CN105915061A - 一种漏感能量利用的集成正反激电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种漏感能量利用的集成正反激电路，包括原边输入电路、反激副边电路、正激副边电路和滤波输出电路，正激变压器TX1、反激变压器TX2均工作于高频脉宽调制状态，开关管Q导通时正激副边电路工作，而开关管Q关断时反激副边电路工作。这样，第一、反激变压器TX2漏感的能量被完全回收利用，提高变换器的工作效率；第二、开关管Q电压被箝位，能有效降低其电压应力，正激副边电路将漏感能量直接传递到负载RL，且无需附加去磁绕组；第三、正激副边电路、反激副边电路交替向负载RL传递能量，有利于降低输出纹波；第四、只有一个开关管Q，且该开关管Q源极接地，PWM驱动器更加容易设计和实现。

Description

一种漏感能量利用的集成正反激电路
技术领域
本发明涉及电路技术领域，尤其是一种漏感能量利用的集成正反激电路。
背景技术
随着电力电子技术的发展，高频开关电源得到了广泛的研究和应用。反激电路因结构简单，且能够实现电气隔离，广泛应用于小功率的开关电源产品。
漏感产生于线圈耦合不完全，因此漏感出现在线圈耦合的场合，如变压器、电感器。反激电路因变压器漏感的存在，使得变压器原边的能量不能百分之百传递至副边，造成能量利用的不完全，导致在增加损耗的同时，也降低了变换器的效率。
开关变换器高频漏感的存在对电路拓扑中开关器件的应力影响很大，在电路开关管断开的瞬间，漏感存储的能量会产生反电动势应力尖峰，容易造成开关器件过压击穿，漏感还可能与电路中的分布电容组成振荡回路，产生振荡并向外辐射电磁能量。因为反激变换器变压器带有气隙，所以反激电路的漏感相比其他隔离变换器更大，漏感存储的能量也更多，即漏感对反激电路的影响比对其他变换器的影响大很多。
如何能简单有效的回收利用漏感的能量，同时降低开关管电压应力，一直是广大科技工作者和工程师的研究目标。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种漏感能量利用的集成正反激电路，能够减小反激电路漏感造成的损耗和附加的器件电压应力，漏感能量可以回收利用，提高变换器效率，降低开关器件电压应力。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种漏感能量利用的集成正反激电路，包括
一原边输入电路，包括二极管D2、二极管D3、电容CS、开关管Q、变压器TX1原边电感LP1、变压器TX2原边电感LP2；
一反激副边电路，包括二极管D1、变压器TX1副边电感LS1；
一正激副边电路，包括二极管D4、二极管D5、电感Lf、变压器TX2副边电感LS2；
一滤波输出电路，包括电容C1；
所述变压器TX1原边电感LP1的同名端与外界电源Vin的正极连接；所述变压器TX1原边电感LP1的非同名端与开关管Q的漏极相连；所述开关管Q的源极与外界电源Vin的负极相连；所述变压器TX1副边电感LS1非同名端通过二极管D1的连接到输出滤波电容C1的正极，所述变压器TX1副边电感LS1同名端与输出滤波电容C1负极相连；所述变压器TX2原边电感LP2同名端与开关管Q的源极及外界电源Vin负极相连；所述变压器TX2原边电感LP2的非同名端与二极管D3的P极相连；所述变压器TX2副边电感LS2同名端通过D4与输出滤波电路相连；所述变压器TX2副边电感LS2的非同名端与输出滤波电容C1负极相连。
作为一种优选方案，所述外界电源Vin是一输入直流电压源，所述外界电源Vin的正极连接所述漏感能量利用的集成正反激电路的输入端正极，外界电源Vin的负极连接所述漏感能量利用的集成正反激电路的输入端负极。
作为一种优选方案，还包括一负载RL；所述负载RL连接在所述漏感能量利用的集成正反激电路的输出电解电容 C1正极和负极之间。
