直流电变换电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种直流电变换电路，包括一次侧电路(1)、高频变压器(3)、二次侧电路(5)、控制电路(7)、负载(9)；所述一次侧电路(1)为所述的高频变压器(3)提供交流阶梯波电压信号(2)；所述交流阶梯波电压信号(2)经所述的高频变压器(3)隔离降压后转变成负载(9)所需的交流电压信号(4)；所述交流电压信号(4)通过所述二次侧电路(5)把所述交流电压信号(4)整流滤波后输出负载(9)所需的直流电压信号(8)；所述控制电路(7)为所述一次侧电路(1)开关管的提供控制信号(6)；利用本实用新型制成的通讯开关电源，使开关管工作于零电压或零电流状态，具有效率高、体积小、可靠性高等特点。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及软开关技术，尤其涉及到通过变换器实现开关管的零电压开关或 零电流开关的直流电变换电路。 直流电变换电路
【背景技术】
[0002] 随着电力系统和通讯技术的发展，对通讯和电力系统的电源在性能、体积、效率和 可靠性方便提出了更高的要求。为满足这些要求，需开发一种效率高、体积小、可靠性好的 电源，而应用直流电变换电路设计成的开关电源正好能弥补这些缺点。
【发明内容】
[0003] 本实用新型旨在解决现有技术的不足，提供了一种实现开关管的零电压开关或零 电流开关的直流电变换电路。
[0004] 直流电变换电路，包括一次侧电路、高频变压器、二次侧电路、负载、控制电路；
[0005] 所述一次侧电路为所述的高频变压器提供交流阶梯波电压信号；
[0006] 所述高频变压器是把所述交流阶梯波电压信号转换成负载所需的交流电压信号， 所述的高频变压器具有隔离和降压的作用；
[0007] 所述二次侧电路把所述高频变压器转换控制后的电压信号经整流滤波后输出负 载所需的直流电压信号；
[0008] 所述负载是通过所述直流电压信号为负载提供驱动信号；
[0009] 所述控制电路是控制所述一次侧电路开关管的工作状态。
[0010] 所述一次侧电路包括电源、第一电容、第二电容、第一开关管、第二开关管、第三开 关管、第四开关管、第三电容、第四电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极 管、第一电感、第二电感：
[0011] 所述第一电容一端接所述电源正端、所述第一开关管的漏极、所述第四开关管的 漏极、所述第一二极管的负端、所述第三电容和所述第四二极管的负端；另一端接所述第一 电感、所述第二电容；
[0012] 所述第二电容一端接所述电源负端、所述第二开关管的源极、所述第三开关管的 源极、所述第二二极管的正端、所述第四电容和所述第三二极管的正端，并接地；另一端接 所述第一电感、所述第一电容；
[0013] 所述第一开关管的源极接所述第一二极管的正端，所述第二二极管的负端、所述 第二开关管的漏极、所述第三电容、所述第四电容和所述第二电感；
[0014] 所述第四开关管的源极接所述第四二极管的正端，所述第三二极管的负端、所述 第三开关管的漏极和所述高频变压器；
[0015] 所述第一开关管的源极和所述第四开关管的源极输出所述交流阶梯波电压信 号；
[0016] 所述高频变压器包括一次侧绕组和第一二次侧绕组和第二二次侧绕组；
[0017] 所述一次侧绕组接所述一次侧电路的第二电感，第一二次侧绕组的同名端接所述 二次侧电路的第五二极管，另一端接第二二次侧绕组的同名端，并接地，所述第二二次侧绕 组的另一端接所述二次侧电路的第六二极管，所述第一二次侧绕组的同名端和第二二次侧 绕组的非同名端输出负载所需的电压信号；
[0018] 所述二次侧电路包括第五二极管、第六二极管、第七二极管、第三电感、第四电感 和第五电容；
[0019] 所述第三电感的一端接第五二极管的负端、第六二极管的负端、第四耦合电感，另 一端接第五电容和负载；
[0020] 所述第七二极管的负端接所述第四耦合电感，另一端接所述第二二次侧绕组的同 名端、第五电容、负载，并接地。
