吸收电路的反激式开关电源，包括具有第一原边绕组和第二原边绕组的变压器、开关管及分别对应并联连接在所述第一原边绕组和第二原边绕组两端的第一RCD吸收电路和第二RCD吸收电路；

所述变压器在所述开关管导通时，通过第一原边绕组和第二原边绕组储存能量，并使所述第一RCD吸收电路中的二极管和所述第二RCD吸收回路中的二极管均反向截止；所述变压器在所述开关管关断时，将所述第一原边绕组和第二原边绕组储存的能量传送到所述变压器的副边绕组，并使所述第一原边绕组和所述第二原边绕组通过对应的第一RCD吸收回路和第二RCD吸收回路续流。

在上述低电压应力吸收电路的反激式开关电源中，所述第一原边绕组和所述第二原边绕组的匝数相等，在所述开关管导通时，所述第一RCD吸收电路中的二极管电压应力为直流输入电源电压的一半与所述第一RCD吸收电路中的电容电压之和，所述第二RCD吸收电路中的二极管电压应力为直流输入电源电压的一半与所述第二RCD吸收电路中的电容电压之和。

在上述低电压应力吸收电路的反激式开关电源中，所述第一RCD吸收电路包括二极管D1、电阻R4及电容C3，所述第二RCD吸收电路包括二极管D5、电阻R5及电容C6；其中：所述第一原边绕组的异名端连接至直流输入电源的正极，所述第一原边绕组的同名端连接至所述二极管D1的阳极，所述电阻R4和所述电容C3均并联连接在所述第一原边绕组的异名端和所述二极管D1的阴极之间；所述第二原边绕组的异名端连接至所述第一原边绕组的同名端，所述第二原边绕组的同名端与所述二极管D5的阳极连接，所述电阻R5和所述电容C3均并联连接在所述第二原边绕组的异名端和所述二极管D5的阴极之间，所述开关管的漏极与所述第二原边绕组的同名端连接，所述开关管的源极与直流输入电源的负极连接。

在上述低电压应力吸收电路的反激式开关电源中，还包括用于提供负载电流的第一输出电路和第二输出电路，所述第一输出电路包括二极管D3和电容C4，所述第二输出电路包括二极管D4和电容C5，其中：所述变压器包括第一副边绕组和第二副边绕组，所述第一副边绕组的同名端连接所述二极管D3的阳极，所述电容C4并联连接在所述二极管D3的阴极和所述第一副边绕组的异名端之间；所述第二副边绕组的同名端连接所述二极管D4的阳极，所述电容C5并联连接在所述二极管D4的阴极和所述第二副边绕组的异名端之间。

在上述低电压应力吸收电路的反激式开关电源中，还包括采样电阻、反馈电路及控制芯片，其中:所述采样电阻连接在所述开关管的源极和直流输入电源的负极之间，并用于在所述开关管导通时，将流过所述第一原边绕组和所述第二原边绕组上的电流信号转换为第一电压信号并发送至所述控制芯片的电流采样端；所述反馈电路与所述第二输出电路连接，并用于检测所述第二输出电路输出的第二电压信号并发送至所述控制芯片的反馈电压输入端；控制芯片用于根据接收到的所述第一电压信号和所述第二电压信号在其输出端输出相应占空比的PWM信号至所述开关管的栅极以控制所述开关管的导通与关断。

在上述低电压应力吸收电路的反激式开关电源中，还包括连接在所述控制芯片的电流采样端和所述开关管与所述采样电阻的连接点之间的由电阻R3和电容C2组成，并用于对所述第一电压信号进行滤波的滤波电路。

在上述低电压应力吸收电路的反激式开关电源中，还包括电阻R1和电容C1，其中：所述电阻R1连接在直流输入电源的正极与所述控制芯片的供电端之间，所述电容C1连接在所述控制芯片的供电端和所述直流输入电源的负极之间。

在上述低电压应力吸收电路的反激式开关电源中，所述变压器包括第三原边绕组，该低电压应力反激式开关电源还包括由第三原边绕组、二极管及电阻组成的用于在该低电压应力反激式开关电源启动后给所述控制芯片提供辅助电源的供电电路，其中：所述第三原边绕组的同名端与所述二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极经所述电阻R2连接至所述控制芯片的供电端。

