一种高压开关电源的dc/dc变换拓扑电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高压开关电源的DC/DC变换拓扑电路。包括两路电路结构相同的正激变换电路，两路正激变换电路的原边相并联，两路正激变换电路的副边相并联，使得输出电流能力和输出功率提高一倍，同时两路正激变换电路的原边共用一开关管，适用于高压输入。本发明使用器件数目减少、拓扑结构简洁、成本低、可靠性高，且损耗小、效率高；不存在电路磁偏和直通的问题，元器件不易损坏，尤其是适用于高电压场合。
【专利说明】
一种高压开关电源的DC/DC变换拓扑电路
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种DC/DC变换拓扑电路，尤其涉及了一种高压开关电源的DC/DC变换拓扑电路。
【背景技术】
[0002]在开关电源技术中，通常使用的DC/DC变换电路有以下几种:反激、正激、半桥、全桥、推挽等，在此基础上又衍生出多种开关稳压电源的变换电路，如双管正激变换电路等。由于桥式变换电路中开关管的电压应力仅为输入电压的一半，因此目前的高压开关电源多采用桥式变换电路。桥式变换电路具有变压器双向激磁，容易达到大功率的优点，但同时桥式变换电路需要软启动，且存在直通问题，可靠性低。
[0003]正激变换电路也是常见的隔离变换电路，其具有电路简单，可靠性高等优点，但正激变换电路变压器单项激磁，利用率低，所以仅适用于中小功率的电源。随后出现的双管正激变换电路降低了每个开关管的电压应力，为发展高电压输入正激变换器创造了条件，但是由于正激变换电路需要复磁，所以占空比被限制在0.5以下。针对这个问题又出现了由多个双管正激变换器并联或串联组成的组合双管正激变换电路，使变换器的等效占空比可以高于0.5，但这些变换电路的组合使开关管的数量成倍增加，提高了电源损耗，增大了控制难度。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种高压开关电源的DC/DC变换拓扑电路，其特点是原边共用一个开关管。本发明通过设置两路正激变换电路，使其原边副边均并联，同时在原边共用一个开关管来减少开关管数量，降低了电能损耗，且每个开关管的电压应力为输入电压的一半，因此适用于高电压输入。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]本发明包括两路电路结构相同的正激变换电路，两路正激变换电路的原边相并联，两路正激变换电路的副边相并联，使得输出电流能力和输出功率提高一倍，同时两路正激变换电路的原边共用一开关管，适用于高压输入。
[0007]本发明具体是包括输入电容Cl、第三开关管M3、第一路正激变换电路、第二路正激变换电路、续流二极管D6、输出滤波电感L1、输出滤波电容C2和第三磁复位二极管D3，输入电容Cl连接在市电的两端之间，第一路正激变换电路、第二路正激变换电路的原边的一端连接到市电的一端，第一路正激变换电路、第二路正激变换电路的原边的另一端均经第三磁复位二极管D3连接到市电的一端，第一路正激变换电路、第二路正激变换电路的原边的另一端均经第三开关管M3连接到市电的另一端，第三开关管M3作为所述共用的开关管，第一路正激变换电路、第二路正激变换电路的副边相并联，并经续流二极管D6、输出滤波电感LI和输出滤波电容C2形成的滤波充电电路后输出。
[0008]所述的第一路正激变换电路包括第一开关管M1、第一磁复位二极管Dl、第一整流二极管D4和第一变压器Tl，第一变压器Tl原边的同名端和非同名端分别经第一开关管Ml和所述第三磁复位二极管D3连接到输入电容Cl的正极，第一变压器Tl原边的同名端和非同名端分别经第一磁复位二极管Dl和所述第三开关管M3连接到输入电容Cl的负极，第一变压器Tl副边同名端经第二整流二极管D5连接到续流二极管D6和输出滤波电感LI之间，第一变压器Tl副边非同名端连接到续流二极管D6和输出滤波电容C2之间。