[0021] 所述控制电路包括分压电阻、霍尔电流传感器、控制芯片UC3875及芯片周围元器 件；所述控制电路为一次侧的四个开关管提供栅极电压信号，以控制其通断；
[0022] 作为本实用新型的直流电变换电路，将高压小电流直流电信号经过一次侧电路和 高频变压器，转换为高频交流电，最后经二次侧电路输出低压大电流直流电信号。利用本实 用新型制成的通讯开关电源，使开关管工作于零电压或零电流状态，具有效率高、体积小、 可靠性高等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型的直流电变换电路结构示意图。
[0024] 图2为本实用新型图1的直流电变换电路的主电路图。
[0025] 图3为本实用新型图1的直流电变换电路的控制电路图。
[0026] 图4为利用本实用新型开发的开关电源主电路图。
[0027] 图5为本实用新型图3前桥臂实现零电压后桥臂实现零电流的输出信号图。
【具体实施方式】
[0028] 以下结合附图对本实用新型内容进一步说明。
[0029] 如图1所示，为本实用新型直流电变换电路的结构图，包括一次侧电路1、高频变 压器3、二次侧电路5、控制电路7、负载9。
[0030] 所述一次侧电路1对所述高频变压器3提供一个交流梯形波电压信号2 ;
[0031] 所述高频变压器3将所述的交流阶梯波电压信号2降压隔离后变换成负载9所需 的交流电压信号4 ;
[0032] 所述二次侧电路5是把所述电压信号4进行整流滤波后为负载9提供所需的电压 电流信号；
[0033] 所述控制电路7为一次侧电路1的四个开关管提供控制信号6,具体控制信号见图 4的61、62、63、64的输出信号图。
[0034] 如图2所示，为本实用新型图1的直流电变换电路的主电路图。
[0035] 所述一次侧电路包括电源11、电容12、电容13、开关管14、开关管15、开关管18、 开关管19、电容100、电容101、二极管16、二极管17、二极管102、二极管103、电感10、电感 104 ：
[0036] 所述电容12 -端接所述电源11的正端、所述开关管14的漏极、所述开关管18的 漏极、所述二极管16的负端、所述电容100和所述二极管102的负端；另一端接所述电感 10、所述电容13 ;
[0037] 所述电容13 -端接所述电源11的负端、所述开关管15的源极、所述开关管19的 源极、所述二极管17的正端、所述电容101和所述二极管103的正端；另一端接所述电感 10、所述电容12 ;
[0038] 所述开关管14的源极接所述二极管16的正端，所述二极管17的负端、所述开关 管15的漏极、所述二极管17的负端、所述电容100、所述电容101和所述电感104 ;
[0039] 所述开关管18的源极接所述二极管102的正端，所述二极管103的负端、所述开 关管19的漏极、所述二极管103的负端和所述高频变压器3 ;
[0040] 所述第一开关管的源极和所述第四开关管的源极输出所述交流阶梯波电压信 号；
[0041] 所述高频变压器3包括一次侧绕组31和二次侧绕组32和二次侧绕组33 ;
[0042] 所述一次侧绕组31接所述一次侧电路的电感104,二次侧绕组32的同名端接所述 二次侧电路5的二极管56,另一端接二次侧绕组33的同名端，并接地，所述二次侧绕组33 的另一端接所述二次侧电路5的二极管55,所述二次侧绕组32的同名端和二次侧绕组33 的非同名端输出负载所需的交流电压信号4 ;
[0043] 所述二次侧电路5包括二极管55、二极管56、二极管53、电感51、电感52和电容 54；
[0044] 所述电感51的一端接二极管55的负端、二极管56的负端、稱合电感52,另一端接 电容54和负载91 ;
[0045] 所述二极管53的负端接所述耦合电感52,另一端接所述二次侧绕组32的同名端、 电容54、负载91，并接地；
[0046] 图3为本实用新型图1的直流电变换电路的控制电路图。
