一种能够实现母线均衡调节的开关电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种能够实现母线均衡调节的开关电源，包括整流电路，所述整流电路的母线输出连接开关电源主回路的输入，开关电源主回路连接PWM控制及采样电路，为PWM控制及采样电路提供工作电压，PWM控制及采样电路产生的PWM控制信号接功率MOSFE控制电路，开关电源主回路产生的输出电压同时为功率MOSFE控制电路提供反馈电压，功率MOSFET控制电路控制功率MOSFET的通断，从而控制开关电源主回路的功率变压器的初级绕组的通断。一方面可以满足后级各控制电路所需的电压，另一方面可以均衡前级整流电路输出的电压。
【专利说明】
一种能够实现母线均衡调节的开关电源
技术领域
[0001]本实用新型涉及开关电源领域，尤其涉及一种能够实现母线均衡调节的开关电源。
【背景技术】
[0002]在众多电力电子设备应用中，整流装置的比例最大。随着电源总功率及功率密度越来越大的发展趋势，电力半导体开关器件性能不断提高，整流电路的输出电压越来越高，所以单个电容可能存在耐压不够的情况，需要在母线两端串联电容从而形成多电平输出的电路。此整流电路为多电平输出的电路输出端需要平衡输出，否则会对后级电路及元器件造成不同程度的损害。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供了一种能够实现母线均衡调节的开关电源，一方面可以满足后级各控制电路所需的电压，另一方面可以均衡前级整流电路输出的电压。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0005]—种能够实现母线均衡调节的开关电源，包括整流电路，所述整流电路的母线输出连接开关电源主回路的输入，开关电源主回路连接HVM控制及采样电路，为HVM控制及采样电路提供工作电压，PWM控制及采样电路产生的PWM控制信号接功率MOSFE控制电路，开关电源主回路产生的输出电压同时为功率MOSFE控制电路提供反馈电压，功率MOSFET控制电路控制功率MOSFET的通断，从而控制开关电源主回路的功率变压器的初级绕组的通断。
[0006]所述整流电路为三相桥式整流电路。
[0007]所述开关电源主回路包括输入部分电路，所述输入部分电路接功率变压器Tl的初次绕组，初次绕组还与功率开关电路连接，功率变压器的次级绕组接次级输出电路。
[0008]所述功率变压器的初级绕组由两个串联的匝比为1:1的绕组23、45及同样匝比的复位绕组12构成，次级绕组为两个绕组67和89。
[0009]所述输入部分电路包括，整流电路的输出正端连接功率变压器初级绕组23的同名端2，异名端3连接钳制二极管D9的阳极，D9的阴极连接功率开关电路；
[0010]整流电路的输出负端连接功率变压器初级绕组45的同名端4，异名端5连接钳制二极管D13的阳极，D13的阴极连接功率开关电路。
[0011]所述功率开关电路包括第一功率开关电路和第二功率开关电路，所述第一功率开关电路包括功率MOS管QI，QI的漏极接D9的阴极，QI的源极经过电流采样电阻Rl连接到GND ；
[0012]第二功率开关电路包括功率MOS管Q2，功率MOS管Q2的漏极接D13的阴极，Q2的源极经过电流采样电阻R2连接到整流电路的输出负端；
[0013]MOS管Ql和MOS管Q2的栅极控制信号DRIVEl和DRIVE2由功率MOSFET控制电路产生。
[0014]整流电路的输出负端接二极管D12的阳极，D12的阴极连接复位绕组12的同名端I，整流电路的输出正端接极性电容Cl的正极，极性电容Cl的负极接GND，整流电路的输出负端接极性电容C2的负极，极性电容C2的正极接GND，二极管D12和极性电容Cl、极性电容C2—起构成去磁回路。
[0015]次级输出电路产生两路不同电压等级的隔离输出:一路由绕组89输出；一路由绕组67输出反馈电压及PffM控制及采样电路的供电电压VFEED。
