專利名稱：一種工作于開關(guān)頻率的整流二極管電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于開關(guān)電源中 工作于開關(guān)頻率的整流二極管電路。
背景技術(shù)：
在開關(guān)電源中廣泛使用二極管作為整流器件，工作于開關(guān)頻率的整 流二極管處于不斷開通-關(guān)斷-開通…的工作模式下，反復(fù)的被切斷和通
過大的電流。由于這種工作模式下電流相對時(shí)間(di/dt)的變化大，加 上二極管的反向恢復(fù)電流，不僅會(huì)引起電路噪聲，同時(shí)會(huì)對電路中其他 器件造成影響。
在實(shí)際應(yīng)用中，開關(guān)電源經(jīng)常通過在整流二極管引線腳上套磁珠的 方法，來抑制二極管關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的反向恢復(fù)電流。這種方法在抑制二極 管反向恢復(fù)電流的同時(shí)也呈現(xiàn)出其固有缺點(diǎn)，即，降低了整流二極管的 開通速度，這會(huì)帶來其他方面不良的影響?，F(xiàn)以PFC (功率因數(shù)校正) 電路為例來說明。在開關(guān)電源交流輸入端會(huì)使用Boost升壓變換器來實(shí) 現(xiàn)功率因數(shù)校正，同時(shí)將交流電壓變換成直流高電壓，以減小因?yàn)榉蔷€ 性負(fù)載引起的諧波對電網(wǎng)的"污染"。Boost變換器的電路結(jié)構(gòu)如圖l所 示PWM控制信號(hào)使功率開關(guān)MOS管Q工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，電感L 中流過高頻的脈動(dòng)電流。為防止整流二極管D的反向恢復(fù)電流引起EMI 干擾(EMI_Electromagnetic Interference—電磁干擾)，在整流二極管的 陽極引線腳上加一個(gè)小磁珠L1，如圖2所示。開關(guān)管Q開通瞬間，電感L中的電流需要從回路①切換到回路②中，切換過程中整流二極管電
流過零時(shí)，^茲珠Ll呈現(xiàn)出高的阻抗，有效地抑制了整流二極管反向恢 復(fù)電流引起的電流尖峰，實(shí)現(xiàn)了使用該磁珠Ll的目的。然而磁珠Ll 在抑制反向恢復(fù)電流的同時(shí)，減慢了整流二極管的開通速度，即在開關(guān) 管Q關(guān)斷瞬間，該^茲珠同樣會(huì)阻止電流從回路②向回路①的切換。這導(dǎo) 致在此過程中電感L中的能量沒有瀉;改回路，就會(huì)造成開關(guān)管Q的DS (漏極和源極)兩端出現(xiàn)高的電壓尖峰，而且電流越大，電壓尖峰越大， 不僅是潛在的EMI干擾源，而且會(huì)引起開關(guān)管Q的DS (漏極和源極) 過電壓擊穿，增加了開關(guān)管的選型難度。
現(xiàn)有技術(shù)在解決這個(gè)問題的方法， 一般是通過如圖3所示的RCD吸 收電路對電壓尖峰進(jìn)行處理。該吸收電路與開關(guān)管Q并聯(lián)，其工作原理 為當(dāng)開關(guān)管Q關(guān)斷瞬間，磁珠L1未飽和而呈現(xiàn)高阻狀態(tài)期間，電感L 中的能量通過吸收電路的二極管D 1給C3電容進(jìn)行充電，為電感L提供了 泄放回路，限制了開關(guān)管Q的DS兩端電壓尖峰；在開關(guān)管Q導(dǎo)通期間， C3中的能量通過吸收電路的電阻R流過開關(guān)管Q的DS進(jìn)行泄放。該方法 的缺點(diǎn)主要有兩個(gè)
① .吸收電路消耗能量，同時(shí)也增加了開關(guān)MOS導(dǎo)通過程的功耗，降 低了電源的效率；
② .元件數(shù)量多，增加了板卡體積且不利于PCB布版。 因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種工作于開關(guān)頻率的整流二極管電 路，該電路解決了在采用磁珠抑制整流二極管反向恢復(fù)電流的同時(shí)引起 整流二極管開通速度低的問題，并且不增加額外的功耗。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種工作于開關(guān)頻率的整流二極管電路，包括工作在開關(guān)狀態(tài)的整
