本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種反激輸出高壓二極管替代電路。

背景技術(shù)：

LED驅(qū)動電源使用反激拓?fù)鋵崿F(xiàn)時，當(dāng)輸出電壓較高時，對輸出整流二極管的反向耐壓要求相應(yīng)提高了，輸出電壓越高EMI越差，但現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的高壓二極管反向耐壓也僅有1200V，而且反向恢復(fù)慢，價格很高，可靠性也沒有常見的快恢復(fù)二極管高。

圖1是常見的反激拓?fù)鋱D，反激電源輸出二極管的電壓應(yīng)力隨著輸出電壓升高而升高，且存在電壓尖峰,具體表述為：Vdiode＝Vin/N+Vo+Vspike，其中Vdiode表示輸出二極管的電壓峰值，Vin表示反激變換器的輸入電壓，N表示變壓器的匝比，匝比＝Np/Ns，Vo表示輸出電壓，Vspike表示尖峰電壓部分。當(dāng)輸出電壓比較高時，比如300V以上時，由于常規(guī)的二極管最大規(guī)格一般為1200V，而反激的電壓尖峰在啟動及雷擊浪涌測試時會到300V甚至500V，可知在這種情況下需要調(diào)整變壓器匝比才能確保二極管的應(yīng)力不會超過其額定值，由于這一限制，反激變換器很難達(dá)到優(yōu)化設(shè)計。

一般的解決方案是再串聯(lián)一個二極管，如圖2所示。圖2所示兩個二極管在實際運用時會有不能均壓的問題，這在業(yè)界是一個常識性問題。分壓不均的問題與二極管的批次、散熱、雜散電容等有關(guān)，換言之，若單個二極管應(yīng)力需要1000V，換成二個二極管串聯(lián)的時候，不能更換成兩個600V或者500V的二極管，更換成2個800V的二極管會在雷擊浪涌的時候出現(xiàn)單顆二極管應(yīng)力超標(biāo)的問題，并且成本增加很多，更換成2個1000V的二極管則沒有實際意義。同理，若采用單個1200V的二極管會出現(xiàn)應(yīng)力超標(biāo)的問題，由于沒有更高的規(guī)格二極管可選，需要被迫更換成兩個1200V的二極管串聯(lián)才有可能解決問題，事實上由于二極管批次問題，兩個串聯(lián)的形式不能完全保證解決應(yīng)力超標(biāo)的問題，更不用說成本的增加以及效率降低了。

為了解決二極管應(yīng)力太大而無器件可選的問題，本發(fā)明提出了一種增加一個輔助二極管的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了降低元器件成本低，改善電磁干擾特性，反激輸出高壓二極管替代電路，當(dāng)輸出高壓的時候，由于二極管耐壓的問題，有可能不能采用反激拓?fù)?，本方案使繼續(xù)沿用反激拓?fù)涑蔀榭赡堋?/p>

本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

本發(fā)明包括變壓器、濾波單元、負(fù)載，所述的變壓器包括初級繞組、鐵芯以及次級繞組；還包括第一二極管、第二二極管、電壓箝位單元；

所述的次級繞組串聯(lián)第一二極管、第二二極管和負(fù)載；所述的次級繞組包括第一端子和第二端子，所述的第一端子連接所述的第一二極管的陽極；所述的所述的第一二極管和所述的第二二極管同向串聯(lián)；所述的電壓箝位單元的一端連接所述的第一二極管的陰極，所述的電壓箝位單元的另一端連接所述的第二端子。

作為優(yōu)選，所述的電壓箝位單元包括第三二極管，所述的第三二極管的陰極連接所述的第一二極管的陰極，所述的第三二極管的陽極連接所述的第二端子。

作為優(yōu)選，所述的電壓箝位單元還包括三極管，所述的三極管與所述的第三二極管相互并聯(lián)；所述的三極管的集電極連接所述的第一二極管的陰極，所述的三極管的發(fā)射極連接所述的第二端子。