作为一种优选方案，所述开关管Q是一MOSFET；所述开关管Q的一端是MOSFET的漏极，所述开关管Q的另一端是MOSFET的源极，所述开关管Q的控制端是MOSFET的栅极。
作为一种优选方案，所述二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5为快恢复二极管。
作为一种优选方案，所述电容 Cs是高频电容。
作为一种优选方案，所述漏感能量利用的集成正反激电路的工作模式是电感电流连续 CCM、电感电流断续 DCM 或电感电流临界 BCM。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，本发明的一种反激漏感能量可以回收利用的集成正反激电路，包括原边输入电路、反激副边电路、正激副边电路和滤波输出电路，正激变压器TX1、反激变压器TX2均工作于高频脉宽调制状态，开关管Q导通时正激副边电路工作，而开关管Q关断时反激副边电路工作。这样，第一、反激变压器TX2漏感的能量被完全回收利用，提高变换器的工作效率；第二、开关管Q电压被箝位，能有效降低其电压应力，正激副边电路将漏感能量直接传递到负载，且无需附加去磁绕组；第三、正激副边电路、反激副边电路交替向负载RL传递能量，有利于降低输出纹波；第四、只有一个开关管Q，且该开关管Q源极接地，PWM驱动器更加容易设计和实现。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明之较佳实施例的一种漏感能量利用的集成正反激电路的原理图。
图2是本发明之较佳实施例的一种漏感能量利用的集成正反激电路第一种工作模态示意图。
图3是本发明之较佳实施例的一种漏感能量利用的集成正反激电路第二种工作模态示意图。
图4是本发明之较佳实施例的一种漏感能量利用的集成正反激电路第三种工作模态示意图。
图5是本发明之较佳实施例的一种漏感能量利用的集成正反激电路第四种工作模态示意图。
图6是本发明之较佳实施例的一种漏感能量利用的集成正反激电路第五种工作模态示意图。
图7是本发明之较佳实施例的一种漏感能量利用的集成正反激电路第六种工作模态示意图。
图8是本发明之较佳实施例的一种漏感能量利用的集成正反激电路控制框图。
附图标识说明：
100、漏感能量利用的集成正反激电路
1、原边输入电路 2、反激副边电路
3、正激副边电路 4、滤波输出电路
1001、控制芯片 1002、电流检测电路
1003、电压检测电路 1004、驱动电路。
具体实施方式
请参照图1至图8所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，是一种漏感能量利用的集成正反激电路100，包括原边输入电路1、反激副边电路2、正激副边电路3和滤波输出电路4。原边输入电路1包括二极管D2、二极管D3、电容CS、开关管Q、变压器TX1原边电感LP1和变压器TX2原边电感LP2；反激副边电路2包括二极管D1和变压器TX1副边电感LS1；正激副边电路3包括二极管D4、二极管D5、电感Lf和变压器TX2副边电感LS2；滤波输出电路4包括电容C1。
其中，所述变压器TX1原边电感LP1的同名端与外界电源Vin的正极连接；所述变压器TX1原边电感LP1的非同名端与开关管Q的漏极相连；所述开关管Q的源极与外界电源Vin的负极相连；所述变压器TX1副边电感LS1非同名端通过二极管D1的连接到输出滤波电容C1的正极，所述变压器TX1副边电感LS1同名端与输出滤波电容C1负极相连；所述变压器TX2原边电感LP2同名端与开关管Q的源极及外界电源Vin负极相连；所述变压器TX2原边电感LP2的非同名端与二极管D3的P极相连；所述变压器TX2副边电感LS2同名端通过D4与输出滤波电路（4）相连；所述变压器TX2副边电感LS2的非同名端与输出滤波电容C1负极相连。这样，利用的集成正反激电路的输出电流为正反激绕组电流的叠加，输出纹波可大为减小，同时变换器的功率容量更大。反激变压器TX1漏感的能量被完全回收利用，提高了变换器的工作效率，并且，开关管Q电压被箝位，能有效降低其电压应力。