流二極管，以及與所述整流二極管串接的抑制電感，在所述整流二極管 與抑制電感串聯(lián)電路的兩端并聯(lián)一吸收電路，所述吸收電路單向?qū)ㄇ?導(dǎo)通壓降大于所述整流二極管正向?qū)▔航?，用于在所述整流二極管從 關(guān)斷狀態(tài)向?qū)顟B(tài)的切換過程中提供一臨時(shí)電流通道，并在所述整流 二極管導(dǎo)通后該吸收電路自動(dòng)關(guān)斷。
所述的整流二極管電路，其中所述吸收電路包括至少一吸收二極 管，所述吸收二極管同向串接并與所述整流二極管同向設(shè)置，所述吸收 二極管正向?qū)▔航抵痛笥谒稣鞫O管導(dǎo)通壓降。
所述的整流二極管電路，其中所述的吸收電路包括兩個(gè)同向串接 的吸收二極管。
所述的整流二極管電路，其中所述吸收電路包括一穩(wěn)壓管以及至 少一吸收二極管，所述穩(wěn)壓管與吸收二極管同向串接并與所述整流二極 管同向設(shè)置，所述穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓與所述吸收二極管正向?qū)▔航抵?和大于所述整流二極管導(dǎo)通壓降。
所述的整流二極管電路，其中所述穩(wěn)壓管采用瞬態(tài)電壓抑制器， 所述瞬態(tài)電壓抑制器的嵌位電壓與所述吸收二極管正向?qū)▔航抵?大于所述整流二極管導(dǎo)通壓降。
所述的整流二極管電路，其中所述抑制電感為磁珠，套在所述整 流二極管的陽極或陰極的管腳上。
所述的整流二極管電路，其中所述整流二極管陽極及陰極的管腳 上各套至少一所述^t珠。
6本實(shí)用新型的有益效果為采用本實(shí)用新型的整流二極管電路，在 不影響磁珠在整流二極管關(guān)斷過程中其抑制反向恢復(fù)電流的前提下，消 除了磁珠引起整流二極管開通速度降低的負(fù)面影響，限制了開關(guān)管DS 兩端電壓尖峰，并且不會(huì)增加額外的功耗，不僅改善了開關(guān)電路的電磁 兼容性(EMC),降低了開關(guān)管DS間電壓尖峰以及功耗，同時(shí)由于采 用的元件少且體積小，降低了布版的難度，使PCB的布局和走線更加方 便簡潔。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)Boost電路原理圖2為現(xiàn)有技術(shù)在整流二極管陽極增加磁珠的Boost電路以及磁珠 在電路中作用的示意圖3為現(xiàn)有技術(shù)采用RCD吸收電3各的Boost電路； 圖4為本實(shí)用新型整流二極管電3各實(shí)施例一；
圖5為本實(shí)用新型開關(guān)管Q關(guān)斷瞬間吸收二極管的嵌位作用示意
圖6為本實(shí)用新型開關(guān)管Q關(guān)斷期間磁珠飽和后的等效電路； 圖7為磁珠串接在整流二極管D陰極管腳上的示意圖； 圖8為本實(shí)用新型整流二極管電路實(shí)施例二； 圖9為本實(shí)用新型整流二極管電路實(shí)施例三；
圖10為現(xiàn)有技術(shù)在整流二極管管腳增加^F茲珠的降壓型變換器原理
圖11為在降壓變換器中采用本實(shí)用新型整流二極管電路的示意圖； 圖12為在隔離變換器中采用本實(shí)用新型整流二極管電路的示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步詳細(xì)說明 本實(shí)用新型的一種整流二極管電路，應(yīng)用于開關(guān)電源等涉及到整流 二極管工作于高頻開關(guān)狀態(tài)的電路中，例如升壓型變換器Boost電路、 降壓型變換器(Buck變換器)、隔離變換器等。本實(shí)用新型的整流二極 管電路包括工作在開關(guān)狀態(tài)的整流二極管，以及與整流二極管串接的抑 制電感，該抑制電感是用來抑制整流二極管反向恢復(fù)電流的，釆用套在 整流二極管引腳上的磁珠實(shí)現(xiàn)。為了克服磁珠的作用引起整流二極管開 通速度降低的問題，在所述整流二極管與磁珠串聯(lián)電路的兩端并聯(lián)一吸 收電路，該吸收電路單向?qū)ǎ⑶以撐针娐穼?dǎo)通時(shí)的壓降大于整流 二極管正向?qū)▔航?，用于在所述整流二極管從關(guān)斷狀態(tài)向?qū)顟B(tài)的 切換過程中提供一臨時(shí)電流通道，并且該吸收電路在整流二極管導(dǎo)通后 自動(dòng)關(guān)斷。在實(shí)際應(yīng)用中吸收電路可以有多種實(shí)現(xiàn)方式，以下以Boost 電^ 各為例對工作于高頻開關(guān)狀態(tài)的整流二;fe管電3各進(jìn);f亍詳細(xì)說明。