作為優(yōu)選，所述的電壓箝位單元包括MOSFET，所述的MOSFET的漏極連接所述的第一二極管的陰極，所述的MOSFET的源極連接所述的第二端子。

作為優(yōu)選，所述的電壓箝位單元包括電阻。

作為優(yōu)選，所述的第二二極管的陽極連接所述的電壓箝位單元，所述的第二二極管的陰極連接負(fù)載。

作為優(yōu)選，所述的第二二極管的陽極連接負(fù)載，所述的第二二極管的陰極連接所述的電壓箝位單元。

作為優(yōu)選，所述的濾波單元與所述的負(fù)載并聯(lián)。

作為優(yōu)選，所述的濾波單元為電容。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在反激電源次級繞組Ns側(cè)設(shè)置第一二極管VD1和第二二極管VD2，并在第一二極管VD1和第二二極管VD2之間加一個電壓箝位單元?，F(xiàn)有技術(shù)中，即加第二二極管VD2和電壓箝位單元之前，當(dāng)次級繞組兩端的電壓為下端高電壓上端低電平時，第一二極管VD1的兩端電壓相對于輸出地分別為Vo與-(Vin/N+Vspike)；Vin表示反激變換器的輸入電壓，N表示變壓器的匝比，N＝Np/Ns，Vo表示輸出電壓，Vspike表示尖峰電壓部分。如圖5-6所示，加第二二極管VD2和電壓箝位單元之后，第一二極管VD1正極電壓相對于輸出地為-(Vin/N+Vspike)，負(fù)極電壓相對于輸出地為Vf。其中Vf是電壓箝位單元的正向?qū)▔航?，一般小?V，相對于較高的輸出電壓，理論分析時可以認(rèn)為是0。此時，電壓箝位單元的下端為高電平，上端為低電平，正向?qū)?，而第一二極管VD1的陰極為高電平，陽極為低電平，反向截止。由于加了第二二極管VD2和第三二極管VD3之后，第一二極管和第二二極管均截止，形成分壓網(wǎng)絡(luò)，反激變壓器繞組兩端的電壓相對于輸出地產(chǎn)生了較大差異，相當(dāng)于將一個較高的電壓拆分為兩個電壓之和，dV/dt變小，其EMI特性發(fā)生了較大改變，在實際應(yīng)用時，由于變壓器輸出繞組及二極管產(chǎn)生的電磁干擾部分減小，改善了EMI性能?？梢?，加了第二二極管VD2和電壓箝位單元之后，由于第二二極管VD2可以選擇反向恢復(fù)特性較好的二極管，EMI特性相對于輸出只有第一二極管VD1的時候差異較大，在某些頻段的輻射有較為明顯的改善。本發(fā)明降低第一二極管VD1應(yīng)力，同時減小二極管dv/dt(降低電壓峰值，減緩電壓上升)改善電源的電磁兼容性能。將反激拓?fù)涑Ｒ?guī)輸出改為此技術(shù)方案后可用反向耐壓更低、反向恢復(fù)時間更快的二極管，由于變壓器的瞬態(tài)變化點的幅值大大減小，從而改善電源整體的電磁兼容性能。當(dāng)輸出高壓的時候，由于二極管耐壓的問題，有可能不能采用反激拓?fù)?，本方案使繼續(xù)沿用反激拓?fù)涑蔀榭赡堋?/p>

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的flyback反激拓?fù)鋱D。

圖2是采用兩個二極管串聯(lián)的電路圖。

圖3是圖2兩個相同型號二極管串聯(lián)時的電壓應(yīng)力實測波形圖。

圖4是本發(fā)明電壓箝位單元的第一種電路原理圖。

圖5是本發(fā)明電壓箝位單元的第二種電路原理圖。

圖6是本發(fā)明電壓箝位單元采用二極管的第一種電路原理圖。

圖7是本發(fā)明電壓箝位單元采用二極管的第二種電路原理圖。

圖8是本發(fā)明電壓箝位單元采用電阻的電路原理圖。

圖9是本發(fā)明電壓箝位單元采用MOSFET的電路原理圖。

圖10是本發(fā)明電壓箝位單元采用三極管的電路原理圖。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。

