单路自驱双管钳位正激隔离变换器的制造方法
【专利摘要】由于双管正激变换器存在两个主开关管，并且两个开关管不共地，因此需要两路隔离的驱动，通常的做法是采用专门的隔离驱动芯片或是利用脉冲变压器隔离驱动，这无疑都增加了设计的成本和复杂性。本实用新型的目的就是为了克服上述不足之处，而提供一种单路自驱双管钳位正激隔离变换器，它由双管正激隔离变换电路、PWM电路、开关管自驱电路和整流滤波电路组成，下管用PWM电路直接驱动，上管用开关管自驱电路驱动，只有下管需要控制电路，结构可以大大简化，而且上管比下管先开通、后关断，工作过程基本上是零电流开通和零电流关断，有利于减小损耗和散热空间，提高效率。
【专利说明】
单路自驱双管钳位正激隔离变换器
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种单路自驱双管钳位正激隔离变换器，属于DC/DC隔离软开关变换器范围。
【背景技术】
[0002]双管正激电路克服了单管正激电路主开关管电压应力大的缺点。但由于双管正激变换器存在两个主开关管，并且两个开关管不共地，因此需要两路隔离的驱动，通常的做法是采用专门的隔离驱动芯片或是利用脉冲变压器隔离驱动，这无疑都增加了设计的成本和复杂性。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的就是为了克服上述不足之处，而提供一种单路自驱双管钳位正激隔离变换器，它由双管正激隔离变换电路、PWM电路、开关管自驱电路和整流滤波电路组成，直流电压输入双管正激隔离变换电路，由PWM电路驱动双管正激隔离变换电路中的下开关管，开关管自驱电路驱动双管正激隔离变换电路中的上开关管，双管正激隔离变换电路中的变压器耦合输出，再经整流滤波电路输出得到可控的稳定的直流电压；
[0004]在上述技术方案中，开关管自驱电路由双管正激隔离变换电路中变压器Tl原边辅助绕组、稳压管Z、充电电容C、限流电阻RS和驱动电阻R构成上开关管Ql的自驱电路，通过变压器辅助绕组与主绕组的自耦产生电压驱动上开关管Ql开通和关断，只有下开关管Q4需要控制电路，结构可以大大简化，而且上开关管Ql比下开关管Q4先开通、后关断，工作过程基本上是零电流开通和零电流关断，有利于减小损耗和散热空间，提高效率。
[0005]该拓扑结构具有以下优点:
[0006](I)该拓扑保留了双管钳位正激变换器的开关管电压应力低、不存在桥臂直通、可靠性尚等优点。
[0007](2)增加电路少，结构简化，频率高，隔离变压器体积小，均可以节省更多的空间。
[0008](3)实现了开关管的软开关，减小损耗。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的电路结构图。
[0010]图2为本实用新型的起始工作状态等效图。
[0011]图3为本实用新型的工作状态一等效图。
[0012]图4为本实用新型的工作状态二等效图。
[0013]图5为本实用新型的工作状态三等效图。
[0014]图6为本实用新型的工作状态四等效图。
[0015]图7为本实用新型的工作状态五等效图。
[0016]图8为本实用新型的工作状态六等效图。
[0017]图9为本实用新型的工作状态七等效图。
[0018]图10为本实用新型的工作波形图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
[0020]如图1所示，本实用新型主要组成:电源Uin，辅管Ql，电容Cl，主管Q4，电容C4，钳位二极管D2和D3，功率变压器TI，整流二极管D5，续流二极管D6，滤波电感L和输出滤波电容Cout，限流电阻RS，驱动电阻R，稳压管Z、充电电容C。
[0021]如图2所示，本实用新型的起始工作状态等效图，起始状态两只开关管均未导通，电源Uin给电容C1、C4充电，原边绕组电压从Uin开始下降，变压器原边励磁电流线性上升，当Cl和C4上的电压充电到Uin/2，变压器原边绕组电压下降至0，励磁电流持续不变。