如圖4所示的實(shí)施例 一 ，整流二極管電路包括整流二極管D，以及 與整流二極管串接的》茲J朱Ll, f茲珠可以套在整流二極管D的陽極管腳 上，也可以套在整流二極管D的陰極管腳上，如圖7中所示的L2，其 效果相同。套在整流二極管D陽極或陰極管腳的磁珠可以是一個(gè)，也可 以多個(gè)。整流二極管D與磁珠Ll形成的串聯(lián)電路(Ll+D )連接在Boost 電路的升壓電感L及開關(guān)管Q的接點(diǎn)與電壓輸出端之間。吸收電路由兩 個(gè)同向串聯(lián)的吸收二極管Dx、 Dy組成的二極管串聯(lián)電路(Dx+Dy)實(shí) 現(xiàn)，吸收二極管Dx、 Dy應(yīng)滿足以下條件，即，吸收二極管Dx、 Dy在 正常導(dǎo)通時(shí)其導(dǎo)通壓降VDx+VDy大于二極管D的導(dǎo)通壓降VD。由吸 收二極管Dx、 Dy組成的吸收電路并聯(lián)在在磁珠Ll和整流二極管D兩 端，并且吸收二極管Dx、 Dy的方向與整流二極管D同向設(shè)置，即Dx、 Dy正向?qū)娏髋c整流二極管正向?qū)娏鞣较蛳嗤Ｋ稣鞫O管電路工作于高頻開關(guān)狀態(tài)下，在一個(gè)開關(guān)周期中其工作原理和其作用如
下
整流二4 l管D關(guān)斷過程該過程為開關(guān)管Q由截止?fàn)顟B(tài)向?qū)顟B(tài)變 化，整流二極管D由導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)變化。由于吸收二極管Dx、 Dy 在正常導(dǎo)通的時(shí)候其導(dǎo)通壓降VDx+VDy大于二極管D的導(dǎo)通壓降VD， 因此開關(guān)管Q截止時(shí)的導(dǎo)通電流是通過整流二極管D的，而Dx、 Dy中電 流為零，即在整流二極管D關(guān)斷前只有整流二極管D中有電流流過，因而 關(guān)斷過程中只有整流二極管D存在反向恢復(fù)電流，這個(gè)反向恢復(fù)電流通 過磁珠L1可以加以抑制，而引入的兩個(gè)吸收二極管Dx、 Dy由于在磁珠 Ll和整流二極管D電i 各之外且無正向電流流過，故不存在反向恢復(fù)電流 且不對電路有任何作用，因此也不會(huì)影響》茲珠L1對二極管D反向恢復(fù)電 流的抑制效果。
整流二^l管D開通過程該過程為開關(guān)管Q由導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)變 化，而整流二極管D由截止?fàn)顟B(tài)向?qū)顟B(tài)變化。在開關(guān)管Q關(guān)斷后，由 于磁珠L1在切換過程中的一段時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)出高的阻抗，升壓電感L-磁珠 L1-整流二極管D-濾波電容C2的回路無電流流過，升壓電感L中的電流則 通過吸收電路的二極管Dx， Dy流入電容C2，釋放了L中的能量，不僅防 止了在開關(guān)管Q的DS兩端產(chǎn)生電壓尖峰，同時(shí)將能量注入到C2中去，不 會(huì)造成額外的功耗，此時(shí)等效電路如圖5所示。切換過程結(jié)束之后，由 于吸收二極管Dx、 Dy上的壓降VDx+VDy大于二極管D上的導(dǎo)通壓降 VD，且電流流過Ll+D的串聯(lián)電路后造成f茲珠Ll飽和，整流二極管D的 導(dǎo)通壓降VD〈VDx+VDy,無法使兩個(gè)串聯(lián)的二極管Dx, Dy達(dá)到正常的 導(dǎo)通電壓而導(dǎo)致二極管Dx， Dy截止，因此全部電流轉(zhuǎn)移到整流二極管D 中，吸收電路Dx+Dy中電流變?yōu)榱悖针娐纷詣?dòng)關(guān)斷，此時(shí)等效電路 如圖6所示。直到下一個(gè)整流二極管關(guān)斷時(shí)刻到來后進(jìn)入下一個(gè)工作周 期。由此可見，這種并聯(lián)在在,茲珠L1和整流二極管D兩端的吸收電路既不影響磁珠抑制整流二極管反向恢復(fù)電流的效果，又解決了磁珠引起整 流二極管開通速度降低的問題，并且不增加額外的功耗。
在實(shí)際應(yīng)用中，吸收電路可以增加或者減少吸收二極管的數(shù)量，以
