反激式零电压软开关开关电源制造技术

本发明专利技术公开了一种反激式零电压软开关开关电源，包括第一集成电路、第一三极管、第一高频变压器和振荡电路，所述第一集成电路的输入端连接有振荡电路，输出端通过第一三极管连接到第一高频变压器，所述振荡电路上还并联有外同步电路。本发明专利技术采用外同步电路对振荡电路的电容快速注入电荷，使原本固定的电容电压上升时间变为可变，使得第一集成电路输出高电平的时间变为可控，实现了同步变频。降低了开关损耗，比常规的３８４２／３／４／５类反激式电路拓扑具有更高的电源变换效率，功率管的温升更低，输出更大的功率，具有更高的性能价格比。而且电磁干扰更低，该电源能应用在对电磁干扰敏感的设备上，可靠性更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高频开关电源，尤其涉及反激式、零电压软开关准谐振高频开 关电源的电路拓扑方案。技术背景低成本、通用型3842/3/4/5类脉宽调制(P丽)控制集成电路(IC)在单端、 固定频率电路拓扑中具有代表性。例如UC3842/3/4/5，数据手册引用ST公 司UC3842/3/4/5数据手册。特别是在制作小功率反激式开关电源应用中(〈100W) 电路拓扑简单，总体成本较低。其特点是电流型，PB1控制输出，开关频率固定。3842/3/4/5类P丽控制集成电路应用十分广泛，但3842/3/4/5属于固定频 率P丽控制电路，用3842/3/4/5常规电路拓扑制作的反激式开关电源无法实现 零电压软开关。随着开关电源技术的进步，开关电源向高频化、高功率密度、高可靠性、低 电磁干扰(EMI)发展已是当今电源设计的主流。以UC3842/3/4/5类P丽控制集成为代表的，固定频率P丽控制电路的缺点 也已充分显现。由于开关是硬切换，功率场效应管(M0SFET)上的输出电容及 其他分布电容在开关开通时的损耗无法避免，这就意味着硬开关P丽控制电路 有开关损耗大、功率MOSFET温升高、电磁干扰大等等无法克服的缺点。图1为反激式主电路图。零电压软开关由于是在功率MOSFET上漏极电压过 零时开通，所以在M0SFET上的漏-源寄生电容Coss、高频变压器上的寄生电容、 及PCB上的分布电容上的电荷已释放完毕，理论上是无损耗开通。另外由于零 电压软开关电路拓扑接有谐振电容Cr，在MOSFET关断时，由于高频变压器上漏感的存在，在对谐振电容Cr充电是按一定的斜率上升，虽然此时漏极电流为峰值Ip，但漏-源电压仍很低，此时MOSFET关断损耗(损耗功率三角)也很小。 最大限度地降低了 M0SFET的损耗，大大减小了 M0SFET的温升。与硬开关电路 路输出同样的功率时零电压软开关电路的效率更高。因此，电源的可靠性也更常规的用3842/3/4/5 P丽控制IC制作的反激式电路拓扑的缺陷在输入电 压变化或负载变化时，3842/3/4/5通过反馈环路自动调整脉宽输出，达到稳定 输出的目的。但输入电压变化或负载变化是随机的，无法预知。3842/3/4/5仅 仅是改变输出脉宽，M0SFET的开通时间是固定的，所以无法实现零电压开通的 硬件条件。为实现零电压开通，芯片必须具有波形跟随能力，即同步能力。多 家国外著名的集成电路生产商已经开发出专门用于反激式的准谐振控制芯片， 但昂贵的价格令对成本敏感的产品望而却步。因此，寻求零电压软开关的低成 本解决方案具有现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有技术中存在的问题，提出一种反激式零电 压软开关开关电源，能够降低开关损耗，输出更大功率，并降低电磁干扰。为实现上述目的，本专利技术专利提出了一种反激式零电压软开关开关电源， 包括第一集成电路、第一三极管、第一高频变压器和振荡电路，所述第一集成 电路的输入端连接有振荡电路，输出端通过第一三极管连接到第一高频变压器， 所述振荡电路上还并联有外同步电路。作为优选，所述振荡电路包括第十一电阻和第九电容，所述外同步电路并 联在第九电容两端。作为优选，所述外同步电路包括第十三电容、第十五电阻、第十二极管、 第十四电阻、第十二电容，所述第十三电容的一端接第九电容的一端，另一端、与第十五电阻的一端及第十二极管的负极连接，第十五电阻的另一端与第九电 容的另一端及第十四电阻的一端连接，第十四电阻的另一端连接到第十二极管 的正极，第十二极管的正极通过第十二电容连接到第一高频变压器的输入端。