在上述低电压应力吸收电路的反激式开关电源中，所述开关管为N型场效应管。

实施本发明的低电压应力吸收电路的反激式开关电源，具有以下有益效果：该反激式开关电源中的变压器T1包括第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2，并分别对应并联连接第一RCD吸收电路和第二RCD吸收回路，即变压器T1的原边绕组采用两组RCD吸收电路，有效地降低了RCD吸收电路中二极管、电阻及电容的电压应力，并可选取第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2的匝数相等，确保了在任何情况下第一RCD吸收电路中的二极管D1和第二RCD吸收电路中的二极管D5的电压应力几乎是一致的，不存在二极管电压应力不均的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一种反激式开关电源实施例的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，是本发明一种反激式开关电源实施例的示意图，该反激式开关电源包括变压器T1、第一RCD吸收电路1和第二RCD吸收电路2、第一输出电路3和第二输出电路4以及开关管Q1。在本实施例中，该开关管Q1优选为N型场效应管，该变压器T1具有第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2以及第一副边绕组Lm1和第二副边绕组Lm2，第一RCD吸收电路1和第二RCD吸收电路2分别对应并联连接在第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2的两端，第一输出电路3连接至第一输出绕组Lm1，第二输出电路4连接至第二输出绕组Lm2。

特别地，上述第一RCD吸收电路1包括二极管D1、电阻R4及电容C3，第二RCD吸收电路2包括二极管D5、电阻R5及电容C6；其中：第一原边绕组Lp1的异名端连接至直流输入电源Vin的正极，第一原边绕组Lp1的同名端连接至二极管D1的阳极，电阻R4和电容C3均并联连接在第一原边绕组Lp1的异名端和二极管D1的阴极之间；第二原边绕组Lp2的异名端连接至第一原边绕组Lp1的同名端，第二原边绕组Lp2的同名端与二极管D5的阳极连接，电阻R5和电容C3均并联连接在第二原边绕组Lp2的异名端和二极管D5的阴极之间，开关管Q1的漏极与第二原边绕组Lp2的同名端连接，开关管Q1的源极与直流输入电源Vin的负极连接。

具体地，在开关管Q1导通时，两组RCD吸收电路中的整流二极管D1和D5反向截止，此时变压器T1相当于一个纯电感，流过第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2的电流线性上升，变压器T1通过第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2储存能量，两组RCD吸收电路的电容通过各自的电阻放电。此时二极管D1和二极管D2的电压应力之和为直流输入电源电压及电容C3电压和电容C6电压之和，在本实施例中，为了使第一RCD吸收回路1和第二RCD吸收回路2对应的二极管电压应力相等，可选取变压器T1的第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2的匝数相等，此时第一RCD吸收电路1中的二极管D1的电压应力为直流输入电源电压Vin的一半与电容C3电压之和，第二RCD吸收电路2中的二极管D5的电压应力为直流输入电源电压Vin的一半与电容C6电压之和。

在开关管Q1关断时，第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2及第一副边绕组Lm1和第二副边绕组Lm2的电压均反向，变压器T1将储存的能量传送到变压器T1的副边绕组即第一副边绕组Lm1和第二副边绕组Lm2，产生两个绕组电压并对应提供给第一输出电路3和第二输出电路4，第一输出电路3和第二输出电路4提供负载电流。同时第一RCD吸收回路1中的二极管D1和第二吸收回路2中的二极管D5导通，第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2通过对应的第一RCD吸收回路1和第二RCD吸收回路2续流，第一RCD吸收回路1和第二RCD吸收回路2均用于吸收因变压器T1的漏感在场效应管Q1上产生的尖峰电压。而因该变压器T1存在两组吸收回路，此时可以有效降低第一RCD吸收电路1中的电阻R4及电容C3的电压应力和第二RCD吸收回路2中的电阻R5及电容C6的电压应力。

因此，该反激式开关电源即使应用在输入电压即直流输入电源电压Vin较高的场合，但因变压器T1的原边绕组采用两组RCD吸收电路，有效地降低了RCD吸收电路中二极管、电阻及电容的电压应力，并可选取第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2的匝数相等，确保了在任何情况下二极管D1和D5的电压应力几乎是一致的，不存在二极管电压应力不均的问题。

上述第一输出电路3包括二极管D3和电容C4，第二输出电路4包括二极管D4和电容C5，第一副边绕组Lm1的同名端连接二极管D3的阳极，电容C4并联连接在二极管D3的阴极和第一副边绕组Lm1的异名端之间；第二副边绕组Lm2的同名端连接二极管D4的阳极，电容C5并联连接在二极管D4的阴极和第二副边绕组Lm2的异名端之间。在场效应管Q1导通期间，两组输出电路中的整流二极管D3和D4均反向截止，故变压器的副边绕组无电流流过，由输出电容C4和C5分别给负载供电；而当场效应管Q1关断时，流过第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2的电流停止，所有绕组电压反向，这种反激电压使得输出二极管D3和D4及第一副边绕组Lm1和第二副边绕组Lm2导通，并流过电流，即提供负载电流。