用來調(diào)整整流二極管D導(dǎo)通之前,茲珠L1呈現(xiàn)高阻狀態(tài)的時(shí)間。例如可 以單獨(dú)采用一個(gè)吸收二極管，也可以采用3個(gè)或更多的吸收二極管同向 串聯(lián)而成，但無論采用幾個(gè)吸收二極管，都要滿足各吸收二極管正向?qū)?通壓降之和大于整流二極管導(dǎo)通壓降的條件。
本實(shí)用新型的實(shí)施例二如圖8所示，吸收電路與上述實(shí)施例一相同， 由兩個(gè)同向串聯(lián)的吸收二極管Dx、 Dy組成，所不同的是在整流二極管 D的陽極、陰極管腳各套至少一磁珠，例如各套一個(gè)磁珠L1、 L2，吸收 電路并聯(lián)在L1-D-L2串聯(lián)電路兩端。本實(shí)施例由于采用兩個(gè)磁珠，使得 整流二極管D關(guān)斷過程中其抑制反向恢復(fù)電流的效果更好。
本實(shí)用新型的實(shí)施例三如圖9所示，吸收電路包括一穩(wěn)壓管以及至 少一吸收二極管Dy,穩(wěn)壓管可采用瞬態(tài)電壓抑制器TVS實(shí)現(xiàn)(TVS— Transient voltage suppressor), TVS與吸收二極管Dy同向串接，即TVS 的陰極連接Dy陽極，并且串接后的TVS和Dy與整流二極管同向設(shè)置， 并聯(lián)在^茲珠LI與二極管D組成的串聯(lián)電路兩端。由穩(wěn)壓管和一吸收二 極管Dy組成的吸收電路同樣需要滿足以下條件，即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 Vz與吸收二極管Dy正向?qū)▔航礦Dy之和Vz+VDy應(yīng)大于整流二極 管導(dǎo)通壓降VD,若穩(wěn)壓管采用TVS時(shí)，TVS的嵌位電壓與吸收二極管 Dy正向?qū)▔航抵蛻?yīng)大于整流二極管導(dǎo)通壓降VD。該實(shí)施例的吸收 電路中用TVS替代一個(gè)或多個(gè)吸收二極管，利用TVS管能夠快速吸收 瞬態(tài)能量的特性，同樣可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所要達(dá)到的目的。
所述的整流二極管電路同樣可應(yīng)用在降壓型變換器。如圖10所示， 一個(gè)典型的降壓型Buck變換器，其在一個(gè)工作周期中的電流通道分別 是①、②，其中的LI為串聯(lián)在續(xù)流二極管D上抑制二極管D反向恢復(fù)電流的磁珠。在電流從②回路切換到①回路的過程中，整流二極管D中
的大電流快速關(guān)斷，其反向恢復(fù)電流被磁珠L1抑制，磁珠L1發(fā)揮了其 積極作用。而在電流從①回路切換到②回路的過程中，因?yàn)榇胖長1的 存在，阻止并延緩了續(xù)流二極管D的快速導(dǎo)通，同時(shí)引起開關(guān)管Q的 DS兩端電壓尖峰。同樣可以采用本實(shí)用新型所述的整流二極管電路， 整流二極管電路包括續(xù)流二極管D，以及與續(xù)流二極管D串接的》茲i朱 Ll ,在L1與二極管D組成的串聯(lián)電路兩端并聯(lián)吸收電路，吸收電路由 吸收二極管Dx、 Dy組成，如圖11所示。在不影響;茲珠抑制二極管D 的反向恢復(fù)電流的條件下，由Dx、 Dy組成的吸收電路提供了一個(gè)電流 從①向②切換過程中的臨時(shí)通道，該通道的快速建立，有助于減小開關(guān) 管Q的DS兩端的電壓尖峰，而且不會(huì)引起額外的功率損耗。在Q關(guān)斷 過程中，電感L中的電流不能突變，而此時(shí)二極管D因?yàn)橛?茲珠L1的 阻止作用，處于截止?fàn)顟B(tài)，于是電流通過Dx+Dy的通道進(jìn)行續(xù)流，有 效減小了 Q'的DS之間的電壓尖峰；之后隨著磁珠L1的飽和，二極管D 開始導(dǎo)通，電流從Dx+Dy中切換到D中來，很好地解決了圖10中磁珠 Ll引起的問題。
同理，本實(shí)用新型所述的整流二極管電路還可以應(yīng)用在隔離變換器 中，如隔離正激、隔離反激、全橋電路等涉及到功率二極管工作于高頻 開關(guān)狀態(tài)的電路中。圖12給出了在隔離反激變換器中的應(yīng)用示意圖，由 吸收二極管Dx、 Dy組成的吸收電路并聯(lián)在磁珠Ll與二極管D組成的串聯(lián) 電路兩端，其工作過程及作用與Boost電路、Buck變換器類似，在此不再 贅述。
從上述可見，在開關(guān)電源等涉及到整流二極管工作于高頻開關(guān)狀態(tài) 的電路中采用本實(shí)用新型的整流二極管電路后，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和效果 點(diǎn)1 、不影響磁珠在二極管關(guān)斷過程中發(fā)揮其抑制反向恢復(fù)電流的作
