CN1889349A - 带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构 - Google Patents

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戴奇峰
王俊永
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Abstract

本发明提供一种带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，其包括一变压器，一电容器，一开关管，及一模拟开关电路。该变压器与该电容器联接成谐振电路，并与该开关管串联，并接入输入电压。该模拟开关电路与该电容器及该变压器串联构成的谐振回路并联。当该开关管关闭时，该模拟开关电路关闭，使该电容器与该变压器构成的谐振回路电压趋于零，抑制尖峰电压的形成。

Description

带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构
【技术领域】
本发明涉及开关电源变换器，特别是一种带尖峰电压抑制的开关电源变换器的拓扑结构。
【背景技术】
众所周知，开关电源广泛应用于工业控制设施、通信办公设备及家庭电子消费设备等各个领域。其中开关型稳压电源(DC/DC变换器)的应用尤为广泛，如计算机电源，电视机等家用电器电源。
DC/DC变换器的典型主回路拓扑结构包括变压器，电容器及功率MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)等元器件。其中功率MOSFET通常运用为开关管，在功率MOSFET由导通变成截止时，变压器的绕组上就会产生尖峰电压，该尖峰电压是由高频变压器漏感(即漏磁产生的自感)而形成的，它与直流高压UI和感应电压UOR叠加后很容易损坏功率MOSFET。为此，必须增加箝位或吸收保护电路，对尖峰电压进行箝位或吸收。
现有的常规DC/DC电源变换器为解决这一技术问题提供了一些技术通路，例如：RCD吸收网络，当开关管关断时，变压器漏感能量转移到电容C上来，然后由电阻R将这部分能量消耗，对由变压器漏感产生的尖峰电压起箝位作用，但箝位电路本身要消耗磁场能量；另一种为瞬态电压抑制(TransientVoltage Suppressor，TVS)技术，以一种二极管形式的保护，抑制尖峰电压，保护电子线路中的精密元器件免受浪涌脉冲的损坏。这些MOS场效应管的箝位或吸收网络本身需要损耗一定的电路功率，不利于提高变换器的效率，且对尖峰电压的抑制效果在与增加的电路设计复杂度及成本的权衡上，并没有起到优化的效果。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，可以抑制和消除常规开关电源变换器中所产生的尖峰电压，且具有功耗小、抑制效果好等特点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，包括一变压器，一电容器，一开关管，及一模拟开关电路。该变压器与该电容器串联构成谐振电路，并与该开关管串联，并接入输入电压。该开关管为一MOS场效应管。该模拟开关电路与该电容器及该变压器联接成的谐振回路并联。当该开关管关闭时，该模拟开关电路关闭，使该电容器与该变压器联接成的谐振回路电压趋于零，抑制尖峰电压的形成。
上述技术方案的改进在于：采用带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，则可使用较低漏源电压的功率MOS场效应管作为开关管，且可延长开关管的使用寿命。
上述技术方案的进一步改进在于：常规的开关电源拓扑结构设计采用增加箝位或吸收网络，而本发明采用一个模拟开关电路抑制尖峰电压的形成，对开关电源变换器的功率损耗较耗小，提高了开关电源变换器的效率。
【附图说明】
图1是本发明带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
请参阅图1，本发明带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构包括一变压器T1，一电容器C1，一开关管Q1及一模拟开关电路K1。其中该变压器T1包括一初级绕组L1及一次级绕组(未标号)。该变压器T1与该电容器C1串联构成谐振电路。该电容器C1的正极接入电源输入正端1，该电容器C1的负极与该变压器T1的初级绕组L1的一端相联接。该初级绕组L1的另一端通过该开关管Q1与电源输入负端3相联。其中该开关管Q1为一功率MOS场效应管。该初级绕组L1是与该功率MOS场效应管Q1的漏极D相联，该功率MOS场效应管Q1的源极S与电源输入负端3相联，该功率MOS场效应管Q1的栅极G浮置。该模拟开关电路K1与该电容器C1及该变压器T1并联，亦即该模拟开关电路K1的一端与该电容器C1的正极以及电源输入正端1相联，该模拟开关电路K1的另一端与该变压器T1的初级绕组L1的一端以及该功率MOS场效应管Q1的漏极D相联。该变压器T1的次级绕组两端分别与电源输出端2，4相联。
当打开开关电源时，开关电源变换器中作为开关的开关管Q1导通，同时该模拟开关电路K1打开，该开关电源变换器正常工作。在电源输入端1，3间接输入电压Vin，在电源输出端2，4间输出电压Vout。当关闭开关电源时，开关电源变换器中作为开关的开关管Q1关断。即该功率MOS场效应管Q1由导通变为截止，该变压器T1的初级绕组L1的漏感会形成尖峰电压，此时，该模拟开关电路K1关闭，该模拟开关电路K1两端电势趋于相等，则该电容器C1的正极与该变压器T1的初级绕组L1的另一端成为近似等电势点，该电容器C1与该变压器T1的初级绕组L1上的电压和趋于零，该变压器T1的初级绕组L1的漏感无法产生尖峰电压，从而达到较为理想的尖峰电压抑制效果。
若开关电源拓扑结构中无尖峰电压抑制结构，则开关管Q1需要承受的电压值为Vin值加上关断时所产生的尖峰电压值，当尖峰电压较大时有可能将开关管Q1击穿。而采用带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，则可使用较低漏源电压的功率MOS场效应管作为开关管，且可延长开关管的使用寿命。
在一种实施方式中，该模拟开关电路K1包括MOS管驱动电路，该MOS管驱动电路与该开关管Q1交替导通，即当该开关管Q1关断时，该模拟开关电路K1中的MOS管驱动电路导通，相当时该模拟开关电路K1短接关闭。在另一种实施方式中，该模拟开关电路K1包括三极管驱动电路，该三极管驱动电路与该开关管Q1交替导通，即当该开关管Q1关断时，该模拟开关电路K1中的三极管驱动电路导通，相当时该模拟开关电路K1短接关闭。从而达成该模拟开关电路K1与该开关管Q1的同步，阻止尖峰电压的形成。

Claims (8)

1、一种带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，其特征在于：所述带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构包括一变压器，一电容器，一开关管，及一模拟开关电路，所述变压器与所述电容器联接成谐振电路，并与所述开关管串联，并接入输入电压，所述模拟开关电路与所述电容器及所述变压器联接成的谐振回路并联，所述模拟开关电路与所述开关管同步。
2、如权利要求1所述的带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，其特征在于：所述变压器包括一初级绕组，所述初级绕组的一端与所述电容器的负极联接。
3、如权利要求2所述的带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，其特征在于：所述变压器的初级绕组的另一端与所述开关管联接。
4、如权利要求3所述的带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，其特征在于：所述模拟开关电路的一端与所述电容器的正极联接，另一端与所述初极绕组与所述开关管联接的联接端相连。
5、如权利要求1所述的带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，其特征在于：所述开关管为一MOS场效应管。
6、如权利要求1所述的带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，其特征在于：所述模拟开关电路包括一三极管驱动电路。
7、如权利要求1所述的带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，其特征在于：所述模拟开关电路包括一MOS管驱动电路。
8、如权利要求2所述的带尖峰电压抑制的开关电源拓扑结构，其特征在于：所述变压器还包括一用以输出电压的次级绕组。
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