一种推挽式开关电源拓扑结构的制作方法

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种推挽式开关电源电路的拓扑结构。

背景技术：

在逆变领域，尤其是车载逆变器，由于其电路简单，功率管数量少，占用pcb空间也少，所以推挽电路应用电路应用非常广。但其推挽所选功率管需要2倍输入电压特性，在低压大电流点路中再合适不过，也成为逆变电源工程师设计之首选。推挽电路中，变压器原边会有一个中心抽头，中心抽头与直流电压源连接，并与两支开关管分别构成两组回路，通过控制开关管交替导通就可以将直流电压源的电压进行逆变以在变压器原边产生一个正负交替变化的交流电。在原边两支逆变开关管交替导通的间隙，会存在死区时间，死区时间和导通时间的比例影响着推挽电路的输出。对于传统的推挽电路结构来说，死区时间内变压器中励磁电感所储存的能量必须通过变压器副边的两支整流二极管来续流，而能实现这一目的的前提是必须令这两支整流二极管保持在导通状态，所以此时电路的输出端必须要接足够大的负载以让副边形成导通的回路。

此外，通常推挽拓扑中功率管选用都是mosfet，而mosfet失效最多原因往往不是电流而是电压，这正是由于推挽变换器漏感所致。这就迫使设计师不得不降低变压器漏感，选用更高耐压功率管，并且加入各种缓冲电路来保护mosfet。但是常用的无源缓冲网络的原理大多是用电阻来消耗掉漏感的能量，这样就会在短时间内产生很大的电阻热，而且对于电阻的功率也有一定的要求。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种结构简单、效率较高的推挽式开关电源拓扑结构设计。

本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：在原有的推挽式开关电源拓扑结构的基础上增加了两组励磁电感续流电路，每组续流电路包括一支二极管和一支开关管，当电路工作在死区时间时，续流电路中的开关管导通，变压器原边的励磁电感和漏感可以和续流电路形成回路使励磁电感的能量可以在原边进行续流，同时避免了在mosfet的源极和漏极之间产生电压尖峰。

具体的电路以及连接方法如下：

推挽电路包括：直流稳压源、mosfet管q1、mosfet管q2、变压器t1、二极管d1、二极管d2、滤波电感l，其中变压器t1原边和副边各有一个中心抽头。它们之间的连接关系为：t1原边的中心抽头与直流稳压源的正极相连；t1的原边1端与q1的漏极相连，q1的源极与直流稳压源的负极相连构成上回路；t1的原边3端与q2的漏极相连，q2的源极与直流稳压源的负极相连构成下回路；t1的副边中心抽头与电源输出端的负极相连；t1副边的4端和6端分别与二极管d1的阳极和二极管d2的阳极相连；二极管d1的阴极、二极管d2的阴极和滤波电感l的1端相连；滤波电感l的2端和电源输出端的正极相连。

两组励磁电感续流电路总共包括：二极管d3、二极管d4、mosfet管q3、mosfet管q4。

它们互相之间以及和推挽电路之间的连接关系为：q3的源极、q4的源极、t1原边的中心抽头和直流稳压源的正极相连；q3的漏极与二极管d3的阴极相连，二极管d3的阳极与变压器t1的1端和q1的漏极相连；q4的漏极与二极管d4的阴极相连，二极管d4的阳极与变压器t1的3端和q2的漏极相连。

此外，电阻r1、二极管d5、电容c1和电阻r2、二极管d6、电容c2分别组成了两组rcd缓冲电路，用来保护q1和q2。二极管d5的阳极与q1的漏极相连，d5的阴极经过并联在一起的c1和r1连接到q1的源极；二极管d6的阳极与q2的漏极相连，d6的阴极经过并联在一起的c2和r2连接到q1的源极。

以上回路为例来说明励磁电感续流电路的工作方法。

第一步，当q1关断的同时把q3导通，此时进入死区时间，变压器t1中励磁电感的能量既可以通过由q3和d3组成的励磁电感续流电路在原边继续续流，也可以在副边的d1和d2都导通的前提下，在副边续流。而t1原边中的漏感中的能量不能耦合到副边，只能通过励磁电感续流电路维持，若此时没有续流电路的话漏感的能量将会释放到rcd缓冲电路中的c1中，最后通过电阻r1释放掉。实际电路工作中，励磁电感续流电路的工作时会将一部分漏感的能量通过q3和d3以及导线缓慢的释放，由于漏感中本身储存的能量并不会很高，所以不会对电路产生不良的影响，这样，需要通过r1释放的能量就会减小很多。