[0047] 所述控制电路7包括电流互感器、霍尔电压传感器、控制芯片UC3875、电阻701、电 阻702、电容703、电阻704、电容705、电阻706、运放707、电阻708、电容709、电位器710、 电阻711、电容712、滤波电容713、电容714、电阻715、电容716、电阻717、电容718、电阻 719、电容720、电容721、隔离变压器722、隔离变压器723、电阻724、电阻725、电阻726、电 阻727、电容728、电容729,用于控制四个开关管的导通；
[0048] 所述霍尔电流传感器接入所述二次侧电路检测流过负载的电流，利用电阻分压负 载两端的电压，电流通过采样电阻转化成电压信号，并处理后送到所述控制芯片UC3875的 5脚，当5脚的电压高于2. 5V时，芯片关闭所有四路脉冲输出，以消除过流对电路冲击。分 压后的电压信号以放大处理后，传输给所述控制芯片UC3875的3脚；
[0049] 所述控制芯片UC3875的7脚和15脚分别接电阻715、电容716和电阻717、电容 718,用于调节死区时间，避免同一桥臂两管同时导通；16脚分别接电阻719、电容720,以控 制四路开关管输出脉冲的频率；1脚接电阻701和电阻702的一端，18脚接电阻701的另一 端，4脚接电阻702的另一端和电容709的一端，另一端接地；2脚接电容703的一端和电阻 704的一端，电容705的一端接电阻704的另一端，另一端接电容703的另一端、电阻706的 一端及控制芯片的3脚，运放707的正端接霍尔传感器检测的uf和电阻708的一端，负端 接输出端和电阻706的另一端，5脚接电位器710的可调端，电阻711的一端接电容712的 一端和电容713的一端，另一端接电位器710的一端，电容713的另一端接电容712的另一 端和电位器710的另一端，6脚通过电容714接地，8脚和9脚串联隔离变压器723的初级 线圈，其中一个次级线圈的同名端接连电阻726的一端，异名端接开关管18的S端，另一个 次级线圈的同名端接开关管19的S端，异名端接电阻727的一端，电阻726的另一端接开 关管18的G端，电阻727的另一端接开关管19的G端，10脚和11脚接15V电源，并通过电 容728、电容729接地，13脚和14脚串联隔离变压器722的初级线圈，其中一个次级线圈的 同名端接连电阻724的一端，异名端接开关管14的S端，另一个次级线圈的同名端接开关 管15的S端，异名端接电阻725的一端，电阻724的另一端接开关管14的G端，电阻725 的另一端接开关管15的G端，19脚通过电容721接地。
[0050] 产生负载所需的直流电压的方法，包括如下步骤：
[0051] (1)所述高压小电流直流电源11为所述开关管提供漏极电源；
[0052] (2)所述控制电路7产生控制信号6为所述开关管提供栅极信号，具体见图4 ;
[0053] (3)所述一次侧电路1经开关管的控制输出所述交流阶梯波电压2 ;
[0054] (4)所述高频变压器3是将交流阶梯波电压2降压隔离后变换成低压大电流的所 述交流电压信号4;
[0055] (5)所述二次侧电路5是将所述交流电压信号4整流滤波后输出负载9所需的直 流电压。
[0056] 如图4所示，为利用本实用新型开发的开关电源主电路图。
[0057] 如图5所示，为本实用新型图4前桥臂实现零电压后桥臂实现零电流的输出信号 图，其中粗线为电压波形，细线为电流波形。具体工作如下：
[0058] t〇-tl :初始条件为M2和M4导通，一次侧由电源、14、1^2、1^1^2构成一个回路，二 次侧由L8、D20、L4和输出电容、电阻构成一个回路。反向流过L6,并且值越来越大。
[0059] tl_t2:M2关断，因为L4的值比较大，所以i。近似不变，则id也近似不变。所以， C5开始放电，C6开始充电，Vq；开始增大，则V。开始减小，V。也开始减小。U继续反向流 过L6,值越来越大。
[0060] t2-t3 :vM 减小至小于 N10*V(/(N4+N10)时，N4、N10 分别为 L4 和 L10 的匝数，D21 开始导通。于是iD；M开始减小。iu；继续反向流过L6,值越来越大。
[0061] t3-t4 :t3时刻，￥。5减小到零，于是D1导通，一次侧由Dl、M4、LI、L2构成一个回 路。二次侧i D；M继续减小--?继续反向流过L6,值越来越大。
