一种零开零关的开关电源电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种零开零关的开关电源电路，连接在电源和负载之间，包括：开关电路、变压器T1、变压器T2和输出电路，所述的开关电路输入端可与直流电源相连接，亦可与交流电源相连接，所述的变压器T1和变压器T2均分别连接开关电路和输出电路，所述的输出电路输出端与负载相连接，所述的开关电路包括控制开关S1、控制开关S2、电容C1和电容C2，控制开关S1和S2为单向可控硅、双向可控硅、IGBT、MOSFET或GRT器件。与现有技术相比，本实用新型具有零电流电压开关、功率体积比高、重量轻等优点。
【专利说明】-种零开零关的开关电源电路
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种开关电源电路，尤其是涉及一种零开（ZVS)零关（ZCS)的开 关电源电路。
【背景技术】
[0002] 近几年，开关电源技术迅速发展，作为电源广泛地应用于工业自动化控制、军工设 备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备等等，工频变压 器应用于传统电源中，而开关电源相比工频变压器具有功率转换效率高、稳压范围宽、功率 体积比高、重量轻等特点，但是同时也存在着以下的几个问题：
[0003] 1)现有的开关电源很难真正同时实现控制开关的零开关损耗，即在控制开关的开 关的瞬间，电路中的电压、电流不为零，所以消耗的功率也就不能达到零。
[0004] 2)当开关电源工作于电动车充电器、手机充电器时，开关频率的控制、输出频率和 功率的大小都会影响蓄电电池的使用寿命与充电完成时间，可以通过增加控制开关的断续 频率来增加电路的输出功率，但是相对地就增加了控制开关的使用负担。
[0005] 3)常用的开关电源电路中与负载直接连接部分电路有两种：1、半桥整流电路，2、 全桥整流电路，如图3、图4所示，功能上仅将变压器感应来的电流是进行了整流。
[0006] 因此，急需一种零开零关、功率体积比高、重量轻的开关电源电路。
【发明内容】
[0007] 本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种零开零关、 增加输出功率、功率体积比高、重量轻的开关电源电路。
[0008] 本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009] -种零开零关的开关电源电路，连接在电源和负载之间，包括开关电路、变压器 T1、变压器T2和输出电路，所述的开关电路输入端与电源相连接，所述的变压器T1和变压 器T2均分别连接开关电路和输出电路，所述的输出电路输出端与负载相连接。
[0010] 所述的变压器T1包括初级绕组LT11和次级绕组LT12，所述的变压器T2包括初级绕 组L T21和次级绕组LT22，所述的初级绕组LT11和初级绕组LT21分别与开关电路相连接，所述的 次级绕组L T12和次级绕组LT22分别与输出电路相连接。
[0011] 所述的开关电路包括控制开关Si、控制开关S2、电容Ci和电容c2，所述的控制开关 Si和控制开关S 2串联连接在电源两端，所述的电容Ci和初级绕组LT11串联后与控制开关Si 并联，所述的电容c 2和初级绕组LT21串联后与控制开关s2并联。
[0012] 所述的控制开关Si和S2为单向可控硅、双向可控硅、IGBT、M0SFET或GRT器件。
[0013] 所述的输出电路包括第一输出单元和第二输出单元，所述的第一输出单元与次级 绕组LT12相连接，所述的第二输出单元与次级绕组L T22相连接，所述的第一输出单元和第二 输出单元并联连接在负载两端上。
[0014] 所述的第一输出单元和第二输出单元的结构相同。
[0015] 所述的第一输出单元包括二极管Di、二极管D2、电容C3和电容C 4，所述的电容C3的 正极分别连接负载的一端和二极管Di的阴极，电容C3的负极分别连接电容C 4的正极和次 级绕组LT12的一端，所述的电容C4的负极分别连接负载的另一端和二极管D 2的阳极，所述 的二极管Di的阳极与次级绕组LT12的另一端相连接，所述的二极管D 2的阴极连接二极管Di 的阳极。
[0016] 所述的第二输出单元包括二极管D3、二极管D4、电容c 5和电容c6，所述的电容c5的 正极分别连接负载的一端和二极管D 3的阴极，电容c5的负极分别连接电容c6的正极和次 级绕组L T22的一端，所述的电容C6的负极连接负载的另一端和二极管D4的阳极，所述的二 极管D 3的阳极与次级绕组LT22的另一端相连接，所述的二极管D4的阴极连接二极管D 3的阳 极。
