无损同步吸收电路、升压和降压开关电源电路制造技术

本发明专利技术提供一种无损同步吸收电路、升压和降压开关电源电路，该无损同步吸收电路，包括在开关器件断开时，由第一二极管、吸收电容和第二二极管构成充电回路，用于使吸收电容通过第一二极管和第二二极管吸收开关器件产生的尖峰电压能量；由吸收电容和总线电容构成放电回路，用于在吸收电容吸收的电压高于总线电容的电压时，对总线电容进行放电，以使吸收电容的电压能量反馈到总线电容上，实现电压能量的无损吸收。本发明专利技术能够有效抑制开关器件在断开时的尖峰电压,以及实现无损吸收和抑制共模干扰。

【技术实现步骤摘要】
无损同步吸收电路、升压和降压开关电源电路
本专利技术涉及开关电源
，特别涉及一种无损同步吸收电路、升压开关电源电路和降压开关电源电路。
技术介绍
在开关电源
中，开关电源的主要元器件为开关器件，由于开关器件在电源回路中需要通过导线与其它元器件电路连接，而导线、甚至开关器件的引脚存在寄生电感，则在开关器件的连接回路中导线的长度和宽度均影响寄生电感的大小，同时导线在印刷电路板中布局走线方式影响了寄生电感的大小。图1是开关器件输出回路的简易原理图。请参考图1，开关器件Q1通过导线与电容C1构成电流回路，由于导线及开关器件Q1的引脚、甚至电容C1的引脚存在寄生电感。图2为开关器件输出回路寄生电感的等效电路原理图，在开关器件Q1的串联回路中包括寄生电感Ls1和Ls2，并接在开关器件Q1两端的为开关器件Q1的寄生电容Coss，则在开关器件Q1截止时，根据寄生电感Ls1和Ls2两端的电流不能突变的特性，则寄生电感的电流i对开关器件Q1的寄生电容Coss进行充电，充电后就会在开关器件Q1的输出端引起尖峰电压，当较高的尖峰电压超过开关器件Q1的额定电压时，会导致开关器件Q1被击穿而损坏。其中，开关器件Q1的接通或者断开由脉冲驱动信号控制。为了抑制开关器件在截止时产生的尖峰电压，因此需要在开关器件输出端并接一个吸收电路。图3是开关器件的输出端并联吸收电路的原理图，图4是开关器件输出回路寄生电感等效电路在开关器件接通时的电流回路示意图，图5是开关器件输出回路寄生电感等效电路在开关器件断开时的电流回路示意图。请参考图4，开关器件Q1的工作原理如下：当开关器件Q1导通时，电流i经过寄生电感Ls1、开关器件Q1和寄生电感Ls2构成导通回路。请参考图5，当开关器件Q1截止时，开关器件Q1断开通路，由于寄生电感Ls1和寄生电感Ls2两端的电流不能突变，则电流经寄生电感Ls1吸收电路和寄生电感Ls2构成导通回路，而不经过开关器件Q1，从而通过吸收电路抑制由于寄生电感而导致的尖峰电压。现有技术中常见的吸收电路为RC吸收电路和RCD吸收电路。这些吸收电路的基本工作原理就是在开关器件截止时为该开关器件提供旁路换流，以吸收储存在寄生电感中的能量，并使开关器件输出端的电压被钳位，从而抑制尖峰电压。此种方案虽然有一定的效果，可以降低开关电源尖峰电压的幅值，但是降低的尖峰电压的能量需要被电路中的电阻发热转换成大量的热量，降低了开关电源的转换效率，即由于电阻的存在而构成了有损吸收电路，同时为了不增大吸收电路的损耗，吸收电容的容值大小的选型会被受到限制，导致抑制尖峰电压的能力也受到限制。由此，在一些开关电源拓扑结构中，根据器件大小和布局的优势，可以考虑去掉电阻，而使用电容做为无损吸收回路，例如升压(Boost)开关电源电路。图6为Boost开关电源的电路原理图。请参考图6，Boost开关电源包括输入端Vi和输出端Vo，并接在输入端Vi的滤波电容C1和开关器件Q1，输入端Vi的正端与开关器件Q1的输出端正极之间连接有功率电感L1，输出端Vo的正端与开关器件Q1的输出端正极之间正向连接有续流二极管D1，开关器件Q1的输出端之间并接有吸收电容Cs，吸收电容的正端与续流二极管D1的阴极连接，输出端Vo之间并接有总线电容Cbus。在开关器件Q1截止时，二极管D1和吸收电容Cs构成吸收电路。Boost开关电源的工作原理如下：图7是Boost开关电源在开关器件导通时的电流回路示意图。请参考图7，当开关器件Q1导通时，功率电感L1的电流经过开关器件Q1的输出端正极和负极回到滤波电容C1的负端，以为功率电感L1储存能量。此时，吸收电路不接通回路。图8是Boost开关电源在开关器件截止时的充电电流回路示意图。请参考图8，当开关器件Q1断开时，开关器件Q1开路，续流二极管D1和吸收电容Cs构成充电回路，其中箭头方向为充电回路的电流方向，功率电感L1的电流i经续流二极管D1、吸收电容Cs回到输入端Vi的负端形成导通回路。此时开关器件Q1断开时等效的寄生电感和/或功率电感L1产生的尖峰电压能量被吸收电容Cs充电吸收，从而抑制开关器件Q1两端产生的尖峰电压。同时续流二极管D1和总线电容Cbus构成功率回路，请参考图8，功率电感L1通过二极管D1换流后对总线电容Cbus进行充电。由此可知，续流二极管D1在吸收回路和功率回路中共用，因此需要具备较好的反向恢复特性以及较低的结电压等特性，用以保证电路的性能和可靠性，特别地，此种电路用法需要保证开关器件Q1和二极管D1在结构布局上需要靠的比较近，且器件封装带来的寄生电感要必须小，否则无法用此电路来实现无损吸收。图9是Boost开关电源吸收电容在放电时的电流回路示意图。请参考图9，因吸收电容Cs和总线电容Cbus的连接方式构成充放电回路，当吸收电容由于充电获得的尖峰电压能量使其两端的电压VCs大于总线电容Cbus两端的电压VCbus时，即VCs>VCbus时，吸收电容Cs放电对总线电容Cbus进行充电，以使吸收电容的电压能量反馈到总线电容上，实现电压能量的无损吸收，如图中箭头方向为电流方向。图10是图9中充电回路的共模干扰等效图，请参考图10，开关器件Q1两端对大地的等效电容分别为电容CY1和电容CY2，吸收电容Cs两端对大地的等效电容分别为CY3和CY4，续流二极管D1的结电容为Cd1。由于吸收电容Cs参考地为系统地，而系统地对大地之间的电位固定不变，则吸收电容Cs两端对大地的电位也不会变化，即电容CY3和电容CY4的电压为恒定值不会随时间变化，故流经电容CY3和CY4的对大地电流为0，即i3＝i4＝0。而VCY2＝VCY3也为恒定值，故流经电容CY2的电流i2＝-i3＝0。对电容CY1、续流二极管D1和电容CY4的环路来说，得到VCY1+VD1(VCd1)+VCY4＝0，又由于VCY4为恒定值，则i1＝CY1×d(VD1)/dt＝-CY1×d(VD1)/dt。由于在开关器件Q1开关过程中，d(VD1)≠0，则i1≠0，i1+i2＝i1≠0，故开关器件Q1在开关时存在对大地的电流，即存在共模干扰。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上不足，提供了一种无损同步吸收电路，以抑制开关器件在断开时产生的尖峰电压，以实现无损吸收和抑制共模干扰。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种无损同步吸收电路，包括与开关器件串联的第一二极管、总线电容、第二二极管，所述第一二极管的阴极和总线电容的公共交点与第二二极管的阳极和总线电容的公共交点之间连接有吸收电容，所述开关器件的接通或者断开由脉冲驱动信号控制；在开关器件断开时，所述第一二极管、吸收电容和第二二极管构成充电回路，用于使吸收电容通过第一二极管和第二二极管吸收开关器件产生的尖峰电压能量；所述吸收电容和总线电容构成放电回路，用于在吸收电容吸收的电压高于总线电容的电压时，对总线电容进行放电，以使吸收电容的电压能量反馈到总线电容上，实现电压能量的无损吸收。进一步的，本专利技术提供的无损同步吸收电路，所述放电回路中串联有电阻和/或电感。进一步的，本专利技术提供的无损同步吸收电路，所述充电回路串联有开关器件。进一步的，本专利技术提供的无损同步吸收电路，所述开关器件为结型场效应晶体管、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无损同步吸收电路，其特征在于，包括与开关器件串联的第一二极管、总线电容、第二二极管，所述第一二极管的阴极和总线电容的公共交点与第二二极管的阳极和总线电容的公共交点之间连接有吸收电容，所述开关器件的接通或者断开由脉冲驱动信号控制；在开关器件断开时，所述第一二极管、吸收电容和第二二极管构成充电回路，用于使吸收电容通过第一二极管和第二二极管吸收开关器件产生的尖峰电压能量；所述吸收电容和总线电容构成放电回路，用于在吸收电容吸收的电压高于总线电容的电压时，对总线电容进行放电，以使吸收电容的电压能量反馈到总线电容上，实现电压能量的无损吸收。