本实施例中，所述外界电源Vin是一输入直流电压源，所述外界电源Vin的正极连接所述漏感能量利用的集成正反激电路100的输入端正极，外界电源Vin的负极连接所述漏感能量利用的集成正反激电路100的输入端负极，以提供直流电压。
还包括一负载RL；所述负载RL连接在所述漏感能量利用的集成正反激电路100的输出电解电容 C1正极和负极之间。正激副边电路3将漏感能量直接传递到负载RL，且无需附加去磁绕组，正激副边电路3和反激副边电路2交替向负载传递能量，有利于降低输出纹波。
所述开关管Q是一功率MOSFET；所述开关管Q的一端是MOSFET的漏极，所述开关管Q的另一端是MOSFET的源极，所述开关管Q的控制端是MOSFET的栅极。由于本发明只有一个开关管Q，且功率MOSFET开关管源极接地，PWM驱动器更加容易设计和实现。
所述二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5为快恢复二极管，具有开关特性好、反向恢复时间短的特点。
所述电容 Cs是高频电容，其具有极高的稳定性，其电容量几乎不受时间、交流、直流信号的影响。并且具有极低的介质损耗，即极高的Q值，超低的ESR。
所述漏感能量利用的集成正反激电路(100)的工作模式是电感电流连续 CCM、电感电流断续 DCM 或电感电流临界 BCM。
本实施例的一种漏感能量利用的集成正反激电路100，正反激变压器均工作于高频脉宽调制状态，开关管Q导通时正激副边电路3工作，而开关管Q关断时反激副边电路2工作。本实施例的一种漏感能量利用的集成正反激电路100的输出为正反激绕组电流的叠加，输出纹波可大为减小，同时变换器的功率容量更大。
下面以附图1为主电路结构，结合附图2至图7来叙述本发明的漏感能量利用的集成正反激电路100的具体工作原理和工作模态。
工作模态1：如图2所示，开关管Q导通，根据同名端标识情况，反激变压器TX1原边电感LP1的电流线性上升，副边没有能量输出，反激变压器TX1原边电感LP1能量线性增加；正激绕组工作，D4导通、D5截止，向副边传递能量，给输出电容C1和负载RL供电。开关管Q导通初始，由于Cs的作用，正激变压器TX2原边电压箝位在VCsmax，Cs、Lp2、二极管D3和功率开关管Q的组成回路，忽略二极管压降， Cs放电、Lp2充电，此过程持续到开关管Q关断。
工作模态2：如图3所示，开关管Q关断，反激变压器TX1原边维持电流不变，产生下正上负的感生电动势，给开关管Q的等效结电容充电，由于结电容很小，开关管Q漏源极两端电压近似线性上升，开关管Q的漏极电压迅速上升uds=Vin+VCs，二极管D2导通；正激变压器TX2原边绕组Lp2、D3、D2和Vin组成磁复位电路，正激变压器TX2副边绕组极性反向，D4关断，此时滤波电感Lf通过D5继续给输出供电。直到电容Cs两端电压上升到n1Uo，反激副边电路2对负载RL放电，即进入模态3。
工作模态3：如图4所示，反激变压器TX1的漏感通过D2、Cs继续放电，反激变压器TX1下正上负的感生电动势使反激变压器TX1副边二极管D1因承受正向电压导通，反激绕组工作，向副边传递能量，给输出电容C1和负载RL供电，同时反激变压器TX1原边绕组的电压被输出电压箝位-nVo；滤波电感Lf通过D5继续给输出供电，正激变压器TX2原边绕组Lp2继续放电至电流为零。
工作模态4：如图5所示，此过程反激变压器TX1副边绕组继续工作，给输出电容C1和负载RL供电，反激变压器TX1原边电感Lp1、电容Cs、二极管D2组成的回路继续放电，直到电流减小到零。
工作模态5：如图6所示，反激变压器TX1副边电流逐渐减小到零，此过程结束。
工作模态6：如图7所示，副边二极管D1、二极管D4、二极管D5均关断，此时输出电容C1向负载RL供电，直至下个周期到来。
