CN108712082B - 一种抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路 - Google Patents

Abstract

一种抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路，至少包括整流桥、变压机构、有源箝位驱动电路及有源箝位电路；其中变压机构包括：谐振电感器Lr，谐振电感器Lr的一端与整流桥连接；变压器，变压器的原边线圈Lm与谐振电感器Lr的另一端连接，变压器的副边分别与有源箝位驱动电路及有源箝位电路连接；有源箝位驱动电路的输出端与有源箝位电路连接。与现有技术相比，本发明抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路具有以下优点：降低电路成本；可以克服传统的初级侧加二极管箝位的方法只能箝位由外加的谐振电感器与整流管结电容产生的振荡，而不能抑制变压器漏感与整流管结电容产生的振荡的问题，并消除了谐振能量在初级环路上的损耗，提高了***的效率。

Description

一种抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及开关电源控制电路，特别是一种抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路。

背景技术

与传统的电源相比，开关电源具有体积小、重量轻、效率高、工作频率高的优点，因此受到人们的广泛关注和普遍研究。在开关电源领域，移相全桥变换器在中大功率应用的场合备受大家青睐。其中变压器的漏感可以作为谐振电感器与功率管寄生电容产生的谐振，可以实现开关管零电压开关，有效地提高了移相全桥拓扑结构的变换效率。

但是，由于初级侧变压器漏感或谐振电感器与寄生电容以及次级侧整流二极管的寄生参数引起的移相全桥电路次级侧电压振荡和电压尖峰，将会产生严重的电磁干扰，并增加整流二极管的电压应力和导通损耗。为了降低这些不利的影响，人们采用了在初级侧谐振电感器和变压器之间加箝位二极管的方式，降低次级侧的振荡。

然而，初级侧加箝位二极管的方式只能应用于有单独的谐振电感器的拓扑结构，不适用于谐振电感器与主变压器集成的拓扑结构，并且存在占空比丢失、软开关范围变窄，初级侧加箝位二极管引起的环流损耗等，影响了移相全桥拓扑结构效率的提升。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种解决上述技术问题的抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路。

为解决上述技术问题，本发明提供一种抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路，至少包括整流桥、变压机构、有源箝位驱动电路及有源箝位电路；其中

所述变压机构包括：

谐振电感器Lr，所述谐振电感器Lr的一端与所述整流桥连接；

变压器，所述变压器的原边线圈Lm与所述谐振电感器Lr的另一端连接，所述变压器的副边分别与所述有源箝位驱动电路及所述有源箝位电路连接；

所述有源箝位驱动电路的输出端与所述有源箝位电路连接。

所述有源箝位驱动电路包括：

驱动单元，所述驱动单元的输入端与驱动单片机连接；

比较单元，所述比较单元的输入端与所述变压机构的副边连接；

驱动芯片，所述驱动芯片的输入端分别与所述驱动单元的输出端及所述比较单元的输出端连接，所述驱动芯片的输出端与所述有源箝位电路连接。

所述驱动单元包括：

驱动放大器U1，所述驱动放大器U1的正相输入端与所述驱动单片机连接，所述驱动放大器U1的反相输入端与数字电源连接，所述驱动放大器U1的输出端与所述驱动芯片的输入端连接。

所述比较单元包括：

比较放大器U2，所述比较放大器U2的正相输入端与所述变压机构的副边连接，所述比较放大器U2的反相输入端与电源连接，所述比较放大器U2的输出端与所述驱动芯片的输入端连接。

所述有源箝位电路包括：

N沟道增强型金氧半场效晶体管，所述N沟道增强型金氧半场效晶体管的栅极与所述驱动芯片的输出端连接，所述N沟道增强型金氧半场效晶体管的源极与所述变压机构的副边连接，所述N沟道增强型金氧半场效晶体管的漏极通过箝位电容C接地。

与现有技术相比，本发明抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路具有以下优点：降低电路成本；可以克服传统的初级侧加二极管箝位的方法只能箝位由外加的谐振电感器与整流管结电容产生的振荡，而不能抑制变压器漏感与整流管结电容产生的振荡的问题，并消除了谐振能量在初级环路上的损耗，提高了***的效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明的有源箝位驱动电路的原理框图。

图3为本发明的有源箝位驱动电路时序图。

实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。

本发明采用有源箝位的方式，抑制由于初级侧谐振电感器与寄生电容以及次级侧整流二极管的寄生参数引起的移相全桥电路次级侧电压振荡。该电路主要组成为1）谐振电感器Lr与主变压器Lm集成的变压机构1；2）有源箝位驱动电路2；3）有源箝位电路3。其中，本发明的关键为有源箝位驱动电路2的控制时序，即有源箝位驱动电路2的控制方法。采用该方法，解决了其他抑制次级侧电压振荡的方法存在的问题，可实现主变压器与谐振电感器的集成，有利于降低成本，满足低成本开关电源的要求。

如图1、图2所示，本发明提供一种抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路，至少包括整流桥4、变压机构1、有源箝位驱动电路2及有源箝位电路3。