如圖4-10所示，本發(fā)明包括變壓器、濾波單元、負(fù)載，所述的變壓器包括初級繞組、鐵芯以及次級繞組；還包括第一二極管、第二二極管、電壓箝位單元；

所述的次級繞組串聯(lián)第一二極管VD1、第二二極管VD2和負(fù)載；所述的次級繞組NS包括第一端子和第二端子，所述的第一端子連接所述的第一二極管VD1的陽極；所述的所述的第一二極管VD1和所述的第二二極管VD2同向串聯(lián)；所述的電壓箝位單元的一端連接所述的第一二極管VD1的陰極，所述的電壓箝位單元的另一端連接所述的第二端子。所述的電壓箝位單元包括第三二極管VD3，所述的第三二極管VD3的陰極連接所述的第一二極管VD1的陰極，所述的第三二極管VD3的陽極連接所述的第二端子。所述的電壓箝位單元還包括三極管，所述的三極管與所述的第三二極管VD3相互并聯(lián)；所述的三極管的集電極連接所述的第一二極管VD1的陰極，所述的三極管的發(fā)射極連接所述的第二端子。所述的電壓箝位單元包括MOSFET，所述的MOSFET的漏極連接所述的第一二極管VD1的陰極，所述的MOSFET的源極連接所述的第二端子。所述的電壓箝位單元包括電阻。所述的第二二極管VD2的陽極連接所述的電壓箝位單元，所述的第二二極管VD2的陰極連接負(fù)載。所述的第二二極管VD2的陽極連接負(fù)載，所述的第二二極管VD2的陰極連接所述的電壓箝位單元。所述的濾波單元C2與所述的負(fù)載并聯(lián)。所述的濾波單元C2為電容。

實施例一

圖6-7分別為本發(fā)明電壓箝位單元采用第三二極管VD3的第二二極管VD2兩種串聯(lián)方式電路原理圖。其形式包括圖4-5分別所示的第二二極管VD2的兩種串聯(lián)方式的電路原理圖。

本發(fā)明在增加了圖2的基礎(chǔ)上增加了輔助二極管，第三二極管VD3。所述的第二二極管VD2的陽極連接第三二極管VD3的陰極，所述的第二二極管VD2的陰極連接負(fù)載。為了說明工作原理，此處明確增加第三二極管VD3之后器件的選型。

假設(shè)輸出電壓為300V，由于第二二極管VD2加第三二極管VD3的耐壓不會超過輸出電壓且只起導(dǎo)通作用不負(fù)責(zé)開關(guān)，則第二二極管VD2耐壓可以選擇400V級別的二極管且電流等級稍低，其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1200V的二極管；第三二極管VD3則可以選擇1A400V級別的快速二極管，耐壓小的二極管成本非常低，只有幾分錢。下面通過包括現(xiàn)有技術(shù)在內(nèi)的三種方案的對比，通過表1來具體闡述本實施例的優(yōu)點，

表1 三種方案對比表

方案1，即圖1是常見的反激拓?fù)鋱D，反激電源輸出二極管的電壓應(yīng)力隨著輸出電壓升高而升高，且存在電壓尖峰,具體表述為：Vdiode＝Vin/N+Vo+Vspike，其中Vdiode表示輸出二極管的電壓峰值，Vin表示反激變換器的輸入電壓，N表示變壓器的匝比，N＝Np/Ns，Vo表示輸出電壓，Vspike表示尖峰電壓部分。當(dāng)輸出電壓比較高時，比如300V以上時，由于常規(guī)的二極管最大規(guī)格一般為1200V，而反激的電壓尖峰在啟動及雷擊浪涌測試時會到300V甚至500V，可知在這種情況下需要調(diào)整變壓器匝比才能確保二極管的應(yīng)力不會超過其額定值，由于這一限制，反激變換器很難達(dá)到優(yōu)化設(shè)計。

