一种推挽开关电路及软开关三管推挽正激变换器的制作方法

本发明涉及推挽正激变换电路，尤其涉及一种推挽开关电路及软开关三管推挽正激变换器。

背景技术：

推挽电路适合于低电压大电流升压环境，现有的推挽电路是在变压器原边绕组的两端分别通过开关管接地，变压器原边绕组的中间抽头加载直流电压，通过交替接通两个开关管，变压器原边绕组的两端交替接地，使得变压器的副边绕组产生高于原边电压的交流电，进而实现推挽变换。但是上述推挽电路中，变压器原边绕组的中间抽头所加载的电压是固定的，导致变压器副边绕组的电压不可调，因此受到输入侧电压的限制，不能在较宽的输入电压范围内应用，同时，由于两个开关管交替接通，而中间抽头的电压反复加载于两个开关管，使得开关管承受的电压应力较高，进而影响电路的性能和寿命，此外，开关管切换的瞬间，变压器会产生尖峰电压，若增设尖峰吸收电路，不仅使电路结构复杂化，还增加了电路成本。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种适用于多种输入电压、可降低开关管承受的电压应力、可避免变压器产生尖峰的推挽开关电路及软开关三管推挽正激变换器。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种推挽开关电路，所述推挽开关电路包括有第一开关管、第二开关管、第三开关管和变压器，所述第一开关管的漏极和第二开关管的漏极分别连接于变压器原边绕组的两端，所述第一开关管的源极和第二开关管的源极均接地，所述第一开关管的栅极和第二开关管的栅极用于接入相位相反的两路PWM脉冲信号，所述第三开关管的漏极用于接入直流电压，所述第三开关管的源极连接于变压器原边绕组的中间抽头，所述第三开关管的栅极用于接入占空比可调的PWM脉冲信号，通过调整所述第三开关管栅极的PWM脉冲信号的占空比而调整变压器副边绕组的输出电压。

优选地，所述变压器的副边绕组连接有整流桥，藉由所述整流桥而将变压器副边绕组输出的交流电压转换为半波直流电压，所述整流桥的输出端连接有滤波电感。

优选地，所述第一开关管、第二开关管和第三开关管均为N沟道MOS管。

优选地，所述第一开关管的栅极与源极之间、第二开关管的栅极与源极之间以及第三开关管的栅极与源极之间分别连接有一下拉电阻，所述第一开关管的栅极、第二开关管的栅极以及第三开关管的栅极分别串接有一限流电阻。

一种软开关三管推挽正激变换器，其包括有：一输入滤波电路，其输入端用于连接直流电源，所述输入滤波电路用于对直流电源输出的电压进行滤波后输出直流电压；一推挽开关电路，所述输入滤波电路输出的直流电压加载于所述第三开关管的漏极；一输出滤波电路，其输入端连接于推挽开关电路的输出端，所述输出滤波电路用于对推挽开关电路输出的电压进行滤波。

优选地，所述输入滤波电路包括有两个并联的滤波电容，所述输出滤波电路包括有电解电容。

优选地，还包括有一MCU控制单元，所述第一开关管的栅极、第二开关管的栅极和第三开关管的栅极分别连接于MCU控制单元，藉由所述MCU控制单元而向第一开关管的栅极和第二开关管的栅极输出相位相反的两路PWM脉冲信号以及向第三开关管的栅极接入占空比可调的PWM脉冲信号。

优选地，还包括有一输入电压采样电路，所述输入电压采样电路连接于输入滤波电路与MCU控制单元之间，所述输入电压采样电路用于对输入滤波电路输出的直流电压进行采样后传输至MCU控制单元，所述MCU控制单元根据输入滤波电路接入的电压信号而调整加载于第三开关管栅极的PWM脉冲信号的占空比，并且当输入滤波电路接入的电压低于预设值时，所述MCU控制单元驱使第三开关管保持导通，当输入滤波电路接入的电压高于预设值时，所述MCU控制单元将第三开关管栅极的PWM脉冲信号的占空比调低。

优选地，还包括有一输出电压采样电路，所述输出电压采样电路连接于输出滤波电路与MCU控制单元之间，所述输出电压采样电路用于对输出滤波电路输出的电压进行采样后传输至MCU控制单元。

