RCD吸收电路及开关电源电路的制作方法

rcd吸收电路及开关电源电路
技术领域
1.本实用新型涉及电源领域，尤其涉及一种rcd吸收电路及开关电源电路。


背景技术：

2.在隔离反激电路中，变压器初级侧漏感的能量会在初级开关管关断时产生一个很高的尖峰电压，其会对初级开关管电压应力造成不良影响，故需加吸收电路将该尖峰电压吸收掉，常用的吸收电路有rc吸收，rcd吸收，有源钳位吸收等，目前绝大多数采用rcd吸收，其具有低成本，高可靠性等优点。
3.rcd吸收电路中，二极管d的反向恢复时间对效率以及emi有较大影响。选用慢恢复二极管时，在电流和功率小的情况下，其效率、emi性能都较好，但因慢恢复二极管自身损耗比快恢复二极管大，发热也较大，并且在电流大或功率大的情况下，因慢恢复二极管发热严重，会导致其温升较高，反向恢复时间进一步延长，损耗加大，效率反而比快恢复二极管低，且一旦温度与反向恢复时间出现正反馈关系，温度将持续升高，二极管会因过热而烧毁，故在大电流或大功率场合，不适合选用慢恢复二极管做rcd吸收二极管，常选用反向恢复时间较小的快恢复二极管。
4.目前没有相应的方案能够解决在大电流或大功率场合下能够兼顾效率、emi特性与rcd吸收电路中的二极管的发热问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种rcd吸收电路及开关电源电路，以解决大电流或大功率场合下的rcd吸收电路的效率、emi特性与二极管的发热如何兼顾的问题。
6.根据本实用新型的第一方面，提供了一种rcd吸收电路，包括：尖峰电压输入端、电源连接端、第一电阻、第一电容以及二极管电路单元；其中：
7.所述第一电阻的第一端连接所述电源连接端，所述第一电阻的第二端连接所述二极管电路单元的阴极；
8.所述第一电容与所述第一电阻并联连接；
9.所述二极管电路单元的阳极连接所述尖峰电压输入端；
10.所述二极管电路单元包括至少两个二极管电路子单元，所有的二极管电路子单元依次串联连接；每个二极管电路子单元均包括二极管以及与所述二极管并联的分压单元；且所有的二极管均为慢恢复二极管。
11.可选的，所述二极管电路子单元的数量为两个，所述二极管电路单元包括：
12.第一二极管，所述第一二极管的阴极作为所述二极管电路单元的阴极；
13.第二二极管，所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极连接，所述第二二极管的阳极作为所述二极管电路单元的阳极；
14.第一分压单元，与所述第一二极管并联连接；
15.第二分压单元，与所述第二二极管并联连接。
16.可选的，所述二极管电路子单元的数量为三个，所述二极管电路单元包括：
17.第一二极管，所述第一二极管的阴极作为所述二极管电路单元的阴极；
18.第二二极管，所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极连接；
19.第三二极管，所述第三二极管的阴极与所述第二二极管的阳极连接，所述第三二极管的阳极作为所述二极管电路单元的阳极；
20.第一分压单元，与所述第一二极管并联连接；
21.第二分压单元，与所述第二二极管并联连接；
22.第三分压单元，与所述第三二极管并联连接。
23.可选的，所述分压单元为分压电阻。
24.可选的，所述分压单元为分压电容。
25.可选的，所述分压单元包括分压电阻以及分压电容，所述分压电阻与所述分压电容并联连接。
26.可选的，还包括第二电阻，所述二极管电路单元的阳极通过所述第二电阻连接所述尖峰电压输入端。
27.根据本实用新型的第二方面，提供了一种开关电源电路，包括：前述任一项所述的rcd吸收电路、初级绕组、漏感、主开关管以及控制模块；
28.所述初级绕组的第一端连接至所述电源连接端；所述初级绕组的第二端连接所述漏感的第一端，所述漏感的第二端连接所述主开关管的第一端；
29.所述主开关管的第二端接地；所述主开关管的控制端接所述控制模块；
30.所述漏感的第二端连接所述尖峰电压输入端。
31.可选的，所述主开关管的第二端通过一第三电阻接地。
32.可选的，该开关电源电路还包括次级绕组。
