包括双极有源箝位的开关模式电源制造技术

开关模式电源可以包括双极装置(例如双极结型晶体管)，所述双极装置与电容器串联连接并可作为双极箝位开关进行操作，其中可以通过使集电极‑基极结正向偏压而使所述双极装置接通。当使基极‑集电极结偏压反向时，与所述双极装置相关联的所述电容器可以基于从变压器初级绕组获得并存储在所述电容器中的能量而使所述双极箝位开关保持导通达有限的时间。所述双极箝位开关的存储电荷性质可以用于使所述双极箝位开关保持导通和工作，以作为有源箝位，而不需要高驱动器电路。

Switch mode power supply including bipolar active clamp

【技术实现步骤摘要】
包括双极有源箝位的开关模式电源
本专利技术涉及一种包括双极有源箝位的开关模式电源以及一种操作开关模式电源的方法。
技术介绍
电源被很好地表征和理解，因为所有电子系统需要某种功率。对于从移动装置到线路供电硬件的应用，因为趋向于较小的尺寸、较高的效率、较高的可靠性和较大的功率完整性，所以电源设计和选择仍然继续对工程师造成挑战。随着比如5G的高速数据通信系统的出现，定时和噪声容限要求正变得极端。为了解决较小尺寸外型中的有效且可靠的功率递送问题，电源设计者可以使用具有反激拓扑的开关模式电源(SMPS)。此类反激拓扑(即，电路设计)可以用于高达150瓦的功率电平，并且可以在较小的尺寸和较低的成本下提供具有较低组件计数的设计。电路设计中的反激拓扑还可以提供输入/输出隔离，并且通常提供良好的效率。SMPS或“切换器(switcher)”是使用切换调节器以维持来自AC或DC源的稳定输出电压的电源。切换调节器通常使用在“接通”和“关断”状态之间切换以维持输出电压调节的一个或多个半导体装置，例如双极结型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅极双极晶体管(IGBT)。半导体装置可以以固定的“接通”时间和可变的频率操作，或者更通常地，以固定的频率和可变的占空比操作。当切换装置“接通”或“关断”时，切换装置的低功耗引起高效率。半导体装置通常在状态之间的转变期间耗散功率。而且，因为切换频率通常为几十千赫，所以变压器、电感器和电容器可以小得多，从而提供高容积效率。有源箝位电路正用于开关模式电源中以回收泄漏电感损耗。对于离线反激开关模式电源，有源箝位电路通常是用N型MOSFET开关装置制成，并包括高压侧驱动器。因为高压侧驱动器通常需要电平移位电路，所以高压侧驱动器会给有源箝位SMPS拓扑增加显著的成本。高压侧驱动器通常还需要昂贵的高压IC技术。离线有源箝位反激(ACF)技术是昂贵的，因为它通常使用N型MOSFET开关装置，与双极装置相比，N型MOSFET开关装置更昂贵。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种开关模式电源，包括：串联连接的双极结型晶体管，所述双极结型晶体管包括集电极、基极、发射极和电容器，所述电容器被配置为有源箝位电路并适用于通过使与所述双极结型晶体管相关联的集电极-基极结正向偏压而使所述双极结型晶体管接通。在一个或多个实施例中，所述开关模式电源进一步包括用于由控制IC驱动的低压侧开关的漏极，所述漏极还与变压器的初级绕组的第一末端连接件和所述有源箝位电路连接。在一个或多个实施例中，所述双极结型晶体管的存储电荷使所述双极结型晶体管保持导通并作为有源箝位进行操作。在一个或多个实施例中，所述双极结型晶体管的导通时间取决于所述双极结型晶体管的存储电荷。在一个或多个实施例中，所述开关模式电源进一步包括具有短路的基极和发射极的所述双极结型晶体管。在一个或多个实施例中，所述开关模式电源进一步包括：用第一末端连接到所述集电极的第一电阻器；以及包括阳极和阴极的至少一个二极管，所述至少一个二极管用所述阳极连接到所述第一电阻器的第二末端并用所述阴极连接到所述基极。在一个或多个实施例中，所述第一电阻器和所述至少一个二极管用于通过将电流从所述集电极-基极结偏转到所述至少一个二极管而减少所述双极结型晶体管的电荷存储时间。在一个或多个实施例中，所述开关模式电源进一步包括与所述电容器并联连接的第二电阻器。在一个或多个实施例中，所述开关模式电源进一步包括：与所述电容器串联连接到变压器的初级绕组的第一末端连接件的所述集电极；连接到接地或所述初级绕组的输入电压和第二末端连接件中的至少一个的所述发射极；以及连接到所述发射极的所述基极。在一个或多个实施例中，所述开关模式电源进一步包括：与所述电容器串联连接到变压器的初级绕组的第一末端连接件的所述发射极；连接到接地或所述初级绕组的输入电压和第二末端连接件中的至少一个的所述集电极；以及连接到所述发射极的所述基极。在一个或多个实施例中，所述双极结型晶体管的所述基极由第一电阻器连接到所述发射极。根据本专利技术的第二方面，提供一种开关模式电源，包括：双极结型晶体管，所述双极结型晶体管包括集电极、基极和发射极，所述双极结型晶体管与电容器串联连接，所述电容器被配置为有源箝位电路并适用于通过使与所述双极结型晶体管的所述集电极和所述基极相关联的集电极-基极结正向偏压而使所述双极结型晶体管接通；连接到所述集电极的第一电阻器的第一末端；以及包括阳极和阴极的至少一个二极管，所述至少一个二极管用所述阳极连接到所述第一电阻器的第二末端，并且所述至少一个二极管用所述阴极连接到所述基极。在一个或多个实施例中，所述双极结型晶体管的存储电荷使所述双极结型晶体管保持导通并作为有源箝位进行操作。在一个或多个实施例中，所述开关模式电源进一步包括：与所述电容器串联连接到变压器的初级绕组的第一末端连接件的所述集电极；连接到接地或所述初级绕组的输入电压和第二末端连接件中的至少一个的所述发射极；以及连接到所述发射极的所述基极。在一个或多个实施例中，所述开关模式电源进一步包括：与所述电容器串联连接到变压器的初级绕组的第一末端连接件的所述发射极；连接到接地或所述初级绕组的输入电压和第二末端连接件中的至少一个的所述集电极；以及连接到所述发射极的所述基极。根据本专利技术的第三方面，提供一种操作开关模式电源的方法，包括：在开关模式电源的次级冲程开始时，使包括基极、发射极和集电极的双极结型晶体管的集电极-基极结正向偏压，从而使电流能够从所述集电极流向所述基极，其中所述双极结型晶体管的集电极电流对基极电流的比率使电流从所述集电极流向所述发射极；以及当将与变压器中的泄漏电感相关联的能量传送到电容器时，使流过所述双极结型晶体管的电流能够使存储在所述双极结型晶体管中的电荷反向，由此随着电流从所述发射极流向所述集电极而使所述双极结型晶体管保持导通。在一个或多个实施例中，存储在所述双极结型晶体管中的所述电荷使所述双极结型晶体管保持导通并作为有源箝位进行操作。在一个或多个实施例中，所述双极结型晶体管的导通时间取决于存储在所述双极结型晶体管中的电荷。在一个或多个实施例中，连接到所述集电极的电阻器和连接到所述基极的至少一个二极管用于通过将电流从所述集电极-基极结偏转到所述至少一个二极管来从所述集电极到所述基极限制所述电流而减少所述双极结型晶体管的存储时间。在一个或多个实施例中，通过使与所述双极结型晶体管相关联的所述集电极-基极结正向偏压，使所述双极结型晶体管接通以由此作为有源箝位电路进行操作，以使所述双极结型晶体管的存储电荷能够在所述集电极-基极结偏压反向时使所述双极结型晶体管保持导通。本专利技术的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关模式电源，其特征在于，包括：/n串联连接的双极结型晶体管，所述双极结型晶体管包括集电极、基极、发射极和电容器，所述电容器被配置为有源箝位电路并适用于通过使与所述双极结型晶体管相关联的集电极-基极结正向偏压而使所述双极结型晶体管接通。/n