第二步，死区时间结束后，q2导通的同时将q3关断，此时q2所在的下回路导通，励磁电感中的能量不再需要在副边或者续流电路中续流，上回路的励磁电感续流电路结束工作。此外，漏感所储存的能量大部分已经释放完毕，剩余的少部分能量可以通过rcd缓冲电路进行再次释放。

下回路中由d6和q4组成的励磁电感续流电路工作方法与上述内容相似，即在q2关断进入死区时间后q4导通，死区时间结束后q1导通q4关断。

附图说明

图1带励磁电感续流电路的推挽式开关电源拓扑结构示意图

图2开关管导通关断时序关系图

图3一种具体应用的电路结构原理图

具体实施方式

下面结合图3对本发明的一种具体实施方式进行说明：

图3是一种采用本发明所述的推挽式拓扑结构的电压型输出开关电源。包括电源主电路、上回路续流电路、下回路续流电路、开关电源输出、比例积分电路、pwm波生成电路、pwm信号处理电路、mosfet驱动电路。

主电路部分包括直流稳压源、mosfet管q1、mosfet管q2、变压器t1、二极管d1、二极管d2、滤波电感l，其中变压器t1原边和副边各有一个中心抽头。它们之间的连接关系为：t1原边的中心抽头与直流稳压源的正极相连；t1的原边1端与q1的漏极相连，q1的源极与直流稳压源的负极相连构成上回路；t1的原边3端与q2的漏极相连，q2的源极与直流稳压源的负极相连构成下回路；t1的副边中心抽头与电源输出端的负极相连；t1副边的4端和6端分别与二极管d1的阳极和二极管d2的阳极相连；二极管d1的阴极、二极管d2的阴极和滤波电感l的1端相连；滤波电感l的2端和电源输出端的正极相连。另外电源主电路还包括两组rcd缓冲电路，分别由电阻r1、二极管d5、电容c1和电阻r2、二极管d6、电容c2组成，二极管d5的阳极与q1的漏极相连，d5的阴极经过并联在一起的c1和r1连接到q1的源极；二极管d6的阳极与q2的漏极相连，d6的阴极经过并联在一起的c2和r2连接到q1的源极。

上回路续流电路包括二极管d3和mosfet管q3；下回路续流电路包括二极管d4和mosfet管q4。q3的源极、q4的源极、t1原边的中心抽头和直流稳压源的正极相连；q3的漏极与二极管d3的阴极相连，二极管d3的阳极与变压器t1的1端和q1的漏极相连；q4的漏极与二极管d4的阴极相连，二极管d4的阳极与变压器t1的3端和q2的漏极相连。

开关电源输出包括滤波电容c3和c4、电压反馈取样电阻r3和r4、负载。r3和r4串联在一起组成一个支路，这个支路与c3、c4和负载两两之间互为并联关系。c4是有极性电容，其正极与滤波电感l的2端相连，负极与变压器副边的中心抽头相连。

比例积分电路包括运算放大器、c5、r5、r6、r7。电压反馈vf由电阻r3、r4分压取来以后，经过r5输入到运算放大器的负输入端。c5的一端与运算放大器的负输入相连另一端与电阻r6相连，电阻r6的另一端与运算放大器的输出相连作为比例积分电路的输出。参考电压vref经过r7输入到运算放大器的正输入端。

比例积分电路的输出进入一个比较器并与三角波进行比较输出一个pwm波，这就是pwm波生成电路。生成后的pwm信号再经过pwm信号处理电路进行处理之后通过mosfet驱动电路控制电路中的四支mosfet的导通与关断。

工作原理：pwm信号经过处理以后以推挽模式驱动mosfet管q1和q2，从而将直流电压转换为交流电输入到变压器t1的原边，之后电能从变压器的原边传输到副边后经过二极管d1和d2整流以后经过滤波电感、滤波电容以后为负载输出电压，由反馈取样电阻、比例积分电路、pwm波生成电路组成的反馈电路负责实时检测电压输出并调整pwm波的占空比来达到稳压的目的。

在q1或者q2关断后的死区时间内，相应的励磁电感续流电路开始工作，即：q1关断的同时q3导通，上回路励磁电感续流电路工作；q2关断的同时q4导通，下回路励磁电感续流电路工作，此时励磁电感中的能量可以通过续流电路进行续流。

以上所述的具体实施实例仅仅是对本发明的优选实施方案进行说明，并不是对本发明的使用范围进行限定，任何熟悉本发明领域的技术人员根据本发明所揭露的技术方案和构思所做的同等替换或改变都应涵盖到本发明的保护范围之内。