一种电流型DC‑DC隔离转换控制电路的制作方法

本发明涉及一种电流型DC-DC隔离转换控制电路，属于新能源动力电池能量转换技术领域。

背景技术：

新能源动力电池DC-DC转换控制电路，通常具有一次侧电压PWM逆变，二次侧整流滤波电路。由于输入输出都是低压条件，应用主要有不隔离(BUCK电路、BOST电路及SEPIC电路)和隔离(FLYBACK电路、FORWORD电路及PUSH PULL电路)。不隔离DC-DC由于输入和输出不能隔离，功率部分的电压应力及电流应力在高频开关下产生的干扰会影响电路的整体电气性能，环境适应能力不够理想，容易受到各种外界和本身的EMC干扰，使DC-DC电路本身电气性能受到干扰，输出电压、电流精度降低。不隔离DC-DC应用受到场合限制，拓展应用能力不够理想。DC-DC隔离电路效率普遍不高，特别是输出低压大电流的DC-DC电路中尤为明显，开关管的开关损耗，整流管的导通损耗及变换器不能很好的复位，PWM死区时间对整流管的反向导通损耗，为了正常工作往往体积、温度居高不下。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电流型DC-DC隔离转换控制电路。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种电流型DC-DC隔离转换控制电路，包括变压器、滤波电路、功率控制电路、整流滤波电路、PWM驱动电路和同步驱动电路；所述滤波电路并接在变压器正输入端与负输入端之间，所述功率控制电路串接在变压器负输入端与一次侧绕组之间，所述PWM驱动电路与功率控制电路连接，所述整流滤波电路设置在变压器二次侧绕组与输出端之间，所述同步驱动电路与整流滤波电路连接。

所述滤波电路包括第一滤波电容。

所述功率控制电路包括主开关管、箝位开关管、箝位电容、输出电容、第一二极管和第二二极管；所述主开关管的门极与PWM驱动电路连接，所述主开关管的源极与变压器负输入端连接，所述主开关管的漏极与一次侧绕组连接，所述第二二极管的负极分别与主开关管的漏极、PWM驱动电路以及箝位开关管的门极连接，所述第二二极管的正极与主开关管的源极连接，所述箝位开关管的源极与变压器负输入端连接，所述箝位开关管的漏极与箝位电容的一端连接，所述箝位电容的另一端与主开关管的漏极连接，所述第一二极管的正极与箝位开关管的漏极连接，所述第一二极管的负极与变压器负输入端连接，所述输出电容并接在第一二极管的两端。

所述PWM驱动电路包括电源、PWM控制器、隔离反馈电路和PID控制器；所述PWM控制器、隔离反馈电路和PID控制器依次连接，所述PWM控制器还外接功率控制电路，所述电源为PWM驱动的各模块供电。

所述主开关管为N沟道MOS管，箝位开关管为P沟道MOS管。

所述整流滤波电路包括第三开关管、第四开关管、第三二极管、第四二极管、第一结电容、第二结电容、滤波电感和第二滤波电容；所述第二滤波电容并接在变压器的输出端，所述第三开关管和第四开关管的门极均与同步驱动电路连接，所述第三开关管和第四开关管的漏极分别与二次侧绕组的两端连接，所述第三开关管和第四开关管的源极均与第二滤波电容的一端连接，所述第二滤波电容的另一端与滤波电感的一端连接，所述滤波电感的另一端与第四开关管的漏极连接，所述第三二极管的正极与第三开关管的源极连接，所述第三二极管的负极与第三开关管的漏极连接，所述第一结电容并接在第三二极管的两端，所述第四二极管的正极与第四开关管的源极连接，所述第四二极管的负极与第四开关管的漏极连接，所述第二结电容并接在第四二极管的两端。

所述第三开关管和第四开关管均为N沟道MOS管。

本发明所达到的有益效果：1、本发明一次侧ZVS-PWM控制，PWM时序的设计，实现ZVS-PWM功能，降低开关管的开关损耗，提高开关速度，减小体积，实现DC-DC转换效率最大化；2、有源钳位隔离ZVS软开关技术，引入有源钳位管，使主开关管和箝位开关管实现零电压开通的条件，由于箝位开关管在主开关管关断时刻有效的进入钳位导通，避免了在死区时间内输出整流管的续流管导通现象，这对于输出大电流电路效率有明显的提升；3、二次侧同步整流MOS管替代肖特基二极管，实现ZVS有源同步整流，电路高频设计，效率在原基础上提高6～10％；4、PWM控制器采用外部电源进行供电，提高控制电路本身效率和控制芯片供电的电压束缚，应用更灵活，干扰减小，增加控制电路可靠性；5、本发明能大大减少动力电池能量重复利用的能源损失，提高了效率和性能，增长元器件使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的控制工作原理方法波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种电流型DC-DC隔离转换控制电路，包括变压器、滤波电路、功率控制电路、整流滤波电路、PWM驱动电路和同步驱动电路。

滤波电路并接在变压器正输入端与负输入端之间，功率控制电路串接在变压器负输入端与一次侧绕组之间，PWM驱动电路与功率控制电路连接，整流滤波电路设置在变压器二次侧绕组与输出端之间，同步驱动电路与整流滤波电路连接。