【技术特征摘要】
20181130 US 16/207,0181.一种开关模式电源，其特征在于，包括：
串联连接的双极结型晶体管，所述双极结型晶体管包括集电极、基极、发射极和电容器，所述电容器被配置为有源箝位电路并适用于通过使与所述双极结型晶体管相关联的集电极-基极结正向偏压而使所述双极结型晶体管接通。


2.根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于，进一步包括用于由控制IC驱动的低压侧开关的漏极，所述漏极还与变压器的初级绕组的第一末端连接件和所述有源箝位电路连接。


3.根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于，所述双极结型晶体管的存储电荷使所述双极结型晶体管保持导通并作为有源箝位进行操作。


4.根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于，所述双极结型晶体管的导通时间取决于所述双极结型晶体管的存储电荷。


5.根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于，进一步包括具有短路的基极和发射极的所述双极结型晶体管。


6.根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于，进一步包括：
用第一末端连接到所述集电极的第一电阻器；以及
包括阳极和阴极的至少一个二极管，所述至少一个二极管用所述阳极连接到所述第一电阻器的第二末端并用所述阴极连接到所述基极。


7.根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于，进一步包括：
与所述电容器串联连接到变压器的初级绕组的第一末端连接件的所述集电极；
连接到接地或所述初级绕组...

【专利技术属性】
技术研发人员：琼·维夏德·斯特里耶克，
申请(专利权)人：恩智浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL