[发明专利]适用于返驰式电源转换器的主动箝位电路

说明书

技术领域

本发明是有关于一种主动箝位电路，且特别是有关于一种适用于返驰式电源转换器的主动箝位电路。

背景技术

如返驰式电源转换器、顺向式电源转换器(forward converter)、推挽式电源转换器(push-pull converter)、半桥式电源转换器(half-bridge converter)及全桥式电源转换器(full-bridge converter)这类型的切换式电源转换器(switching power supply)由于体积小、重量轻、功率消耗低，在日趋复杂的电子、计算机的系统中，扮演着极重要的角色。而近几年来，由于高功率的半导体控制电路以及被动组件的快速发展，使得切换式电源转换器可以大量生产，不仅在可靠度大大的提高，而且在价格上也渐渐下降。

由于为了配合各项电子产品轻、薄、短、小的发展原则，也希望电源转换器具有更高的功率密度，因此便需要向高频的操作频率发展，但是伴随着电路中切换频率的提高，开关组件在切换时产生的切换损失问题电更为严重。这不但造成能量的浪费、效率的降低之外，同时在开关上散逸的无效热能亦使得散热问题变得更为棘手，此外还有切换动作的非理想现象而产生电压、电流突波，或是产生过大的电压、电流变化率，而使得电路组件应力增加，或是成为电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)的来源。

以返驰式电源转换器为例，如图1所示，该图绘一基本的返驰式电源转换器的电路架构图，由此图中可知，此返驰式电源转换器1中的变压器T其实是一个具有二次线圈的电感器(亦指在图面上所显示的第一侧11的一第一线圈绕组111及第二侧12的第二线圈绕组112，及图上的N₁及N₂分别代表第一线圈绕组111的匝数以及第二线圈绕组112的匝数)，当开关S导通时，电流会流经具有二次线圈的电感器T，并将能量储存于其中，此时二极管D被逆向偏压，因此，没有能量传送至负载(未显示)。当开关S截止时，具有二次线圈的电感器T中的能量才被释放并传送至负载。且此返驰式电源转换器1仅具单一主动式开关S，拥有电路架构简单、单一功率转换级以及在双向功率转换应用中控制容易等特性，所以，返驰式电源转换器1可被广泛地使用在低功率的应用领域中。与其它电源转换器，譬如顺向式电源转换器相较起来，理论上可大大降低磁性组件所占的大小与体积，同时，输出的部分仅需用到二极管D与电容器C，即可达到多组输出的目的。

然而，此返驰式电源转换器于高频下的切换动作会发生下列问题：

(1)当开关切换时，电感接上开关充电(流)后突然关闭，电感会由充磁状态变为放磁，此时由于电流路径被截断因此会产生电压突波，而使开关受到伤害。

(2)在变压器有漏电感的存在，使转换效率变差。

(3)当开关在追求高切换频率的情况下，开关切换所产生的噪声使得电磁干扰与射频干扰的问题不易解决。

(4)开关必须承受较高的跨电压以及较大的电流。

因此有许多方法以解决上述问题，如图2所示，在原返驰式电源转换器的第二侧12(图1所示)额外加上由电阻R_S、电容C_S和二极管D_S三种被动组件所组成一种RCD嵌制电路12’，其电路的动作原理如下所述：

第二侧12所有等效的寄生电感(包含接续线电感、漏电感、激磁电感等，未显示)所积蓄的能量将对开关晶体管Q的寄生电容C_P充电，因此，开关晶体管Q两端电压上升，此电压上升到和电容CS的电压相同时(一般而言，此时CS二端的电压为0或极低)，该二极管DS导通，开关晶体管Q两端的电压将被电容CS两端的电压所箝制，此时，寄生电感所积蓄的能量也会对电容CS充电，将能量转移至电容CS。最后，电容CS所储存的能量最后将经由电阻R_S以热能的形式消耗掉。

RCD嵌制电路的目的在于箝制开关组件上的电压突波，在开关由导通到截止的瞬间，可避免过大的电压突波产生而导致开关组件的损坏。然而RCD嵌制电路仍具有下列缺点：

1.虽能将开关晶体管瞬间的高跨电压一部分予以嵌制，但部分的能量被嵌制电阻所消耗，因此会影响到返驰式电源转换器的转换效率。

2.此开关晶体管由导通状态到不导通状态的瞬间，仍有不小的电压突波存在于开关晶体管的跨电压中，并且当输入电压增加时，电压突波的现象变得更加地严重，致使转换功率的提升受到限制；同时开关晶体管也容易由电压突波的存在而被破坏。