方案2，如圖2所示，為再串聯(lián)一個二極管。圖2所示兩個二極管在實際運用時存在不能均壓的問題，在業(yè)界屬于常識性問題。如圖3所示為圖二兩個相同型號二極管串聯(lián)時的電壓應(yīng)力實測波形，可見兩個二極管的電壓是不均勻的(單顆615V)，圖3只是定量說明分壓不均的問題，實際如圖1中的第一二極管VD1單顆的時候應(yīng)力為770V。分壓不均的問題與二極管的批次、散熱、雜散電容等有關(guān)，換言之，若單個二極管應(yīng)力需要1000V，換成二個二極管串聯(lián)的時候，不能更換成兩個600V或者500V的二極管，更換成2個800V的二極管會在雷擊浪涌的時候出現(xiàn)單顆二極管應(yīng)力超標(biāo)的問題，并且成本增加很多，更換成2個1000V的二極管則沒有實際意義。同理，若采用單個1200V的二極管會出現(xiàn)應(yīng)力超標(biāo)的問題，由于沒有更高的規(guī)格二極管可選，需要被迫更換成兩個1200V的二極管串聯(lián)才有可能解決問題，事實上由于二極管批次問題，兩個串聯(lián)的形式不能完全保證解決應(yīng)力超標(biāo)的問題，更不用說成本的增加以及效率降低了。

方案3，即本實施一的方案，工作原理如下：當(dāng)變壓器的繞組電壓上正下負(fù)時，第一二極管VD1及第二二極管VD2導(dǎo)通，兩個二極管如同一個二極管一樣工作，而第三二極管VD3截止，不工作；當(dāng)變壓器的繞組電壓下正上負(fù)時，第三二極管VD3導(dǎo)通，第一二極管VD1截止，第二二極管VD2也截止；第二二極管VD2的電壓應(yīng)力即反壓等于輸出電壓Vo，而第一二極管VD1的電壓應(yīng)力等于Vin/N+Vspike。因此當(dāng)輸出電壓比較高的時候(大于300V)，可以采用1200V或者1000V的二極管，更重要的，此時不至于因為二極管應(yīng)力問題無法解決而導(dǎo)致不能采用反激拓?fù)洹?/p>

加了第二二極管VD2和第三二極管VD3之后，由于第二二極管VD2可以選擇反向恢復(fù)特性較好的二極管，EMI特性相對于輸出只有第一二極管VD1的時候差異較大，在某些頻段的輻射有較為明顯的改善。

需要說明的是，增加的輔助二極管第三二極管VD3由于幾乎不流過電流，可以采用很便宜很小規(guī)格的器件；第二二極管VD2也可選用額定電壓電流應(yīng)力小的器件，成本較低；

實施例二

圖中9中所述的電壓箝位單元，可以為MOSFET。其形式包括圖4-5分別所示的第二二極管VD2的兩種串聯(lián)方式的電路原理圖。所述的電壓箝位單元包括MOSFET，所述的MOSFET的漏極連接所述的第一二極管VD1的陰極，所述的MOSFET的源極連接所述的第二端子。當(dāng)電壓箝位單元是MOSFET的時候，由于有體二極管，不需要額外并聯(lián)二極管，便能起到鉗位作用。其原理同實施例一，在此不作贅述。

實施例三

圖中10中所述的電壓箝位單元，可以為三極管。其形式包括圖4-5分別所示的第二二極管VD2的兩種串聯(lián)方式的電路原理圖。當(dāng)所述的電壓箝位單元是三極管的時候，需要二外并聯(lián)二極管。其原理同實施例一，在此不作贅述。

實施例四

圖中8中所述的電壓箝位單元，可以為電阻。電阻作為另一種替代方案，其成本更加低廉。其形式包括圖4-5分別所示的第二二極管VD2的兩種串聯(lián)方式的電路原理圖。工作原理如下：當(dāng)變壓器的繞組電壓上端為高電平下端為低電平時，第一二極管VD1及第二二極管VD2導(dǎo)通，兩個二極管如同一個二極管一樣工作，與此同時，電壓箝位單元的電阻中有電流通過；當(dāng)變壓器的繞組電壓下端為高電平上端為低電平時，第一二極管VD1截止及第二二極管VD2截止，此時第一二極管VD1、第二二極管VD2和電阻中無電流通過，可視為阻值無窮大，第一二極管VD1、第二二極管VD2形成分壓網(wǎng)絡(luò)，電阻阻值較小，其分壓可忽略不計。從而實現(xiàn)第一二極管VD1和第二二極管VD2分壓的目的。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍，這些改變也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。