[0009]所述的第二路正激变换电路包括第二开关管M2、第二磁复位二极管D2、第二整流二极管D5和第二变压器T2，第二变压器T2原边的同名端和非同名端分别经第二开关管M2和所述第三磁复位二极管D3连接到输入电容Cl的正极，第二变压器T2原边的同名端和非同名端分别经第二磁复位二极管D2和所述第三开关管M3连接到输入电容Cl的负极，第二变压器T2副边同名端经第二整流二极管D5连接到续流二极管D6和输出滤波电感LI之间，第二变压器T2副边非同名端连接到续流二极管D6和输出滤波电容C2之间。
[0010]所述输出滤波电容C2两端输出直流电源电压。
[0011]本发明的有益效果是:
[0012](I)两路正激共用其中一个开关管，使用器件数目减少、拓扑结构简洁、成本低；
[0013](2)大部分变压器激磁能量回馈电源输入端，损耗小、效率高；
[0014](3)开关管电压应力仅为输入电压的一半，更适用于高压输入场合；
[0015](4)不存在电路磁偏和直通的问题，可靠性高，元器件不易损坏；
[0016](5)两路正激输出并联，输出电流能力比单个正激电路大一倍，相应的输出功率也增大一倍。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的主电路拓扑结构。
[0018]图2是实施例里各开关管驱动电压时序图。
[0019]图3是本发明应用于高压开关电源的参考结构图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明:
[0021]如附图1所示，所述DC/DC变换电路由两路原边副边均并联的正激变换电路组成，并在原边共用其中一个开关管。变换电路由输入电容Cl、第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第一磁复位二极管Dl、第二磁复位二极管D2、第三磁复位二极管D3、第一整流二极管D4、第二整流二极管D5、续流二极管D6、第一变压器Tl、第二变压器T2、输出滤波电感L1、输出滤波电容C2构成。其中第一变压器Tl由第一原边绕组Npl和第一副边绕组Nsl构成，第二变压器T2由第二原边绕组Np2和第二副边绕组Ns2构成。
[0022]其中，输入电容Cl的正极分别连于第一开关管Ml的漏极和第三磁复位二极管D3的阴极，第一开关管Ml的源级分别连于第一原边绕组Npl的同名端和第一磁复位二极管Dl的阴极，第一原边绕组Npl的非同名端分别连于第三磁复位二极管D3的阳极和第三开关管M3的漏极，第三开关管的源级分别连于第一磁复位二极管Dl的阳极和输入电容Cl的负极。这样构成了第一路正激变换电路的原边电路。
[0023]输入电容Cl的正极分别连于第二开关管M2的漏极和第三磁复位二极管D3的阴极，第二开关管M2的源级分别连于第二原边绕组Np2的同名端和第二磁复位二极管D2的阴极，第二原边绕组Np2的非同名端分别连于第三磁复位二极管D3的阳极和第三开关管M3的漏极，第三开关管的源级分别连于第二磁复位二极管D2的阳极和输入电容Cl的负极。这样构成了第二路正激变换电路的原边电路，并与第一路正激变换电路的原边电路相并联，且共用第三开关管M3。
[0024]第一副边绕组NsI的同名端连于第一整流二极管D4的阳极，第一整流二极管D4的阴极连于第二整流二极管D5的阴极、续流二极管D6的阴极和输出滤波电感LI的一端，输出滤波电感LI的另一端连于输出滤波电容C2的正极，第一副边绕组Nsl的非同名端连于续流二极管D6的阳极、输出滤波电容C2的负极和第二副边绕组Ns2的非同名端，第二副边绕组Ns2的同名端连于第二整流二极管D5的阳极，这样构成了并联的两路正激变换电路的副边电路。
[0025]图2所示为三个开关管M1、M2、M3的驱动电压示意图，M1、M2交错导通，M1、M2单独导通期间M3均导通，Ml、M2同时关断期间M3关断。在每个开关周期Ts内，Ml、M2各导通一次，M3导通两次，两路正激变换电路中两个变压器Tl和第二变压器T2交替地向副边传递能量。