33.本实用新型提供的rcd吸收电路与开关电源电路中，通过将二极管电路单元设置为包括至少两个二极管电路子单元，所有的二极管电路子单元依次串联连接；每个二极管电路子单元均包括二极管以及与所述二极管并联的分压单元；且所有的二极管均为慢恢复二极管。从而使得该rcd吸收电路既可以在电流和功率小的情况下使用，以获得较好的效率和emi性能；也可以在电流和功率大的情况下使用，由于电路的反向电压由串联连接的各个二极管电路子单元来进行分摊，单个二极管反向电压降低，反向恢复损耗段时间变短，因而即使在电流和功率大的情况下使用，也能获得较好的效率和emi性能，同时二极管的发热减小，单个二极管的损耗大大降低。
附图说明
34.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1是区别于本实用新型实施例的一种rcd吸收电路的电路构造示意图；
36.图2是本实用新型一实施例中的第一种rcd吸收电路的电路构造示意图；
37.图3是本实用新型另一实施例中的第二种rcd吸收电路的电路构造示意图；
38.图4是本实用新型一一实施例中开关电源电路的电路构造示意图；
39.图5是本实用新型另一实施例中开关电源电路的电路构造示意图；
40.图6是图4所示开关电源电路的波形示意图。
41.附图标记说明：
42.10-控制模块；
43.100-第一种rcd吸收电路；
44.200-第二种rcd吸收电路；
45.vin-输入电压；
46.cin-电源侧电容；
47.np-初级绕组；
48.ns-次级绕组；
49.n-初级绕组与次级绕组的匝数比；
50.d0-输出二极管；
51.c0-输出电容；
52.r0-输出电阻；
53.l1-漏感；
54.q1-主开关管；
55.r1-第一电阻；
56.r2-第二电阻；
57.r3-第三电阻；
58.r4-第一分压电阻；
59.r5-第二分压电阻；
60.r6-第三分压电阻；
61.c1-第一电容；
62.c4-第一分压电容；
63.c5-第二分压电容；
64.c6-第三分压电容；
65.d1-第一二极管；
66.d2-第二二极管；
67.d3-第三二极管；
68.21-第一分压单元；
69.22-第二分压单元；
70.23-第三分压单元。
具体实施方式
71.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
72.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
73.下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
74.在本实用新型申请文件中，慢恢复二极管指的是反向恢复时间trr大于1us的二极管；快恢复二极管指的是反向恢复时间trr小于或等于500ns的二极管，其中，trr测试条件为正向导通电流if＝0.5a,反向恢复峰值电流ir＝1.0a,反向恢复时间结束时电流irr＝0.25a。
75.申请人在提出本技术前，对rcd吸收电路进行了充分的研究，一种rcd吸收电路请参考图1，如图1所示，该吸收电路包括第一电阻r1、第一电容c1以及第一二极管d1，所述第一电阻r1与第一电容c1并联后的第一端连接电源连接端，其第二端连接第一二极管d1的阴极，第一二极管d1的阳极通过第二电阻r2接尖峰电压输入端。具体地，该rcd吸收电路应用到开关电源后，开关电源的初级绕组np的第一端连接至电源连接端，具体地该电源连接端接入输入电压vin；初级绕组np的第二端连接漏感l1的第一端，漏感l1的第二端连接主开关管q1的第一端；主开关管q1的第二端通过第三电阻r3接地；主开关管q1的控制端接控制模块10；漏感l1的第二端作为尖峰电压输入端。当然，该开关电源电路还包括次级绕组ns，且次级侧还包括输出二极管d0、输出电容c0以及输出电阻r0；输入电源侧还包括电源侧电容cin。
76.在电流大或功率大的情况下，图1所示的rcd吸收电路的第一二极管d1通常选用快恢复二极管；快恢复二极管虽然可以降低二极管的损耗，但因吸收尖峰残压较高，吸收电阻r1取值较低，损耗较大，电路的整体效率和emi性能较差。
77.现有技术中的rcd吸收电路并不能在电流大或功率大的情况下兼顾电路的效率和emi性能与二极管的损耗。
78.有鉴于此，本实用新型创造性地提出了一种新的rcd吸收电路，能够在电流大或功率大的情况下兼顾电路的效率和emi性能与二极管的损耗。