该反激式开关电源还包括采样电阻Rs、反馈电路5、滤波电路6及控制芯片U1，其中:采样电阻Rs连接在开关管Q1的源极和直流输入电源Vin的负极之间，滤波电路6包括电阻R3和电容C2，电阻R3的一端与开关管Q1的源极和采样电阻Rs的连接点连接，电阻R3的另一端与控制芯片U1的电流采样端CS连接，并同时经电容C2与控制芯片U1的接地端V_GND连接。

上述采样电阻Rs用于在开关管Q1导通时，将流过第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2上的电流信号转换为第一电压信号并经滤波电路6的滤波作用后发送至控制芯片U1的电流采样端CS。反馈电路5与第二输出电路4的输出端连接，用于检测第二输出电路4输出的第二电压信号并发送至控制芯片U1的反馈电压输入端V_FB。控制芯片U1则再根据接收到的第一电压信号和第二电压信号在其输出端V_G输出相应占空比的PWM信号至开关管Q1的栅极，从而控制开关管Q1的导通与关断，进而稳定第二输出电路及第一输出电路输出的电压信号。

此外，上述变压器T1还包括第三原边绕组Lp3，该反激式开关电源还包括用于在启动后给控制芯片U1提供辅助电源的供电电路7以及连接在直流输入电源Vin的正极与控制芯片U1的供电端Vcc之间的电阻R1和连接在控制芯片U1的供电端Vcc和直流输入电源Vin的负极之间的电容C1。其中：第三原边绕组Lp3的同名端与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极经电阻R2连接至控制芯片U1的供电端Vcc，在该反激式开关电源启动时，由直流输入电源Vin经电阻R1给电容C1充电，当其电压达到控制芯片U1的启动电压后，控制芯片U1开始工作，控制开关管Q1的导通与关断，当开关管Q1关断时，供电电路7中的二极管D2及变压器T1的第三原边绕组Lp3导通，因电阻R1的阻值非常大，而开关管Q1的开关频率又非常高，因此只需由直流输入电源Vin给该反激式开关电源提供一个启动电压，之后便通过第三原边绕组Lp3上的电压经防反二极管D2和限流电阻R2给控制芯片U1的供电端Vcc进行快速供电。

上述控制芯片U1在本实施例中可以由电流模式控制器UC2843实现，其具体用于通过反馈电压输入端V_FB接收由反馈电路5发送的第二输出电路4输出的第二电压信号，将该第二电压信号与内部基准电压进行比较输出一电平信号，再将该电平信号与电流采样端CS采样到的第一电压信号进行比较，从而输出相应占空比的PWM信号以控制开关管Q1的导通与关断。

实施本发明的反激式开关电源，该反激式开关电源主要应用在高输入电压小功率反激式该开关电源***中，该反激式开关电源的变压器T1包括第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2以及分别分别对应并联连接在第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2两端的第一RCD吸收电路和第二RCD吸收电路，可以有效地降低两组吸收电路中二极管、电容及电阻的电压应力，尤其是二极管的电压应力。特别地，可以选取第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2的匝数相等，在开关管Q1导通时，两组RCD吸收电路中的二极管处于阻断状态，每一RCD吸收电路的电容分别通过各自的电阻放电，此时每个二极管电压应力为直流供电源电压Vin的一半与各自RCD吸收电路中的电容电压之和，有效地降低了吸收回路中每个二极管的电压应力。

在开关管关断时，第一原边绕组Lp1和第二原边绕组Lp2通过各自对应的RCD吸收电路续流，此时可有效降低每一RCD吸收电路中电容、电阻电压应力。因此该反激式开关电源即使应用在输入电压即直流输入电源电压Vin较高的场合，但因变压器T1的原边绕组采用两组RCD吸收电路，有效地降低了吸收电路中二极管、电阻及电容的电压应力，并可选取第一原边绕组L_p1和第二原边绕组Lp2的匝数相等，确保了在任何情况下二极管D1和D5的电压应力几乎是一致的，不存在二极管电压应力不均的问题。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种低电压应力吸收电路的反激式开关电源，其特征在于，包括具有第一原边绕组(Lp1)和第二原边绕组(Lp2)的变压器(T1)、开关管(Q1)及分别对应并联连接在所述第一原边绕组(Lp1)和第二原边绕组(Lp2)两端的第一RCD吸收电路(1)和第二RCD吸收电路(2)；

所述变压器(T1)在所述开关管(Q1)导通时，通过第一原边绕组(Lp1)和第二原边绕组(Lp2)储存能量，并使所述第一RCD吸收电路(1)中的二极管和所述第二RCD吸收回路(2)中的二极管均反向截止；所述变压器(T1)在所述开关管(Q1)关断时，将所述第一原边绕组(Lp1)和第二原边绕组(Lp2)储存的能量传送到所述变压器(T1)的副边绕组，并使所述第一原边绕组(Lp1)和所述第二原边绕组(Lp2)通过对应的第一RCD吸收回路(1)和第二RCD吸收回路(2)续流。