优选地，所述输出电压采样电路包括有运放，所述运放的两个输入端分别通过限流电阻而连接于输出滤波电路的输出端和地，所述运放的输出端连接于MCU控制单元，所述MCU控制单元还根据运放输出的电压信号而调整加载于第三开关管栅极的PWM脉冲信号的占空比。

本发明公开的推挽开关电路及软开关三管推挽正激变换器中，直流电压可通过第三开关管而加载于变压器原边绕组的中间抽头，通过向所述第一开关管的栅极和第二开关管的栅极加载相位相反的两路PWM脉冲信号，以驱动第一开关管和第二开关管交替导通，使得变压器的副边绕组产生交流电压，其中，当输入侧的电压较低时，令第三开关管保持导通，直至输入侧接入较高的电压时，调低第三开关管栅极的PWM脉冲信号的占空比，延长变压器原边绕组的关断时间，以令变压器副边绕组的电压降低，通过上述过程实现了电压调节，由于PWM脉冲信号的占空比调节范围较广，使得该推挽开关电路能适应多种输入电压乃至输入电压容易发生变化的应用环境，进而避免了受输入电压的应用限制，同时，第三开关管反复通断的过程中，延长了第一开关管和第二开关管上无电压的时间，使得第一开关管和第二开关管承受的电压应力大大减小，有助于提高电路的稳定性和使用寿命。

附图说明

图1为本发明软开关三管推挽正激变换器的电路原理图。

图2为输出电压采样电路的原理图。

图3为MCU控制单元的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种推挽开关电路，如图1所示，所述推挽开关电路20包括有第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和变压器TS1，所述第一开关管Q1的漏极和第二开关管Q2的漏极分别连接于变压器TS1原边绕组的两端，所述第一开关管Q1的源极和第二开关管Q2的源极均接地，所述第一开关管Q1的栅极和第二开关管Q2的栅极用于接入相位相反的两路PWM脉冲信号，所述第三开关管Q3的漏极用于接入直流电压，所述第三开关管Q3的源极连接于变压器TS1原边绕组的中间抽头，所述第三开关管Q3的栅极用于接入占空比可调的PWM脉冲信号，通过调整所述第三开关管Q3栅极的PWM脉冲信号的占空比而调整变压器TS1副边绕组的输出电压。

上述推挽开关电路中，直流电压可通过第三开关管Q3而加载于变压器TS1原边绕组的中间抽头，通过向所述第一开关管Q1的栅极和第二开关管Q2的栅极加载相位相反的两路PWM脉冲信号，以驱动第一开关管Q1和第二开关管Q2交替导通，使得变压器TS1的副边绕组产生交流电压，其中，当输入侧的电压较低时，令第三开关管Q3保持导通，直至输入侧接入较高的电压时，调低第三开关管Q3栅极的PWM脉冲信号的占空比，延长变压器TS1原边绕组的关断时间，以令变压器TS1副边绕组的电压降低，通过上述过程实现了电压调节，由于PWM脉冲信号的占空比调节范围较广，使得该推挽开关电路能适应多种输入电压乃至输入电压容易发生变化的应用环境，进而避免了受输入电压的应用限制，同时，第三开关管Q3反复通断的过程中，延长了第一开关管Q1和第二开关管Q2上无电压的时间，使得第一开关管Q1和第二开关管Q2承受的电压应力大大减小，有助于提高电路的稳定性和使用寿命。

作为一种优选方式，加载于第一开关管Q1栅极和第二开关管Q2栅极的PWM脉冲信号保持最大占空比，即第一开关管Q1关断的瞬间，第二开关管Q2导通，然而在该切换的瞬间，变压器TS1的原边绕组处于瞬时短路状态，利用该瞬时短路，可使得变压器TS1副边的电流快速泄放，从而实现软开关的目的，使得输出电压的稳定性和可靠性更好，大大提高了电压转换效果。

本实施例中，所述变压器TS1的副边绕组连接有整流桥(D1、D2、D3、D4)，藉由所述整流桥而将变压器TS1副边绕组输出的交流电压转换为半波直流电压。进一步地，所述整流桥的输出端连接有滤波电感L3。

关于器件选型，所述第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3均为N沟道MOS管。其中，所述第一开关管Q1的栅极与源极之间、第二开关管Q2的栅极与源极之间以及第三开关管Q3的栅极与源极之间分别连接有一下拉电阻(R4、R2、R6)。所述第一开关管Q1的栅极、第二开关管Q2的栅极以及第三开关管Q3的栅极分别串接有一限流电阻(R3、R1、R5)。