作为优选，所述外同步电路还包括第八二极管，所述第八二极管并联在第 九电容的两端。作为优选，所述外同步电路还包括第九二极管，所述第九二极管的正极接 第八二极管的正极，负极接第一高频变压器的输入端。作为优选，所述第一集成电路采用UC3842芯片或者UC3843芯片或者UC3844 芯片或者UC3845芯片。本专利技术专利的有益效果本专利技术采用外同步电路对振荡电路的电容快速注 入电荷，使原本固定的电容电压上升时间变为可变，虽然电容的放电时间也是 固定的，但改变了充电时间，使得第一集成电路输出高电平的时间变为可控， 实现了同歩变频。降低了开关损耗，比常规的3842/3/4/5类反激式电路拓扑具 有更高的电源变换效率，功率管的温升更低，输出更大的功率，具有更高的性 能价格比。而且电磁干扰更低，该电源能应用在对电磁干扰敏感的设备上，可 靠性更高。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的 限定。附图说明图l是反激式主电路图2是UC3842/3/4/5芯片的RC振荡原理图3是本专利技术反激式零电压软开关开关电源的电路框图4是本专利技术反激式零电压软开关开关电源的电路原理图；'图5是采用外充电电路快速注入电荷后输出高电平开始对伺及实现与Vf谷-点同步的VCt波形图。具体实施方式参阅图l，反激式主电路图，零电压软开关由于是在功率MOSFET上漏极电 压过零时开通，所以在M0SFET上的漏-源寄生电容Coss、高频变压器上的寄生 电容、及PCB上的分布电容上的电荷已释放完毕，理论上是无损耗开通。另外 由于零电压软开关电路拓扑接有谐振电容Cr，在MOSFET关断时，由于高频变压 器上漏感的存在，在对谐振电容Cr充电时按一定的斜率上升，虽然此时漏极电 流为峰值，但漏-源电压仍很低，此时M0SFET关断损耗(损耗功率三角)也很 小。最大限度地降低了 M0SFET的损耗，大大减小了 M0SFET的温升。比硬开关 电路路输出同样的功率时零电压软开关电路的效率更高。要实现反激式零电压软开关需要具备以下条件第一个条件电路必须工作在电流不连续(DCM)方式，(注连续电流CCM 方式的零电压软开关方案不在本设计的考虑范围。)只有存储在初级电感(Lp) 的储能全部传输到次级后，初级电感Lp才能与谐振电容Cr产生谐振。谐振电 容Cr上存储的能量Cr*(Vin+Vf)72 (注Vin是输入DC电源电压，Vf是回扫 电压)才能通过初级电感Lp回馈给电源产生谐振。谐振电容Cr上的电压由于 有初级电感Lp的作用才能按正弦规律对谐振电容Cr反向充电，形成V^ (Cr上 的电压)波谷。第二个条件MOSFET必须在V^的波谷点开通。要同步￥&波形，检测Va的 谷点，保证在每个周期的V。,谷点开通MOSFET。由于输入电压变化或负载变化的 随机性，要跟随Vei.的谷点这就意味着P丽控制芯片的频率要跟随输入电压的变 化或负载的变化而变化。而UC3842/3/4/5为固定频率芯片，本设计克服了 3842/3/4/5芯片非变频设计的规则，用3842/3/4/5类P丽控制IC芯片，在设 计允许范围内的输入电压变化和负载从最重到开路能全程同步Ve,.的谷点，保证 在谷点开通M0SFET。第三个条件Vf要大于等于Vin，谐振电容Cr上的电压才能过零。回扫电 压Vf要要大于等于输入电压Vin。这个是非必要条件，但Vf大于等于Vin是理 想条件。这样在理论上能使谐振电容Cr上的电压过零。实现MOSFET零电压开 通。这会使加在M0SFET上漏极的电压等于2倍的Vin。在工程上还得考虑M0SFET 的耐压。设计在较低的Cr电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
反激式零电压软开关开关电源，包括第一集成电路（ＩＣ１）、第一三极管（Ｑ１）、第一高频变压器（Ｔ１）和振荡电路（１），所述第一集成电路（ＩＣ１）的输入端连接有振荡电路（１），输出端通过第一三极管（Ｑ１）连接到第一高频变压器（Ｔ１），其特征在于：所述振荡电路（１）上还并联有外同步电路（２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑皆乐，
申请(专利权)人：浙江光益光能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]