[0062] t4_t5 :t4时刻，减小到零，则原边电流也降为零，只有一个很小的激磁电流通 过一次侧回路。U继续反向流过L6,加速了 M4的关断。
[0063] t5_t6 :t5时刻，M4零电流关断，激磁电流经D1和D3流回电源。、开始反向减 小。
[0064] t6_t7 :t6时刻，M3零电压开启，此前，Ml的门极信号早已为正，所以，一次侧由电 源^1、1^1、1^2、1〇构成一个回路。二次侧，019有电流流过，因为1。不变，则1 1)21开始减小。 iy;继续反向减小。
[0065] t7_t8:t7时刻，iD21减小到零，D21截止。此后的半个周期与前半个周期类同。 继续反向减小。
[0066] 本实用新型公开了一种直流电变换电路，并且参照附图描述了本实用新型的具体 实施方式和效果。应该理解到的是：上述实施例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用 新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的实用新型创造，均落入本实用新型 保护范围之内。
【权利要求】
1. 直流电变换电路，其特征在于包括一次侧电路、高频变压器、二次侧电路、负载、控制 电路： 所述一次侧电路为所述的高频变压器提供交流阶梯波电压信号； 所述高频变压器是把所述交流阶梯波电压信号转换成负载所需的交流电压信号，所述 的高频变压器具有隔离和降压的作用； 所述二次侧电路把所述高频变压器转换控制后的电压信号整流滤波后输出负载所需 的直流电压信号； 所述负载是通过所述直流电压信号为负载提供驱动信号； 所述控制电路是控制所述一次侧电路开关管的工作状态。
2. 如权利要求1所述的直流电变换电路，其特征在于一次侧电路包括电源、第一电容、 第二电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第三电容、第四电容、第一二 极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电感、第二电感： 所述第一电容一端接所述电源的正端、所述第一开关管的漏极、所述第四开关管的漏 极、所述第一二极管的负端、所述第三电容和所述第四二极管的负端；另一端接所述第一电 感、所述第二电容； 所述第二电容一端接所述电源的负端、所述第二开关管的源极、所述第三开关管的源 极、所述第二二极管的正端、所述第四电容和所述第三二极管的正端，并接地；另一端接所 述第一电感、所述第一电容； 所述第一开关管的源极接所述第一二极管的正端，所述第二二极管的负端、所述第二 开关管的漏极、所述第三电容、所述第四电容和所述第二电感； 所述第四开关管的源极接所述第四二极管的正端，所述第三二极管的负端、所述第三 开关管的漏极和所述高频变压器； 所述第一开关管的源极和所述第四开关管的源极输出交流阶梯波电压信号。
3. 如权利要求1所述的直流电变换电路，其特征在于所述高频变压器包括一次侧绕组 和第一二次侧绕组和第二二次侧绕组： 所述一次侧绕组接所述一次侧电路的第二电感，第一二次侧绕组的同名端接所述二次 侧电路的第五二极管，另一端接第二二次侧绕组的同名端，并接地，所述第二二次侧绕组的 另一端接所述二次侧电路的第六二极管，所述第一二次侧绕组的同名端和第二二次侧绕组 的非同名端输出负载所需的电压信号。
4. 如权利要求1所述的直流电变换电路，其特征在于所述二次侧电路包括第五二极 管、第六二极管、第七二极管、第三电感、第四电感和第五电容： 所述第三电感的一端接第五二极管的负端、第六二极管的负端、第四电感，另一端接第 五电容和负载； 所述第七二极管的负端接所述第四电感，另一端接第二二次侧绕组的同名端、第五电 容、负载，并接地。
【文档编号】H02M3/28GK203911755SQ201420181824
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】吴丽君 申请人:浙江商业职业技术学院