[0016]所述pmi控制及采样电路包括电源控制芯片Ui，开关电源主回路的输出电压经分压电阻R3、R7分压后串联采样电阻R4，然后接Ul的反馈输入端；
[0017]整流电路的输出正端经过串联电阻R9、R10、R11及R12后连接Ul的电源引脚，Ul的电源引脚还同时连接开关电源主回路的输出端，还分别通过连接二极管D15和电容CS后接地；
[0018]集成芯片Ul的一引脚经串接R8、电容C9后连接到GND，一引脚连接R8、电容C9的串联连接点，一引脚经电阻R13连接功率变压器中工作的初级线圈中的电流采样信号，同时经电容Cl O接地，输出引脚产生PffM信号经电阻R5连接到功率MOSFET控制电路。
[0019]所述功率MOSFET控制电路包括:P丽控制及采样电路产生的PWM控制信号连接到MOS管Q5的栅极，Q5的漏极连接驱动变压器T2的初级绕组34的异名端3，同名端4经串接电阻R16、二极管D18后连接到开关电源主回路反馈电压的输出端，驱动变压器T2的初级绕组12经Cll、D16构成去磁回路;驱动变压器T2的次级绕组910和56输出驱动信号控制MOSFET的通断，从而控制开关电源主回路的功率变压器的初级绕组的通断。
[0020]本实用新型的有益效果是:
[0021 ] 1、在前级输出电压不均衡的情况下，电压高的绕组先工作，该绕组的电压会变低，直至两个电容上分担的电压相等，保护后级各元器件的工作在安全范围内。
[0022]2、驱动信号经过驱动变压器产生同频同相的两路信号，在初级绕组单一工作和共同工作时保证初级线圈电流流通的稳定。
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型的整体原理框图；
[0024]图2是整流电路图；
[0025]图3是开关电源主回路电路图；
[0026]图4是PffM控制及采样电路的原理图；
[0027]图5是功率MOSFET控制电路图。
【具体实施方式】
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[0028]下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明:
[0029]—种能够实现母线均衡调节的开关电源，如图1所示，包括整流电路、开关电源主回路、PffM控制及采样电路、功率MOSFE控制电路。
[0030]整流电路、开关电源主回路、Pmi控制及采样电路依次连接，整流电路的母线输出连接开关电源主回路的输入，开关电源主回路连接PWM控制及采样电路，为其提供工作电压，PWM控制信号接功率MOSFE控制电路，功率MOSFET控制电路控制功率MOSFET的通断，从而控制功率变压器初级绕组的通断。
[0031]如图2所示，整流电路包括输入电感La、Lb、Lc，输入电感La、Lb、Lc前端接三相电输入，后端连接串联的整流二极管，La连接二极管Dl的阳极和二极管D4的阴极，Lb连接二极管D2的阳极和二极管D5的阴极，Lc连接二极管D3的阳极和二极管D6的阴极；
[0032]极性电容Cl的负极和极性电容C2的正极连接在一起输出电压参考零点GND，极性电容Cl的正极与二极管Dl、二极管D3、二极管D5的阴极接在一起作为输出电压正端+V，极性电容C2的负极与二极管D2、二极管D4、二极管D6的阳极连接作为输出电压负端-V ；
[0033]输出端+V、GND、-V连接在一起后接后级开关电源主回路的输入。
[0034]如图3所示，开关电源主电路由输入部分电路、功率变压器、功率开关电路、变压器次级输出电路组成。
[0035]输入部分电路是前级整流电路的输出+V连接功率变压器初级绕组23的同名端2，异名端3连接钳制二极管D9的阳极，D9的阴极连接功率MOS管Ql的漏极，Ql的源极经过电流采样电阻Rl连接到GND。
[0036]前级整流电路的输出GND连接功率变压器初级绕组45的同名端4，异名端5连接钳制二极管D13的阳极，D13的阴极连接功率MOS管Q2的漏极，Q2的源极经过电流采样电阻R2连接到-V。