79.请参考图2，本实用新型一实施例提供的第一种rcd吸收电路100，包括：尖峰电压输入端、电源连接端、第一电阻r1、第一电容c1以及二极管电路单元；其中，电源连接端一般用于接输入电压vin，尖峰电压输入端一般接需要吸收的尖峰电压。
80.所述第一电阻r1的第一端连接所述电源连接端，所述第一电阻r1的第二端连接所述二极管电路单元的阴极；所述第一电容c1与所述第一电阻r1并联连接；所述二极管电路单元的阳极连接所述尖峰电压输入端。
81.在本实施例中，所述二极管电路单元包括两个二极管电路子单元，具体为第一二极管电路子单元以及第二二极管电路子单元，第一二极管电路子单元与第二二极管电路子单元依次串联连接。
82.第一二极管电路子单元具体包括第一二极管d1以及与所述第一二极管d1并联的第一分压单元21；第二二极管电路子单元具体包括第二二极管d2以及与所述第二二极管d2并联的第二分压单元22。具体地，第一二极管d1的阴极作为所述二极管电路单元的阴极，即第一二极管d1的阴极与所述第一电阻r1的第二端连接；第二二极管d2的阴极与所述第一二极管d1的阳极连接，所述第二二极管d2的阳极作为所述二极管电路单元的阳极，即所述第二二极管d2的阳极用于连接所述尖峰电压输入端。
83.在本实施例中，第一二极管d1以及第二二极管d2均为慢恢复二极管。
84.其中，在本实施例中，分压单元包括并联连接的分压电阻与分压电容。具体地，所述第一分压单元21包括第一分压电阻r4以及第一分压电容c4，所述第一分压电阻r4与所述第一分压电容c4并联连接。所述第二分压单元22包括第二分压电阻r5以及第二分压电容c5，所述第二分压电阻r5与所述第二分压电容c5并联连接。第一分压单元与第二分压单元用于在第一二极管d1与第二二极管d2截止时给第一二极管d1与第二二极管d2分压，使得第一二极管d1与第二二极管d2的反向恢复特性一致。
85.作为一优选实施方式，本实施例的第一种rcd吸收电路100还包括第二电阻r2，所述二极管电路单元的阳极通过所述第二电阻r2连接所述尖峰电压输入端。
86.当然，二极管电路单元包括的二极管电路子单元的数量不限于两个，还可以为其他数值，例如请参考图3，图3作为本实用新型提供的第二种rcd吸收电路200的实施例，其与图2所示的第一种rcd吸收电路100的不同之处在于二极管电路单元包括的二极管电路子单元的数量为三个。具体的，所述二极管电路单元包括第一二极管电路子单元、第二二极管电路子单元以及第三二极管电路子单元，第一二极管电路子单元、第二二极管电路子单元以及第三二极管电路子单元依次串联连接。第一二极管电路子单元具体包括第一二极管d1以及与所述第一二极管d1并联的第一分压单元21；第二二极管电路子单元具体包括第二二极管d2以及与所述第二二极管d2并联的第二分压单元22；第三二极管电路子单元具体包括第三二极管d3以及与所述第三二极管d3并联的第三分压单元23。具体地，第一二极管d1的阴极作为所述二极管电路单元的阴极，即第一二极管d1的阴极与所述第一电阻r1的第二端连接；第二二极管d2的阴极与所述第一二极管d1的阳极连接，第三二极管d3的阴极与所述第二二极管d2的阳极连接，所述第三二极管d3的阳极作为所述二极管电路单元的阳极，即所述第三二极管d3的阳极用于连接所述尖峰电压输入端。图3所示电路的其它部分与图2相同，在此不再赘述。
87.此外，分压单元的构成形式并不限于此，任何可以用来分压的电路单元都可以作为本实用新型的分压单元，例如可以使用单独的分压电阻或者单独的分压电容来作为分压单元。
88.本实用新型提供的rcd吸收电路，通过将二极管电路单元设置为包括至少两个二极管电路子单元，所有的二极管电路子单元依次串联连接；每个二极管电路子单元均包括二极管以及与所述二极管并联的分压单元；且所有的二极管均为慢恢复二极管。从而使得该rcd吸收电路既可以在电流和功率小的情况下使用，以获得较好的效率和emi性能；也可以在电流和功率大的情况下使用，由于电路的反向电压由串联连接的各个二极管电路子单元来进行分摊，单个二极管反向电压降低，反向恢复损耗段时间变短，因而即使在电流和功率大的情况下使用，也能获得较好的效率和emi性能，同时二极管的发热减小，单个二极管
的损耗大大降低。
89.请参考图4、图5，其中，图4为图2所示的第一种rcd吸收电路100应用到开关电源后的开关电源电路的电路构造示意图，图5为图3所示的第二种rcd吸收电路200应用到开关电源后的开关电源电路的电路构造示意图。