[0022]如图3所示，本实用新型的工作状态一等效图，控制芯片产生PffM波使主管Q4导通，Cl上的电压由Uin/2上升，原边绕组电压从Uin/2开始下降，励磁电流继续上升，电源Uin、限流电阻RS、充电电容C、变压器原边辅助绕组，主绕组形成一个回路，对电容C进行充电，当C上的电压上升到辅管Ql的开启阈值时，辅管Ql导通，变压器原边绕组电压阶跃到Uin，励磁电流保持不变，整流管D5的电流从O迅速上升至10。
[0023]如图4所示，本实用新型的工作状态二等效图，Q4关断，由于绕组上的电压不会立刻下降为0，辅管Ql仍然导通，电容C4充电，两端电压开始迅速上升，变压器原边主绕组和辅助绕组上的电压开始迅速下降，变压器次级的整流管D5保持导通，辅管Ql的驱动回路中，辅助绕组开始通过驱动电阻R给电容C充电、给Ql的门极寄生电容放电，电容C两端电压线性上升，Ql门极电压Vgs线性下降。
[0024]如图5所示，本实用新型的工作状态三等效图，辅管Ql截止，变压器原边绕组电压为零，并出现反向趋势，续流二极管D6导通，输出电流1开始从D5向D6转换，励磁电流保持不变，电容Cl、C4上的电压、开始迅速上升。
[0025]如图6所示，本实用新型的工作状态四等效图，励磁电流开始线性下降，电容C1、C4充电至Uin，变压器原边绕组电压下降至-Uin，复位二极管导通，电容C1、C4上的电压被钳位于Uin，变压器磁复位。辅助绕组电压开始反向，充电电容C两端电压继续上升。
[0026]如图7所示，本实用新型的工作状态五等效图，变压器复位结束，励磁电感与开关管电容谐振，励磁电流从零开始反向增长，给电容C1、C4反向充电，电容上的电压由Uin开始下降至Uin/2;主绕组上的电压也开始由-Uin下降至零，当Vgs上升至Ql开启的阈值时，Q1导通，而此时Q4仍然关断，Cl上的电电荷迅速释放到零，Q4寄生电容上的电压迅速充电到Uin，这个电流会在绕组上形成一个正向的电压小尖峰。
[0027]如图8所示，本实用新型的工作状态六等效图，主管Q4导通，电容C4通过开关管放电，负载电流1由续流二极管D6转移到整流二极管D5，主绕组上的电压迅速上升，驱动绕组上的电压也迅速上升，C被反向充电，两端电压迅速下降。
[0028]如图9所示，本实用新型的工作状态七等效图，换流结束，励磁电流开始线性上升，开始向副边传递能量。主绕组上的电压保持为Uin。
[0029]如图10所示，本实用新型的工作波形图，从t4时刻开始，电路进入正常循环阶段，辅管Ql比主管Q4先开通、后关断，辅管Ql的工作过程基本上是零电流开通和零电流关断，因此辅管Ql上的损耗大大减小，有利于电路整流效率的提1? ο
【主权项】
1.单路自驱双管钳位正激隔离变换器，包括双管正激隔离变换电路、PWM电路、开关管自驱电路和整流滤波电路，其特征在于:直流电压输入双管正激隔离变换电路，由PWM电路驱动双管正激隔离变换电路中的下开关管，开关管自驱电路驱动双管正激隔离变换电路中的上开关管，双管正激隔离变换电路中的变压器耦合输出，再经整流滤波电路输出得到可控的稳定的直流电压;开关管自驱电路由双管正激隔离变换电路中变压器Tl原边辅助绕组、稳压管Z、充电电容C、限流电阻RS和驱动电阻R构成，所述充电电容C两脚分别与稳压管Z的正负极相连;所述稳压管Z的正极与变压器Tl辅助绕组同名端相连;所述限流电阻RS两脚分别与上开关管Ql的漏极和稳压管Z的负极相连;所述限流电阻R两脚分别与上开关管Ql的栅极和稳压管Z的负极相连，组成了上开关管Ql的自驱电路，通过变压器辅助绕组与主绕组的自耦产生电压驱动上开关管Ql开通和关断。
【文档编号】H02M3/335GK205430058SQ201520400888
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年6月11日
【发明人】王晓民, 盖忠伟, 魏彦, 吴小丽, 雷元林, 熊天学, 罗青青, 管祥枫
【申请人】武汉杭久电气有限公司