[0037]D12的阳极连接-V，D12的阴极连接复位绕组12的同名端I，并和电容C1、C2—起构成去磁回路。MOS管Q1、Q2的栅极控制信号由开关电源芯片产生控制。
[0038]功率变压器的初级绕组由两个串联的匝比为1:1的绕组组成及同样匝比的复位绕组构成，次级绕组为两组，分别是次级绕组67和次级绕组89。
[0039]功率开关电路由功率MOS管Ql和Q2组成，漏极分别连接初级绕组23和45，源极经采样电阻分别连接GND、-V构成电流回路，控制信号DRIVEI和DRIVE2由开关电源芯片产生经驱动变压器连接到MOS管的栅极。
[0040]次级输出电路产生两路不同电压等级的隔离输出:一路是绕组67的同名端7经D10、L2、C4输出电压反馈电压及电源芯片供电电压VFEED，D11为续流二极管与L2、C4组成续流回路;一路是绕组89的同名端9经D8、L1、C3输出，D7为续流二极管与L1、C3组成续流回路。[0041 ] 如图4所示，所述的PWM控制及采样电路包括:PWM控制电路采用电源控制芯片UI实现，所述的电源控制芯片为UC2845。采样电路经分压电阻R3、R7分压后串联采样电阻R4接集成芯片1]1的2脚￥?8电压反馈输入端。+￥经过电阻1?9、1?10、1?11、1?12工8、015连接电源芯片的7脚VCC，7脚还同时连接次级绕组输出的VFEED。集成芯片Ul的8脚VREF经R8、C9连接到GND，4脚RT/CT连接R8、C9的串联连接点，3脚经电阻Rl 3、Cl O连接功率变压器Tl的初级线圈中处于工作状态的初级线圈中的电流采样信号，6脚产生PffM信号经R5连接到后级驱动电路。
[0042]如图5所示，所述的功率MOSFET控制电路包括:DRIVE信号连接到MOS管Q5的栅极，Q5的漏极连接驱动变压器初级绕组34的异名端3脚，同名端4脚经R16、D18连接到VFEED，初级绕组12经Cll、D16构成去磁回路。次级绕组910的同名端9经D17、R14、连接到功率MOS管Ql的栅极，R15并联在Ql的栅极和源极之间，异名端10连接Ql的源极;次级绕组56的同名端5经D19、R18、连接到功率MOS管Q2的栅极，R17并联在Q2的栅极和源极之间，异名端6连接Q2的源极。
[0043]本实用新型的工作情况:三相交流输入经整流电路整流后输出直流电压，并均匀分配在两个电容Cl和C2上。实际上，两个电容分担电压总会存在不均衡时刻，假设Cl分担电压大于C2，C1分担电压为Ucl，C2分担电压为Uc2，功率变压器Tl初级绕组23导通时，会在绕组45感应同样的电压Ucl (上正下负)，4脚为GND，5脚(D13的阳极)为-Ucl，而初始加在C2两端的电压为Uc2，C2正极为GND，C2负极为-Uc2，若忽略采样电阻压降和MOS管Q2体二极管的压降则D13的阴极同样为-Uc2，二极管D13阴极的电平-Uc2大于D13阳极的电平-Ucl，二极管D13反偏截止而不导通。而绕组23在导通后，电流分别流过Cl和C2，电容Cl放电同时电容C2充电直至两个电容上的电压平衡。
[0044]若Cl分担电压小于C2时，工作过程与上述相反，以这种方式均衡前级母线输出电压。达到均衡后，绕组23和绕组45串联在一起同时工作。为保证初级绕组在单一工作和共同工作切换时刻正常导通，PWM控制及采样电路产生的PffM信号，经过驱动变压器及后级控制电路分为两路同频同相的驱动信号，保证两个MOS管的导通正常。
[0045]其中功率变压器次级绕组中输出的VFEED既完成给电源芯片供电的任务同时作为采样电压源，保证电源芯片和各路输出正常工作。
[0046]上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
【主权项】