有源箝位驱动电路2包括驱动单元、比较单元和驱动芯片5。其中

Active_clamp_DRV为驱动单片机发出的有源钳位控制信号，驱动放大器U1的正相输入端与驱动单片机连接，驱动放大器U1的反相输入端与数字电源连接，驱动放大器U1的输出端与驱动芯片5的输入端连接。

比较放大器U2的正相输入端与变压机构1的副边连接，接收变压机构1中心抽头的电压信号TSM，比较放大器U2的反相输入端与电源连接，比较放大器U2的输出端与驱动芯片的输入端连接。

这两个信号采用线与的方式进行运算后，得到实际的有源箝位驱动信号经过驱动芯片5驱动有源箝位电路3，实现有源箝位功能。

谐振电感器Lr与主变压器Lm集成的变压机构1，其制作方法如下：

主变压器绕制时，故意增加初级线圈与次级线圈之间的距离，使初级线圈与次级线圈之间的距离较远，绕线时不要太紧密，降低主变压器初级线圈与次级线圈之间的耦合，从而产生较大的漏感。利用主变压器的漏感作为谐振电感器Lr，实现谐振电感器Lr与主变压器的集成。

有源箝位电路3，有源箝位电路3由一个N沟道增强型金氧半场效晶体管（NMOSFET）和一个箝位电容C组成，N沟道增强型金氧半场效晶体管的栅极与驱动芯片5的输出端连接，N沟道增强型金氧半场效晶体管的源极与变压机构1的副边连接，N沟道增强型金氧半场效晶体管的漏极通过电容接地。通过有源箝位驱动电路2控制NMOSFET的开通关断，实现次级侧电压振荡的抑制。特别的，箝位电容C与谐振电感器Lr行成的谐振回路的谐振频率要远小于移相全桥的开关频率fsw。即

有源箝位驱动电路2包括Active_clamp_DRV驱动部分和TSM信号处理部分。其中，Active_clamp_DRV驱动部分的驱动信号由驱动单片机产生，TSM信号处理部分根据当前时刻变压机构1的中心抽头输出电压决定该部分输出电平的高低。Active_clamp_DRV驱动部分和TSM信号处理部分通过线与的方式，产生有源箝位驱动信号，通过驱动芯片5驱动有源箝位电路3。

Active_clamp_DRV驱动部分的驱动信号由驱动单片机产生，具体时序参见图3的VAC的时序。通过图三可以看出，在初级侧驱动信号Qb、Qc或Qa、Qd同时为高电平的开始时刻，Active_clamp_DRV驱动信号VAC变为高电平，在Qb、Qc或Qa、Qd同时为高电平后的二分之一时刻，Active_clamp_DRV驱动信号VAC变为低电平。从而得到Active_clamp_DRV的驱动信号波形为图三中的VAC驱动时序。

TSM信号处理部分，根据当前时刻变压机构1的中心抽头输出电压决定该部分输出电平的高低，TSM信号处理部分输出电平的时序见图3中的Vrec时序图。

得到Active_clamp_DRV驱动信号的时序和TSM信号处理部分的输出时序后，将两个信号采用线与的方式进行运算，就可以得到有源箝位驱动信号，经过驱动芯片5驱动有源箝位电路3，实现移相全桥次级侧电压振荡的抑制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路，其特征在于，至少包括整流桥、变压机构、有源箝位驱动电路及有源箝位电路；其中

所述变压机构包括：

谐振电感器Lr，所述谐振电感器Lr的一端与所述整流桥连接；

变压器，所述变压器的原边线圈Lm与所述谐振电感器Lr的另一端连接，所述变压器的副边分别与所述有源箝位驱动电路及所述有源箝位电路连接；

所述有源箝位驱动电路的输出端与所述有源箝位电路连接；所述有源箝位驱动电路包括：

驱动单元，所述驱动单元的输入端与驱动单片机连接；

比较单元，所述比较单元的输入端与所述变压机构的副边连接；

驱动芯片，所述驱动芯片的输入端分别与所述驱动单元的输出端及所述比较单元的输出端连接，所述驱动芯片的输出端与所述有源箝位电路连接；所述驱动单元包括：

驱动放大器U1，所述驱动放大器U1的正相输入端与所述驱动单片机连接，所述驱动放大器U1的反相输入端与数字电源连接，所述驱动放大器U1的输出端与所述驱动芯片的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路，其特征在于，所述比较单元包括：

比较放大器U2，所述比较放大器U2的正相输入端与所述变压机构的副边连接，所述比较放大器U2的反相输入端与电源连接，所述比较放大器U2的输出端与所述驱动芯片的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的抑制移相全桥次级侧电压振荡的控制电路，其特征在于，所述有源箝位电路包括：

N沟道增强型金氧半场效晶体管，所述N沟道增强型金氧半场效晶体管的栅极与所述驱动芯片的输出端连接，所述N沟道增强型金氧半场效晶体管的源极与所述变压机构的副边连接，所述N沟道增强型金氧半场效晶体管的漏极通过箝位电容C接地。