[0026]以下结合图2对一个开关周期Ts([t0，t4]时段)时间内DC/DC变换电路的工作原理进行说明:
[0027][ t0，11 ]时段:t0时刻，开关管Ml、M3导通，M2保持关断；第一变压器Tl同名端接输入电容Cl正极，非同名端接输入电容Cl负极，Tl原边绕组Npl的激磁电流从同名端流向非同名端，副边绕组Nsl的同名端电压高于非同名端，第一整流二极管D4导通，输入电压通过Tl向副边传递能量，转化为电感LI上的电磁能，并给电容C2充电。
[0028]第二变压器T2原边绕组Np2的同名端接输入电容Cl负极，非同名端接输入电容Cl正极，第二变压器T2进行磁复位:第二变压器T2的激磁电流经Cl-D2-Np2-D3-Cl回路续流，在T2原边绕组Np2内，激磁电流由同名端流向非同名端，第二变压器T2的激磁能量向输入电容Cl回馈。
[0029]同时，由于第二变压器T2原边绕组Np2的同名端接输入电容Cl负极，非同名端接输入电容Cl正极，因此第二变压器T2副边绕组Ns2的同名端电压低于非同名端，第二整流二极管D5截止，输出滤波电感LI的电流经续流二极管D6续流，LI储存的电磁能转化为电能给输出电容C2充电。
[0030]整个[t0，11 ]时段，输入电压Ui通过第一变压器Tl向副边传递能量，并向电容C2充电；同时为第二变压器T2提供磁复位电压，吸收其激磁能量，实现变压器T2的磁复位。
[0031][tl，t2]时段:tl时刻，开关管M1、M3关断，M2保持关断，为死区时间;此时第一变压器TI进行磁复位:第一变压器TI的激磁电流经C1-D1-Np 1-D3-CI回路续流，在TI原边绕组Np I内，激磁电流由同名端流向非同名端，第一变压器TI的激磁能量向输入电容Cl回馈。
[0032]同时，副边第一整流二极管D4与第二整流二极管D5截止，续流二极管D6导通，输出滤波电感LI的电流继续经续流二极管D6续流，LI储存的电磁能转化为电能给输出电容C2充电。
[0033][七243]时段42时刻，开关管12、13导通31保持关断，第二变压器了2同名端接输入电容Cl正极，非同名接输入电容Cl负极，T2原边绕组Np2的激磁电流从同名端流向非同名端，副边绕组Ns2的同名端电压高于非同名端，第二整流二极管D5导通，输入电压通过T2向副边传递能量，转化为电感LI上的电磁能，并给电容C2充电。
[0034]第一变压器TI原边绕组NpI的同名端接输入电容Cl负极，非同名端接输入电容Cl正极，变压器Tl继续进行磁复位:第一变压器Tl的激磁电流经C1-D1-NP1-D3-C1回路续流，在TI原边绕组Np I内，激磁电流由同名端流向非同名端，变压器TI的激磁能量向输入电容CI回馈。
[0035]同时，由于第一变压器Tl原边绕组Npl的同名端电压低于非同名端，因此第一变压器Tl副边绕组Nsl的电压为同名端负非同名端正，第一整流二极管D4截止，输出滤波电感LI的电流经续流二极管D6续流，LI储存的电磁能转化为电能给输出电容C2充电。
[0036]整个[t2，t3]时段，输入电压Ui通过第一变压器T2向副边传递能量，并向电容C2充电；同时为第一变压器Tl提供磁复位电压，吸收其激磁能量，实现第一变压器Tl的磁复位。
[0037][t3，t4]时段:t3时刻，开关管M2、M3关断，Ml保持关断，为死区时间；此时第二变压器T2进行磁复位:第二变压器T2的激磁电流经Cl-D2-Np2-D3-Cl回路续流，在T2原边绕组Np2内，激磁电流由同名端流向非同名端，第二变压器T2的激磁能量向输入电容Cl回馈。
[0038]同时，副边第一整流二极管D4与第二整流二极管D5截止，续流二极管D6导通，输出滤波电感LI的电流继续经续流二极管D6续流，LI储存的电磁能转化为电能给输出电容C2充电。