滤波电路包括第一滤波电容Ci。

功率控制电路包括主开关管S2、箝位开关管S1、箝位电容Cc1、输出电容Cr、第一二极管D1和第二二极管D2。

主开关管S2为N沟道MOS管，主开关管S2的门极与PWM驱动电路连接，主开关管S2的源极与变压器负输入端连接，主开关管S2的漏极与一次侧绕组连接，第二二极管D2的负极分别与主开关管S2的漏极、PWM驱动电路以及箝位开关管S1的门极连接，第二二极管D2的正极与主开关管S2的源极连接，箝位开关管S1为P沟道MOS管，箝位开关管S1的源极与变压器负输入端连接，箝位开关管S1的漏极与箝位电容Cc1的一端连接，箝位电容Cc1的另一端与主开关管S2的漏极连接，第一二极管D1的正极与箝位开关管S1的漏极连接，第一二极管D1的负极与变压器负输入端连接，输出电容Cr并接在第一二极管D1的两端。

PWM驱动电路包括电源、PWM控制器、隔离反馈电路和PID控制器；PWM控制器、隔离反馈电路和PID控制器依次连接，PWM控制器还外接功率控制电路，电源为PWM驱动的各模块供电。

整流滤波电路包括第三开关管S3、第四开关管S4、第三二极管D3、第四二极管D4、第一结电容Cos1、第二结电容Cos2、滤波电感L0和第二滤波电容C0。

第二滤波电容C0并接在变压器的输出端，第三开关管S3和第四开关管S4均为N沟道MOS管，第三开关管S3和第四开关管S4的门极均与同步驱动电路连接，第三开关管S3和第四开关管S4的漏极分别与二次侧绕组的两端连接，第三开关管S3和第四开关管S4的源极均与第二滤波电容C0的一端连接，第二滤波电容C0的另一端与滤波电感L0的一端连接，滤波电感L0的另一端与第四开关管S4的漏极连接，第三二极管D3的正极与第三开关管S3的源极连接，第三二极管D3的负极与第三开关管S3的漏极连接，第一结电容Cos1并接在第三二极管D3的两端，第四二极管D4的正极与第四开关管S4的源极连接，第四二极管D4的负极与第四开关管S4的漏极连接，第二结电容Cos2并接在第四二极管D4的两端。

上述控制电路的控制原理如下：

功率传输部分：

滤波电路、功率控制电路、漏感Lr、励磁电感Lm和一次侧绕组构成输入端回路，传递能量到输出端回路，输出端回路主要由二次侧绕组和整流滤波电路，脉冲电平经整流滤波电路后变成平滑的直流信号。

驱动部分：

PWM驱动电路驱动主开关管S2和箝位开关管S1，从图中的结构分析可得，DC-DC电路控制方法为有源箝位ZVS-PWM正激变换器的主电路。

如图2所示为有源箝位软开关的实现。

T1-T2时间段，主开关管S2ZVS开通，能量传送到负载；

在主开关管S2开通前，箝位电容Cc1上的电压Vc1＝Vs/(1-D)(其中D为占空比，Vs为直流电压)，极性右正左负。这一阶段，箝位开关管S1关断，第一二极管D1反向偏置、阻断，箝位电容Cc1电流为0。主开关管S2导通后，变压器磁芯正向激磁，励磁电流由第三象限向第一象限过渡，变压器原边能量传输到变压器二次侧负载。

T2-T3时间段，箝位开关管S1电压谐振过度到零；

主开关管S2关断，箝位开关管S1及第一二极管D1仍关断，由于此时刻电感磁场能量的作用，励磁电流继续磁化，第一二极管D1正向导通。对主开关管S2的输出电容Cr充电。充电电流逐步减小，主开关管S2的漏极电压上升，这时箝位开关管S1因第一二极管D1反向偏置关断，实现箝位开关管S1电压谐振过度到零。

T3-T4时间段，箝位开关管S1ZVS开通箝位电路运行；

主开关管S2关断，箝位开通，变压器磁芯复位。初级励磁电流反向激磁，励磁电流由第一象限向第三象限过渡。此时箝位开关管S1ZVS开通运行，即磁通复位过程。

T4-T5时间段，主开关管S2电压谐振过度到零；

箝位开关管S1、主开关管S2关断，在此期间，原边励磁电流开始反方向过度，为主开关管S2ZVS开关实现条件，开始重复下一周期。

同步驱动电路用独立的两组线圈紧密耦合变压器二次侧，经信号处理电路后来驱动第三开关管S3和第四开关管S4；第三开关管S3和第四开关管S4做开关使用时，为了实现同步整流，其驱动信号必须进行同步；当第三开关管S3门极电压为高电平，第四开关管S4门极电压为低电平时，第三开关管S3同步开通，第四开关管S4关断，变压器能量传递到输出端；当第四开关管S4门极电压为高电平，第三开关管S3门极电压为低电平时，第四开关管S4同步开通，第三开关管S3关断，由于变压器作用，滤波电感L0上的电压反向，此时第四开关管S4和滤波电感L0构成回路，滤波电感L0的能量通过第四开关管S4继续提供负载能量。

上述控制电路一次侧ZVS-PWM控制，PWM时序的设计，实现ZVS-PWM功能，降低开关管的开关损耗，提高开关速度，减小体积，实现DC-DC转换效率最大化；有源钳位隔离ZVS软开关技术，引入有源钳位管，使主开关管和箝位开关管实现零电压开通的条件，由于箝位开关管在主开关管关断时刻有效的进入钳位导通，避免了在死区时间内输出整流管的续流管导通现象，这对于输出大电流电路效率有明显的提升；二次侧同步整流MOS管替代肖特基二极管，实现ZVS有源同步整流，电路高频设计，效率在原基础上提高6～10％；PWM控制器采用外部电源进行供电，提高控制电路本身效率和控制芯片供电的电压束缚，应用更灵活，干扰减小，增加控制电路可靠性。

上述控制电路能大大减少动力电池能量重复利用的能源损失，提高了效率和性能，增长元器件使用寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。