在此基础上，本发明还公开了一种软开关三管推挽正激变换器，结合图1至图3所示，其包括有：

一输入滤波电路10，其输入端用于连接直流电源，所述输入滤波电路10用于对直流电源输出的电压进行滤波后输出直流电压；

一推挽开关电路20，其中，输入滤波电路10输出的直流电压加载于所述第三开关管Q3的漏极；

一输出滤波电路30，其输入端连接于推挽开关电路20的输出端，所述输出滤波电路30用于对推挽开关电路20输出的电压进行滤波。

关于输入输出的滤波部分，所述输入滤波电路10包括有两个并联的滤波电容(C7、C8)，所述输出滤波电路30包括有电解电容C4。

为了实现自动控制，本实施例还包括有一MCU控制单元50，所述第一开关管Q1的栅极、第二开关管Q2的栅极和第三开关管Q3的栅极分别连接于MCU控制单元50，藉由所述MCU控制单元50而向第一开关管Q1的栅极和第二开关管Q2的栅极输出相位相反的两路PWM脉冲信号以及向第三开关管Q3的栅极接入占空比可调的PWM脉冲信号。

为了反馈输入电压，本实施例还包括有一输入电压采样电路60，所述输入电压采样电路60连接于输入滤波电路10与MCU控制单元50之间，所述输入电压采样电路60用于对输入滤波电路10输出的直流电压进行采样后传输至MCU控制单元50，所述MCU控制单元50根据输入滤波电路10接入的电压信号而调整加载于第三开关管Q3栅极的PWM脉冲信号的占空比，并且当输入滤波电路10接入的电压低于预设值时，所述MCU控制单元50驱使第三开关管Q3保持导通，当输入滤波电路10接入的电压高于预设值时，所述MCU控制单元50将第三开关管Q3栅极的PWM脉冲信号的占空比调低。

为了反馈输出电压，本实施例还包括有一输出电压采样电路40，所述输出电压采样电路40连接于输出滤波电路30与MCU控制单元50之间，所述输出电压采样电路40用于对输出滤波电路30输出的电压进行采样后传输至MCU控制单元50。进一步地，所述输出电压采样电路40包括有运放U9B，所述运放U9B的两个输入端分别通过限流电阻而连接于输出滤波电路30的输出端和地，所述运放U9B的输出端连接于MCU控制单元50，所述MCU控制单元50还根据运放U9B输出的电压信号而调整加载于第三开关管Q3栅极的PWM脉冲信号的占空比。

将上述各单元整合后构成本发明的优选实施例，结合图1至图3所示，该实施例整体的工作原理为：

输入滤波电路中，DC电源电压通过C7、C8滤除纹波电压后输出。R11、R12组成输入电压采样电路，将采样到的输入电压送给控制芯片U1，由U1来决定Q3的工作状态。

推挽开关电路中，升压电路由Q1、Q2、Q3、TS1、D1、D2、D3、D4、L3组成；当输入电压在低压状态控制芯片将Q3的控制PWM3一直置高，让Q3处于直通，Q1与Q2以最大占空比工作；当输入电压经变压升压后达到控制电压点时，Q3将以2倍Q1或2倍Q2的开关频率工作，并且Q1与Q2仍然以最大占空比工作，控制芯片控制PWM3的占空比来调节输出电压，以达到输出稳定。同时由于Q1与Q2的占空比最大，在工作周期内有一段时间内输入变压器TS1的原边绕组是在短路状态，导致副边D1、D2、D3、D4上的电流很快放完从而达到零电流关断，达到软开关的目的。

输出滤波电路中，输出滤波电解电容C4将升压后的直流滤波送给负载。输出采样电路由R126、R127、R128、R38、R129、R130、R131、R45、R39、C39、R47、C41、U9、R44、D15组成，采样电路将升压后的电压采样反馈给控制芯片U1，来确定Q3的占空比大小。

本发明公开的推挽开关电路及软开关三管推挽正激变换器，其输入电压的范围较宽，且电路简单、控制方便，原边MOS管与副边二极管均工作在软开关状态，具有电压应力小、电路效率高等特点。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。