90.如图4所示，本实用新型的一种开关电源电路包括图2所示的第一种rcd吸收电路100、初级绕组np、漏感l1、主开关管q1以及控制模块10。
91.所述初级绕组np的第一端连接至第一种rcd吸收电路100的第一电阻r1的第一端，也就是连接所述电源连接端，所述电源连接段用于接入输入电压vin；所述初级绕组np的第二端连接所述漏感l1的第一端，所述漏感l1的第二端连接所述主开关管q1的第一端；所述主开关管q1的第二端接地；所述主开关管q1的控制端接所述控制模块10；所述漏感l1的第二端连接所述尖峰电压输入端，用于输入尖峰电压。其中的尖峰电压例如是主开关管q1由导通变成截止时，在变压器的初级绕组np上产生的尖峰电压。
92.其中的主开关管q1可例如为nmos管，开关管q1的第一端为漏极，开关管q1的第二端为源极，开关管q1的控制端为栅极，在其他举例中，开关管q1也可以选择三极管或其他开关器件。
93.所述控制模块10的控制端连接所述开关管q1的控制端。
94.作为一种实施方式，所述主开关管q1的第二端通过第三电阻r3接地。
95.作为一种实施方式，该开关电源电路的次级侧例如还包括输出二极管d0、输出电容c0以及输出电阻r0；其输入电源侧还包括电源侧电容cin。其中，输入电源侧以及次级侧的电路构成与现有的常规电路相同，在此不再赘述。
96.如图5所示，本实用新型的另一种开关电源电路包括如图3所示的第二种rcd吸收电路200、初级绕组np、漏感l1、主开关管q1以及控制模块10。与图4所示的开关电源电路相比，图5所示的开关电源电路除了rcd吸收电路不同之外，其他的均与图4相同，在此不再赘述。
97.关于本实用新型提供的开关电源电路的效果，请参考图6，图6为图4所示的开关电源电路的波形图。在图6所示波形图中：
98.vgs，可理解为主开关管q1的栅极信号，也可理解为主开关管q1的栅源电压；
99.vds，可理解为主开关管q1的源漏电压；
100.vclamp，可理解为第一电容c1上的钳位电压；
101.vd，可以理解为第一二极管上的反向电压；
102.vf，可以理解为二极管的正向导通压降。
103.id，可理解为第一二极管上的反向电流。
104.n，可以理解为变压器的初级绕组与次级绕组的匝数比。
105.因慢恢复二极管(第一二极管d1以及第一二极管d1)在其反向恢复期间将正向流入的电流极大部分地反向回了变压器初级绕组np端，见图6中id正负向电流波形，所以第一电阻r1两端电压vclamp会比较低，损耗也较小，第一电阻r1取值可比传统用快恢复二极管的rcd电路中电阻值大好几倍。
106.其中：
107.t1时刻，vgs开始为高电平，主开关管q1导通，初级绕组np和漏感l1的电流线性增
加；
108.t2时刻，主开关管q1关断，因初级绕组np绕组电感电流不能突变，其继续保持原有方向，对主开关管q1的漏极充电，使得主开关管q1的vds电压升高；
109.t3时刻，vds电压升高到vin+vclamp，第一二极管d1和第二二极管d2开始正向偏置并导通，vds电压被钳位在vin+vclamp，漏感l1与第一电容c1谐振；
110.t4时刻，漏感l1和第一二极管d1的电流id谐振到过零点，id电流开始反向，第一二极管d1和第二二极管d2进入反向恢复状态；
111.t5时刻，第一二极管d1和第二二极管d2的反向恢复电流达到峰值，此时第一二极管d1和第二二极管d2承受的反向电压vd也较大，其电压与电流的乘积即反向恢复损耗较大；
112.t6时刻，第一二极管d1和第二二极管d2再次导通，此时漏感l1上的电流已很小，谐振电流也较低，很快将衰减到零。
113.因而在rcd吸收电路中，二极管的损耗主要集中在t4～t6时间段，慢恢复二极管的反向恢复电流值较大，其两端承受的反向电压也较高，故损耗大，如采用两个或三个慢恢复二极管串联的方式，又能很好的均摊反向电压，将减小t4～t6反向恢复损耗段的时间，相同的反向恢复峰值电流下，单个二极管的损耗也大大降低。由于慢恢复二极管可以获得较好的效率和emi性能。因而本实用新型提供的电源电路即使在电流和功率大的情况下使用，也能在获得较好的效率和emi性能的同时降低二极管的发热，使得单个二极管的损耗大大降低；从而实现了在电流和功率大的情况下兼顾了效率、emi性能和二极管的损耗。
114.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。