[0017] 所述的电源为直流电源或交流电源。
[0018] 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点。
[0019] 1)本实用新型的开关电路的开关的瞬间，电路中的电压、电流为零，消除了因开关 控制不合理而消耗的功率，即实现了电路的零开零关功能。
[0020] 2)本实用新型的开关电路结构与一般的相比，采用具有记忆功能的器件：电容和 电感，使得在一定的开关频率下，电路的变频功能可增加为原来的3到4倍，也就是说在满 足电路的高频率要求的同时，可以减小对控制开关器件的开关频率参数的要求。
[0021] 3)本实用新型功率体积比高、重量轻，因为采用双电容、电感构成新的拓扑架构， 可使得对电网EMC的值减到最少，使得本开关电源的输出效率最大限度提高。；
[0022] 4)本实用新型采用两个单组线圈的变压器，不用设置抽头，进一步减小变压器体 积。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型的结构框图；
[0024] 图2为本实用新型的具体电路图；
[0025] 图3为半桥整流电路；
[0026] 图4为全桥整流电路。
【具体实施方式】 [0027]
[0028] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
[0029] 如图1所示，一种零开零关的开关电源电路1，连接在电源2和负载3之间，包括开 关电路11、变压器T1、变压器T2和输出电路12,所述的开关电路11输入端与电源2相连 接，所述的变压器T1和变压器T2均分别连接开关电路11和输出电路12,所述的输出电路 12输出端与负载3相连接。电源2可为直流电源或交流电源。
[0030] 如图2所示，所述的变压器T1包括初级绕组LT11和次级绕组LT12，所述的变压器T2 包括初级绕组L T21和次级绕组LT22，所述的初级绕组LT11和初级绕组LT21分别与开关电路相 连接，所述的次级绕组L T12和次级绕组LT22分别与输出电路相连接。
[0031] 所述的开关电路11包括控制开关Si、控制开关s2、电容q和电容C2，所述的控制 开关Si和控制开关S 2串联连接在电源两端，所述的电容q和初级绕组LT11串联后与控制开 关Si并联，所述的电容C 2和初级绕组LT21串联后与控制开关S2并联。所述的控制开关Si 和s2可为单向可控硅、双向可控硅、IGBT、MOSFET或GRT器件等，对控制开关的控制包括调 频和调幅2种形式。
[0032] 所述的输出电路12包括第一输出单兀和第二输出单兀，所述的第一输出单兀与 次级绕组L T12相连接，所述的第二输出单元与次级绕组LT22相连接，所述的第一输出单元和 第二输出单元并联连接在负载两端上。第一输出单元和第二输出单元的结构相同。所述的 第一输出单元包括二极管Di、二极管D 2、电容C3和电容C4，所述的电容C3的正极分别连接负 载的一端和二极管Di的阴极，电容C 3的负极分别连接电容C4的正极和次级绕组LT12的一 端，所述的电容C 4的负极分别连接负载的另一端和二极管D2的阳极，所述的二极管01的阳 极与次级绕组L T12的另一端相连接，所述的二极管仏的阴极连接二极管Di的阳极。所述的 第二输出单元包括二极管D3、二极管D 4、电容C5和电容C6，所述的电容C5的正极分别连接负 载的一端和二极管D 3的阴极，电容C5的负极分别连接电容C6的正极和次级绕组LT22的一 端，所述的电容C 6的负极连接负载的另一端和二极管D4的阳极，所述的二极管D3的阳极与 次级绕组L T22的另一端相连接，所述的二极管D4的阴极连接二极管D3的阳极。
[0033] 本实用新型中开关电路11的工作过程为：
[0034] 1)当控制开关Si、控制开关&均断开时，通以电源，电压为U，若电源为交流电源， 控制开关Si、s 2要求用双向器件。
[0035] 此时，因为电感的存在，电路中的电流缓慢增长，电源对电容Q和电容C2进行充 电。直至电容充电完成，电路中电流为〇,为稳定状态1，其稳定时间由电容和电感具体LC 二阶时间常数数值决定。
[0036] 2)当电容Q和电容(：2充电完成，电路中电流为0时，控制开关Si闭合。
[0037] 此时，因为电容的存在，电容两端的电压不能突变，电源对电容C2进行继续充电， 电容C 2的电压增加了 U/2,对电容C1放电，直至电容C2充电完成，C1放电完成，电路中电 流为〇,为稳定状态2。
[0038] 3)当电容(：2充电完成，电路中电流为0时，控制开关Si断开。
[0039] 此时，电容C2释放能量，电容Q存储能量，达到稳定状态3。