为实现以上工作原理，采用的控制方案如附图8所示：输出经电压检测电路103电压检测后送与控制芯片1001处理，产生PWM波形；开关管Q的电流经电流检测电路1002送至控制芯片1001，以决定是否关断开关管Q；产生的PWM波经相应的放大功能的驱动电路1004驱动开关管Q。
综上所述，本发明的设计重点在于，本发明的一种反激漏感能量可以回收利用的集成正反激电路，包括原边输入电路1、反激副边电路2、正激副边电路3和滤波输出电路4，正激变压器TX1、反激变压器TX2均工作于高频脉宽调制状态，开关管Q导通时正激副边电路3工作，而开关管Q关断时反激副边电路2工作。这样，第一、反激变压器TX2漏感的能量被完全回收利用，提高变换器的工作效率；第二、开关管Q电压被箝位，能有效降低其电压应力，正激副边电路3将漏感能量直接传递到负载RL，且无需附加去磁绕组；第三、正激副边电路3、反激副边电路2交替向负载RL传递能量，有利于降低输出纹波；第四、只有一个开关管Q，且该开关管Q源极接地，PWM驱动器更加容易设计和实现。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种漏感能量利用的集成正反激电路（100），其特征在于：包括
一原边输入电路（1），包括二极管D2、二极管D3、电容CS、开关管Q、变压器TX1原边电感LP1、变压器TX2原边电感LP2；
一反激副边电路（2），包括二极管D1、变压器TX1副边电感LS1；
一正激副边电路（3），包括二极管D4、二极管D5、电感Lf、变压器TX2副边电感LS2；
一滤波输出电路（4），包括电容C1；
所述变压器TX1原边电感LP1的同名端与外界电源Vin的正极连接；所述变压器TX1原边电感LP1的非同名端与开关管Q的漏极相连；所述开关管Q的源极与外界电源Vin的负极相连；所述变压器TX1副边电感LS1非同名端通过二极管D1的连接到输出滤波电容C1的正极，所述变压器TX1副边电感LS1同名端与输出滤波电容C1负极相连；所述变压器TX2原边电感LP2同名端与开关管Q的源极及外界电源Vin负极相连；所述变压器TX2原边电感LP2的非同名端与二极管D3的P极相连；所述变压器TX2副边电感LS2同名端通过D4与输出滤波电路（4）相连；所述变压器TX2副边电感LS2的非同名端与输出滤波电容C1负极相连。
2.根据权利要求1所述的一种漏感能量利用的集成正反激电路（100），其特征在于：所述外界电源Vin是一输入直流电压源，所述外界电源Vin的正极连接所述漏感能量利用的集成正反激电路（100）的输入端正极，外界电源Vin的负极连接所述漏感能量利用的集成正反激电路（100）的输入端负极。
3.根据权利要求1所述的一种漏感能量利用的集成正反激电路（100），其特征在于：还包括一负载RL；所述负载RL连接在所述漏感能量利用的集成正反激电路(100)的输出电解电容 C1正极和负极之间。
4.根据权利要求1所述的一种漏感能量利用的集成正反激电路（100），其特征在于：所述开关管Q是一MOSFET；所述开关管Q的一端是MOSFET的漏极，所述开关管Q的另一端是MOSFET的源极，所述开关管Q的控制端是MOSFET的栅极。
5.根据权利要求1所述的一种漏感能量利用的集成正反激电路（100），其特征在于：所述二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5为快恢复二极管。
6.根据权利要求1所述的一种漏感能量利用的集成正反激电路（100），其特征在于：所述电容 Cs是高频电容。
7.根据权利要求1所述的一种漏感能量利用的集成正反激电路（100），其特征在于：所述漏感能量利用的集成正反激电路(100)的工作模式是电感电流连续 CCM、电感电流断续 DCM 或电感电流临界 BCM。
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