2.根据权利要求1所述的低电压应力吸收电路的反激式开关电源，其特征在于，所述第一原边绕组(Lp1)和所述第二原边绕组(Lp2)的匝数相等，在所述开关管导通时，所述第一RCD吸收电路(1)中的二极管电压应力为直流输入电源电压的一半与所述第一RCD吸收电路(1)中的电容电压之和，所述第二RCD吸收电路(2)中的二极管电压应力为直流输入电源电压的一半与所述第二RCD吸收电路(2)中的电容电压之和。

3.根据权利要求1所述的低电压应力吸收电路的反激式开关电源，其特征在于，所述第一RCD吸收电路(1)包括二极管D1、电阻R4及电容C3，所述第二RCD吸收电路(2)包括二极管D5、电阻R5及电容C6；其中：所述第一原边绕组(Lp1)的异名端连接至直流输入电源的正极，所述第一原边绕组(Lp1)的同名端连接至所述二极管D1的阳极，所述电阻R4和所述电容C3均并联连接在所述第一原边绕组(Lp1)的异名端和所述二极管D1的阴极之间；所述第二原边绕组(Lp2)的异名端连接至所述第一原边绕组(Lp1)的同名端，所述第二原边绕组(Lp2)的同名端与所述二极管D5的阳极连接，所述电阻R5和所述电容C3均并联连接在所述第二原边绕组(Lp2)的异名端和所述二极管D5的阴极之间，所述开关管(Q1)的漏极与所述第二原边绕组(Lp2)的同名端连接，所述开关管(Q1)的源极与直流输入电源的负极连接。

4.根据权利要求1所述的低电压应力吸收电路的反激式开关电源，其特征在于，还包括用于提供负载电流的第一输出电路(3)和第二输出电路(4)，所述第一输出电路(3)包括二极管D3和电容C4，所述第二输出电路(4)包括二极管D4和电容C5，其中：所述变压器(T1)包括第一副边绕组(Lm1)和第二副边绕组(Lm2)，所述第一副边绕组(Lm1)的同名端连接所述二极管D3的阳极，所述电容C4并联连接在所述二极管D3的阴极和所述第一副边绕组(Lm1)的异名端之间；所述第二副边绕组(Lm2)的同名端连接所述二极管D4的阳极，所述电容C5并联连接在所述二极管D4的阴极和所述第二副边绕组(Lm2)的异名端之间。

5.根据权利要求4所述的低电压应力吸收电路的反激式开关电源，其特征在于，还包括采样电阻(Rs)、反馈电路(5)及控制芯片(U1)，其中:所述采样电阻(Rs)连接在所述开关管(Q1)的源极和直流输入电源的负极之间，并用于在所述开关管(Q1)导通时，将流过所述第一原边绕组(Lp1)和所述第二原边绕组(Lp2)上的电流信号转换为第一电压信号并发送至所述控制芯片(U1)的电流采样端；所述反馈电路(5)与所述第二输出电路(4)连接，并用于检测所述第二输出电路(4)输出的第二电压信号并发送至所述控制芯片(U1)的反馈电压输入端；控制芯片(U1)用于根据接收到的所述第一电压信号和所述第二电压信号在其输出端输出相应占空比的PWM信号至所述开关管(Q1)的栅极以控制所述开关管(Q1)的导通与关断。

6.根据权利要求5所述的低电压应力吸收电路的反激式开关电源，其特征在于，还包括连接在所述控制芯片(U1)的电流采样端和所述开关管(Q1)与所述采样电阻(Rs)的连接点之间的由电阻R3和电容C2组成，并用于对所述第一电压信号进行滤波的滤波电路(6)。

7.根据权利要求5所述的低电压应力吸收电路的反激式开关电源，其特征在于，还包括电阻R1和电容C1，其中：所述电阻R1连接在直流输入电源的正极与所述控制芯片(U1)的供电端之间，所述电容C1连接在所述控制芯片(U1)的供电端和所述直流输入电源的负极之间。

8.根据权利要求5所述的低电压应力吸收电路的反激式开关电源，其特征在于，所述变压器(T1)包括第三原边绕组(Lp3)，该低电压应力反激式开关电源还包括由第三原边绕组(Lp3)、二极管(D2)及电阻(R2)组成的用于在该低电压应力反激式开关电源启动后给所述控制芯片(U1)提供辅助电源的供电电路(7)，其中：所述第三原边绕组(Lp3)的同名端与所述二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极经所述电阻R2连接至所述控制芯片(U1)的供电端。

9.根据权利要求1所述的低电压应力吸收电路的反激式开关电源，其特征在于，所述开关管(Q1)为N型场效应管。