[0040] 4)再将控制开关S2闭合。
[0041] 此时，电源均对电容^进行继续充电，电容的电压增加了 U/2,直至电路中电流 为〇,为稳定状态4。
[0042] 5)控制开关&断开。
[0043] 此时，电容Q释放能量，电容C2存储能量，达到稳定状态5。
[0044] 6)再重复过程1)_5)，开关电路中电容电感状态在稳定状态1、2、3、4、5中相互转 换。
[0045] 若电源为直流电源，控制开关Sp S2采用单向器件，开关电路的工作过程与交流电 源时类似。
[0046] 开关电路的控制开关可在零电流零电压时通断，电容之间传递能量，使变压器T1、 T2的初级线圈两端的电压高频变化，电路的变频功能为普通开关电路的3到4倍，可降低对 开关管的开合频率要求，增加开关寿命，在相同的开关开合频率下，而本实用新型传递的能 量较大。
[0047] 因为输出电路包括2个结构相同的输出单元，所以分析一个输出单元内的工作过 程：
[0048] 1)当二极管01导通时，变压器ΤΙ对电容C3充电的同时，向负载R提供能量，电容 C 4释放能量。
[0049] 2)当二极管仏导通时，变压器T1对电容C4充电的同时，向负载R提供能量，电容 C 3释放能量。
[0050] 本实用新型的输出电路与现有电路相比，不仅实现了整流，而且经过所处的输出 电路的存储释放能量，输出负载稳定的强电压和具有小幅度的脉冲的强电流。因此，在同等 输出功率的情况下，本实用新型的体积更小，重量更轻；同体积重量的情况下，输出的能量 可多出一倍。
【权利要求】
1. 一种零开零关的开关电源电路，连接在电源和负载之间，其特征在于，包括开关电 路、变压器T1、变压器T2和输出电路，所述的开关电路输入端与电源相连接，所述的变压器 T1和变压器T2均分别连接开关电路和输出电路，所述的输出电路输出端与负载相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种零开零关的开关电源电路，其特征在于，所述的变压器 T1包括初级绕组LT11和次级绕组L T12，所述的变压器T2包括初级绕组LT21和次级绕组LT22， 所述的初级绕组L T11和初级绕组LT21分别与开关电路相连接，所述的次级绕组Lt12和次级绕 组L T22分别与输出电路相连接。
3. 根据权利要求2所述的一种零开零关的开关电源电路，其特征在于，所述的开关电 路包括控制开关Si、控制开关S2、电容q和电容C 2，所述的控制开关S1和控制开关S2串联 连接在电源两端，所述的电容q和初级绕组L T11串联后与控制开关Si并联，所述的电容C2 和初级绕组LT21串联后与控制开关S2并联。
4. 根据权利要求3所述的一种零开零关的开关电源电路，其特征在于，所述的控制开 关Si和S2为单向可控硅、双向可控硅、IGBT、MOSFET或GRT器件。
5. 根据权利要求2所述的一种零开零关的开关电源电路，其特征在于，所述的输出电 路包括第一输出单元和第二输出单元，所述的第一输出单元与次级绕组L T12相连接，所述的 第二输出单元与次级绕组LT22相连接，所述的第一输出单元和第二输出单元并联连接在负 载两端上。
6. 根据权利要求5所述的一种零开零关的开关电源电路，其特征在于，所述的第一输 出单元和第二输出单元的结构相同。
7. 根据权利要求5所述的一种零开零关的开关电源电路，其特征在于，所述的第一输 出单元包括二极管Di、二极管D2、电容C 3和电容C4，所述的电容C3的正极分别连接负载的一 端和二极管Di的阴极，电容C 3的负极分别连接电容C4的正极和次级绕组LT12的一端，所述 的电容C 4的负极分别连接负载的另一端和二极管D2的阳极，所述的二极管01的阳极与次 级绕组L T12的另一端相连接，所述的二极管D2的阴极连接二极管Di的阳极。
8. 根据权利要求5所述的一种零开零关的开关电源电路，其特征在于，所述的第二输 出单元包括二极管D3、二极管D 4、电容C5和电容C6，所述的电容C5的正极分别连接负载的一 端和二极管D 3的阴极，电容C5的负极分别连接电容C6的正极和次级绕组LT22的一端，所述 的电容C 6的负极连接负载的另一端和二极管D4的阳极，所述的二极管D3的阳极与次级绕 组L T22的另一端相连接，所述的二极管D4的阴极连接二极管D3的阳极。
9. 根据权利要求1所述的一种零开零关的开关电源电路，其特征在于，所述的电源为 直流电源或交流电源。
【文档编号】H02M1/00GK203911723SQ201420201112
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】葛铮 申请人:葛铮