1.一种能够实现母线均衡调节的开关电源，其特征是，包括整流电路，所述整流电路的母线输出连接开关电源主回路的输入，开关电源主回路连接HVM控制及采样电路，为HVM控制及采样电路提供工作电压，P丽控制及采样电路产生的P丽控制信号接功率MOSFE控制电路，开关电源主回路产生的输出电压同时为功率MOSFE控制电路提供反馈电压，功率MOSFET控制电路控制功率MOSFET的通断，从而控制开关电源主回路的功率变压器的初级绕组的通断。2.如权利要求1所述的一种能够实现母线均衡调节的开关电源，其特征是，所述整流电路为二相桥式整流电路。3.如权利要求1所述的一种能够实现母线均衡调节的开关电源，其特征是，所述开关电源主回路包括输入部分电路，所述输入部分电路接功率变压器Tl的初次绕组，初次绕组还与功率开关电路连接，功率变压器的次级绕组接次级输出电路。4.如权利要求3所述的一种能够实现母线均衡调节的开关电源，其特征是，所述功率变压器的初级绕组由两个串联的匝比为1:1的绕组23、45及同样匝比的复位绕组12构成，次级绕组为两个绕组67和89。5.如权利要求4所述的一种能够实现母线均衡调节的开关电源，其特征是，所述输入部分电路包括，整流电路的输出正端连接功率变压器初级绕组23的同名端2，异名端3连接钳制二极管D9的阳极，D9的阴极连接功率开关电路； 整流电路的输出负端连接功率变压器初级绕组45的同名端4，异名端5连接钳制二极管D13的阳极，D13的阴极连接功率开关电路。6.如权利要求5所述的一种能够实现母线均衡调节的开关电源，其特征是，所述功率开关电路包括第一功率开关电路和第二功率开关电路，所述第一功率开关电路包括功率MOS管Ql，Ql的漏极接D9的阴极，Ql的源极经过电流采样电阻Rl连接到GND ； 第二功率开关电路包括功率MOS管Q2，功率MOS管Q2的漏极接D13的阴极，Q2的源极经过电流采样电阻R2连接到整流电路的输出负端； MOS管Ql和MOS管Q2的栅极控制信号DRIVEl和DRIVE2由功率MOSFET控制电路产生。7.如权利要求5所述的一种能够实现母线均衡调节的开关电源，其特征是，整流电路的输出负端接二极管D12的阳极，D12的阴极连接复位绕组12的同名端1，整流电路的输出正端接极性电容CI的正极，极性电容CI的负极接GND，整流电路的输出负端接极性电容C2的负极，极性电容C2的正极接GND，二极管Dl 2和极性电容Cl、极性电容C2—起构成去磁回路。8.如权利要求4所述的一种能够实现母线均衡调节的开关电源，其特征是，次级输出电路产生两路不同电压等级的隔离输出:一路由绕组89输出；一路由绕组67输出反馈电压及PffM控制及采样电路的供电电压VFEED。9.如权利要求4所述的一种能够实现母线均衡调节的开关电源，其特征是，所述P丽控制及采样电路包括电源控制芯片Ul，开关电源主回路的输出电压经分压电阻R3、R7分压后串联采样电阻R4，然后接Ul的反馈输入端； 整流电路的输出正端经过串联电阻R9、R10、R11及R12后连接Ul的电源引脚，Ul的电源引脚还同时连接开关电源主回路的输出端，还分别通过连接二极管D15和电容CS后接地； 集成芯片Ul的一引脚经串接R8、电容C9后连接到GND，一引脚连接R8、电容C9的串联连接点，一引脚经电阻R13连接功率变压器中工作的初级线圈中的电流采样信号，同时经电容Cl O接地，输出引脚产生PffM信号经电阻R5连接到功率MOSFET控制电路。10.如权利要求1所述的一种能够实现母线均衡调节的开关电源，其特征是，所述功率MOSFET控制电路包括:PffM控制及采样电路产生的PWM控制信号连接到MOS管Q5的栅极，Q5的漏极连接驱动变压器T2的初级绕组34的异名端3，同名端4经串接电阻R16、二极管D18后连接到开关电源主回路反馈电压的输出端，驱动变压器T2的初级绕组12经C11、D16构成去磁回路;驱动变压器T2的次级绕组910和56输出驱动信号控制MOSFET的通断，从而控制开关电源主回路的功率变压器的初级绕组的通断。
【文档编号】H02M7/217GK205544981SQ201620095558
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】于波峰, 刘爱忠, 李飞, 孙永亮, 李勇, 谭春晓, 陈嵩, 杨勇
【申请人】山东鲁能智能技术有限公司