用；
2、 降低了磁珠在二極管開通過程中的負(fù)面影響；
3、 可替代普通的RCD吸收電路，提高效率的同時(shí)降低了布版難度， 而且吸收效果更優(yōu)。
可以理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本實(shí)用新型 的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換 都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種工作于開關(guān)頻率的整流二極管電路，包括工作在開關(guān)狀態(tài)的整流二極管，以及與所述整流二極管串接的抑制電感，其特征在于在所述整流二極管與抑制電感串聯(lián)電路的兩端并聯(lián)一吸收電路，所述吸收電路單向?qū)ㄇ覍?dǎo)通壓降大于所述整流二極管正向?qū)▔航?，用于在所述整流二極管從關(guān)斷狀態(tài)向?qū)顟B(tài)的切換過程中提供一臨時(shí)電流通道，并在所述整流二極管導(dǎo)通后該吸收電路自動(dòng)關(guān)斷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流二極管電路，其特征在于所述吸 收電路包括至少一吸收二極管，所述吸收二極管同向串接并與所述整流 二極管同向設(shè)置，所述吸收二極管正向?qū)▔航抵痛笥谒稣鞫O 管導(dǎo)通壓降。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的整流二極管電路，其特征在于所述的 吸收電路包括兩個(gè)同向串接的吸收二極管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流二極管電路，其特征在于所述吸 收電路包括一穩(wěn)壓管以及至少一吸收二極管，所述穩(wěn)壓管與吸收二極管 同向串接并與所述整流二極管同向設(shè)置，所述穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓與所述 吸收二極管正向?qū)▔航抵痛笥谒稣鞫O管導(dǎo)通壓降。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的整流二極管電路，其特征在于所述穩(wěn) 壓管采用瞬態(tài)電壓抑制器，所述瞬態(tài)電壓抑制器的嵌位電壓與所述吸收 二極管正向?qū)▔航抵痛笥谒稣鞫O管導(dǎo)通壓降。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的整流二極管電路，其 特征在于所述抑制電感為磁珠，套在所述整流二極管的陽極或陰極的 管腳上。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的整流二極管電路，其特征在于所述整 流二極管陽極及陰極的管腳上各套至少一所述磁珠。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種工作于開關(guān)頻率的整流二極管電路，包括整流二極管，以及與整流二極管串接的磁珠，在所述整流二極管與磁珠串聯(lián)電路的兩端并聯(lián)一吸收電路，所述吸收電路單向?qū)ㄇ覍?dǎo)通壓降大于所述整流二極管正向?qū)▔航?，用于在所述整流二極管從關(guān)斷狀態(tài)向?qū)顟B(tài)的切換過程中提供一臨時(shí)電流通道，并在所述整流二極管導(dǎo)通后該吸收電路自動(dòng)關(guān)斷。該電路在不影響磁珠在整流二極管關(guān)斷過程中其抑制反向恢復(fù)電流的前提下，消除了磁珠引起整流二極管開通速度降低的負(fù)面影響，限制了開關(guān)管源漏兩端電壓尖峰，而且不會(huì)增加額外的功耗，并使PCB的布局和走線更加方便簡潔。
文檔編號(hào)H02M3/155GK201323530SQ20082023503
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者衛(wèi)延昌, 姚月鋒, 皖 張 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司