[0039]从t4时刻开始，该DC/DC变换电路开始下一个周期的工作。
[0040]正是由于这种拓扑结构，使得该DC/DC变换电路中开关管电压应力较小，适用于高压输入场合;使用器件数目少、拓扑结构简洁、成本低;大部分变压器激磁能量回馈电源输入端，损耗小、效率高;无论开关管M1、M2、M3开通或者关断，第一变压器Tl的原边绕组Npl和第二变压器T2的原边绕组Np2的激磁电流时钟从同名端流向非同名端，第一变压器Tl和第二变压器T2的磁芯均为单向磁化，避免了双倍磁通效应;电路对称性好，不存在电路磁偏和直通的问题，可靠性高，元器件不易损坏;两路正激输出并联，输出电流能力比单个正激电路大一倍，相应的输出功率也增大一倍。
[0041]参照附图3，可以将本发明应用于高压开关电源，电源电路结构主要包括桥式整流滤波电路，本发明的DC/DC变换电路，倍压整流电路，反馈控制电路和负载。其中。通过反馈控制电路对电路输出进行采样比较，改变开关管Ml、M2、M3的占空比实现稳压输出的目的。另外，通过改变占空比，也可以得到一组较宽范围的电压输出。
【主权项】
1.一种高压开关电源的DC/DC变换拓扑电路，其特征是:包括两路电路结构相同的正激变换电路，两路正激变换电路的原边相并联，两路正激变换电路的副边相并联，使得输出电流能力和输出功率提高一倍，同时两路正激变换电路的原边共用一开关管，适用于高压输入。2.根据权利要求1所述的一种高压开关电源的DC/DC变换拓扑电路，其特征是:包括输入电容Cl、第三开关管M3、第一路正激变换电路、第二路正激变换电路、续流二极管D6、输出滤波电感L1、输出滤波电容C2和第三磁复位二极管D3，第一路正激变换电路、第二路正激变换电路的原边的一端连接到输入电容Cl的一端，第一路正激变换电路、第二路正激变换电路的原边的另一端均经第三磁复位二极管D3连接到输入电容Cl的一端，第一路正激变换电路、第二路正激变换电路的原边的另一端均经第三开关管M3连接到输入电容Cl的另一端，第三开关管M3作为所述共用的开关管，第一路正激变换电路、第二路正激变换电路的副边相并联，并经续流二极管D6、输出滤波电感LI和输出滤波电容C2形成的滤波充电电路后输出。3.根据权利要求2所述的一种高压开关电源的DC/DC变换拓扑电路，其特征是:所述的第一路正激变换电路包括第一开关管M1、第一磁复位二极管D1、第一整流二极管D4和第一变压器Tl，第一变压器Tl原边的同名端和非同名端分别经第一开关管Ml和所述第三磁复位二极管D3连接到输入电容Cl的正极，第一变压器Tl原边的同名端和非同名端分别经第一磁复位二极管Dl和所述第三开关管M3连接到输入电容Cl的负极，第一变压器Tl副边同名端经第二整流二极管D5连接到续流二极管D6和输出滤波电感LI之间，第一变压器Tl副边非同名端连接到续流二极管D6和输出滤波电容C2之间。4.根据权利要求2所述的一种高压开关电源的DC/DC变换拓扑电路，其特征是:所述的第二路正激变换电路包括第二开关管M2、第二磁复位二极管D2、第二整流二极管D5和第二变压器T2，第二变压器T2原边的同名端和非同名端分别经第二开关管M2和所述第三磁复位二极管D3连接到输入电容Cl的正极，第二变压器T2原边的同名端和非同名端分别经第二磁复位二极管D2和所述第三开关管M3连接到输入电容Cl的负极，第二变压器T2副边同名端经第二整流二极管D5连接到续流二极管D6和输出滤波电感LI之间，第二变压器T2副边非同名端连接到续流二极管D6和输出滤波电容C2之间。5.根据权利要求2?4任一所述的一种高压开关电源的DC/DC变换拓扑电路，其特征是:所述的输入电容Cl连接在市电的两端之间，所述的输出滤波电容C2两端输出直流电源电压。
【文档编号】H02M3/335GK105958827SQ201610270417
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】王剑平, 李艺健, 陈小天
【申请人】浙江大学