【技术特征摘要】
1.一种无损同步吸收电路，其特征在于，包括与开关器件串联的第一二极管、总线电容、第二二极管，所述第一二极管的阴极和总线电容的公共交点与第二二极管的阳极和总线电容的公共交点之间连接有吸收电容，所述开关器件的接通或者断开由脉冲驱动信号控制；在开关器件断开时，所述第一二极管、吸收电容和第二二极管构成充电回路，用于使吸收电容通过第一二极管和第二二极管吸收开关器件产生的尖峰电压能量；所述吸收电容和总线电容构成放电回路，用于在吸收电容吸收的电压高于总线电容的电压时，对总线电容进行放电，以使吸收电容的电压能量反馈到总线电容上，实现电压能量的无损吸收。2.如权利要求1所述的无损同步吸收电路，其特征在于，所述放电回路中串联有电阻和/或电感。3.如权利要求1所述的无损同步吸收电路，其特征在于，所述充电回路串联有开关器件。4.如权利要求1或3所述的无损同步吸收电路，其特征在于，所述开关器件为结型场效应晶体管、双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、V型槽场效应晶体管、二极管、变压器、晶闸管或光电耦合器。5.如权利要求4所述的无损同步吸收电路，其特征在于，所述充电回路中的至少一个二极管采用结型场效应晶体管、双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或V型槽场效应晶体管替代，当替代充电回路中的至少一个二极管时，所述结型场效应晶体管、双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或V型槽场效应晶体管的导通方向与充电回路的电流方向相同。6.如权利要求5所述的无损同步吸收电路，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管集成有二极管。7.如权利要求6所述的无损同步吸收电路，其特征在于，所述充电回路中的至少一个二极管采用集成有二极管的绝缘栅双极型晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁媛，李跃松，张迪，李佳航，
申请(专利权)人：宁波市北仑临宇电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33