[發(fā)明專利]一種基于有源箝位反激變換器的AC-DC轉(zhuǎn)換裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010115358.4
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111200364B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何樂年;張宇鋒;劉海;奚劍雄
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發(fā)明公開了一種基于有源箝位反激變換器的AC?DC轉(zhuǎn)換裝置，該裝置功率級組成部分包括高壓整流橋、EMI濾波電路、母線電容、隔離變壓器、鉗位電容、主功率開關(guān)管、鉗位管、輸出整流管、輸出濾波電路；控制級組成部分包括輸出檢測模塊、調(diào)制發(fā)送模塊、隔離模塊、接收解調(diào)模塊、模式控制模塊、有源箝位模塊。本發(fā)明將傳統(tǒng)的RCD結(jié)構(gòu)變成了有源箝位結(jié)構(gòu)，能夠減少開關(guān)損耗，將工作頻率提高上去，以減小整塊芯片的體積；同時本發(fā)明將傳統(tǒng)反激變換器的原邊功率管、原邊控制芯片、隔離器芯片和副邊控制芯片全部集成在一起，隔離器模塊采用了電容隔離。相比于傳統(tǒng)的光耦隔離，本發(fā)明具有傳輸速率快，低功耗，壽命長等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于開關(guān)電源控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于有源箝位反激變換器的AC-DC轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)

隨著生活水平的提高，手機(jī)、筆記本、平板電腦的性能也越來越好，隨之而來的便是耗電量的加快和適配器體積越做越大。大功率的適配器，通常伴有大體積、重量重等特點(diǎn)，不能夠很好滿足便攜性的要求；隨著科技水平的提高，適配器越來越要求小型化、低價格化，所以控制器IC也必須開發(fā)符合這些要求的產(chǎn)品，具體地說就是高頻化、高效化、高密度化。

反激變換器具有拓?fù)浜唵危刂品奖悖杀镜土姶鸥蓴_小等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用中小功率的開關(guān)電源當(dāng)中，例如手機(jī)和平板的適配器、顯示器的電源。其中最常見的反激變換器是準(zhǔn)諧振谷底導(dǎo)通模式下的fly-back結(jié)構(gòu)，又稱為RCD反激變換器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通常工作在110KHz的工作頻率下，采用的是谷底導(dǎo)通的開關(guān)模式，用到的管子少，控制起來簡單快捷；但是隨著功率的提高，勢必要將體積提高，這是人們所不樂意見到的，而想要在提高功率同時減小體積的最有效的方法便是將工作頻率提高。

若將目前RCD反激變換器的工作頻率提高會存在以下問題：①RCD反激變換器通常采用谷底導(dǎo)通的模式，在開關(guān)管開啟或者是關(guān)閉的時候通常有一定的電壓(通常情況下很大)，每次開關(guān)會有較大的損失，而開關(guān)頻率的升高，會導(dǎo)致單位時間損失的能量更多。②RCD反激變換器每個周期內(nèi)會將電感內(nèi)儲存的一部分能量通過電阻熱能耗散的形式釋放掉，開關(guān)頻率的升高同樣會導(dǎo)致?lián)p失的能量增加，會導(dǎo)致電磁干擾(EMI)問題。

總體來講，固然開關(guān)頻率的提高可以使變壓器和電容等無源器件的體積變小，使得電源體積減小、重量減輕，但卻使得開關(guān)損耗增大，電源效率降低。另外，開關(guān)頻率的提高也使得電源的電磁干擾問題變得突出起來，RCD反激變換器主要局限于其高頻化所帶來的損耗和電磁干擾的問題。

有源箝位反激變換器的出現(xiàn)，能夠從以下方面幫助減小適配器的體積：①通過適當(dāng)箝位，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓導(dǎo)通(ZVS on)，從而把開關(guān)損耗降下去，在頻率提高的同時，把電磁干擾也降下去。②通過箝位電容把電感上多余的能量儲存下來，并且在下個周期將能量還給電感，傳輸?shù)捷敵龆耍瑢?shí)現(xiàn)能量的再利用，提高系統(tǒng)的工作效率。③頻率的提升能夠使得無源器件的體積做的更小，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的功率變高，體積變小，實(shí)現(xiàn)裝置的高密度化，滿足便攜性要求。

市場上現(xiàn)在的有源箝位反激變換器雖然具有高效率，但是系統(tǒng)工作時需要的輔助芯片多，各種芯片的工作壽命不同，并且采用的是光耦隔離，使用光耦隔離還需要采用光耦的偏置電路與補(bǔ)償電路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。除此之外，光耦傳輸具有非線性且傳輸速率低，而且因?yàn)楣怦畋旧泶嬖诠馑p的問題，導(dǎo)致整塊芯片的壽命不夠長。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述，本發(fā)明提供了一種基于有源箝位反激變換器的AC-DC轉(zhuǎn)換裝置，采用有源箝位結(jié)構(gòu)，能夠減少開關(guān)損耗，提高工作頻率，減小芯片體積，具有傳輸速率快，低功耗，壽命長等特點(diǎn)。

一種基于有源箝位反激變換器的AC-DC轉(zhuǎn)換裝置，包括有源箝位反激變換器及其控制單元；