一种BUCK电路及镇流器的制作方法

本实用新型涉及BUCK电路及使用该BUCK电路的镇流器。

背景技术：

开关电源已经成为电力电源的一个重要组成部分，且广泛应用于电力电子领域，近年更是在电子镇流器领域上得到广泛运用，而在特种光源上，由于特殊的使用要求，经常运用到几千瓦以上的功率，而根据实际使用要求，其中大功率的BUCK电路更是成为设计中最常用到的电路之一，而为满足设计需求，在实际使用中经常受限于管子型号的选择，采用多管并联以满足设计需求，而实际使用中由于多管并联，而加大电路的寄生参数，使得电路控制不匹配及电路振荡，造成尖峰电压过高而损坏开关MOS管。另外由于其大功率的BUCK电路上大多采用硬开关的模式而造成损耗极大，使得现有的设计中存在较大的困难，并制约大功率的开发设计。本适用新型电路主要是针对这一问题，而采用一种新的电路设计来解决大功率BUCK电路上开关损耗大和多管并联尖峰过高问题。

目前，镇流器如图1所示，大多采用的电路结构主要分为：1，EMI-PFC电路部分；2，BUCK功率转换部分：3，DC-AC及谐振点火部分；4，控制部分。其整个电路的基本运行方式为：在上电后，PFC电路工作，电压升到650V，BUCK功率转换电路开始工作，再用DC-AC电路把直流转成低频方波输出，在起机的过程中，点火电路通过谐振电路提供一个高压，触发点灯完成。最终由BUCK功率转换电路提供一个稳定的功率给灯，以实现灯的正常运行，从上面的运行过程可以看到，其中对输出灯功率的控制，及灯稳定运行主要都是BUCK电路的运行，由此可知BUCK电路为其核心组成部分，也是其主要难点，所以整个电路的可靠性和效率也由此部分电路决定。

技术实现要素：

本实用新型针对目前BUCK电路上开关损耗大和多管并联尖峰过高的问题，提供一种BUCK电路和采用这种BUCK电路的镇流器。这是一种实现大功率BUCK电路软开关的电路。

本实用新型实现其技术目的技术方案是：一种BUCK电路，为负载提供稳定功率的直流电，包括开关管、对开关管进行控制产生控制信号DR的控制电路和由电感L1、续流二极管D5和负载组成的电流回路，高电压经过负载后接高端地(HGND)，电感L1连接在高端地(HGND)与续流二极管D5的P极之间，续流二极管D5的N极接高电压；所述的开关管包括MOS管Q5和MOS管Q6、还包括电感L2、电阻R9、电容C13和二极管D10；

所述的电感L1与续流二极管D5的P极的公共端分别接电感L2、电阻R9、电容C13的一端，电阻R9、电容C13的另一端接二极管D10的N极，二极管D10的P极接电感L2的另一端；

MOS管Q5的D极和MOS管Q6的D极相连，并与二极管D10的P极接电感L2的公共端相连；MOS管Q5的S极和MOS管Q6的S极均接低端地(ZGND)；控制电路的DR端通过限流电路后分别接MOS管Q5的G极和MOS管Q6的G极。

本实用新型中，采用软开关辅助电路使得大功率BUCK电路设计简单，可靠性高，效率高。

进一步的，上述的BUCK电路中：所述的限流电路包括二极管D7、二极管D8电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16和电阻R17；控制电路的DR端分别与二极管D7的N极和电阻R13的一端相连，二极管D7的P极接低端地(ZGND)，电阻R13的另一端分别接二极管D8的N极和电阻R14的一端，二极管D8的P极接电阻R14的另一端；

二极管D8的P极与电阻R14相连的公共端分别接电阻R15、电阻R16和电阻R17的一端，电阻R15、电阻R16和电阻R17的另一端分别接低端地(ZGND)、MOS管Q5的G极、MOS管Q6的G极。

进一步的，上述的BUCK电路中：在低端地(ZGND)和高端地(HGND)之间还设置有钳位二极管D9，钳位二极管D9的P极接低端地(ZGND)。

进一步的，上述的BUCK电路中：所述的控制电路采用PWM芯片IC9，还包括功率检测电路，所述的功率检测电路通过霍尔电流传感器检测电流回路的电流Is和高电压与高端地(HGND)之间的电压降Vs，得到输出功率信号Po，并将输出功率信号Po与设定的基准功率比较得到差值Pi，所述的PWM芯片IC9根据差值Pi产生适当占空比的PWM信号从DR引脚输出。

本实用新型还提供一种镇流器，包括EMI部分、辅助电源部分、PFC部分、BUCK功率转换部分、DC-AC及点火部分、控制部分；所述的BUCK功率转换部分包括开关管、对开关管进行控制产生控制信号DR的控制电路和由电感L1、续流二极管D5和负载组成的电流回路，PFC部分输出的高电压经过负载后接高端地(HGND)，电感L1连接在高端地(HGND)与续流二极管D5的P极之间，续流二极管D5的N极接高电压；所述的开关管包括MOS管Q5和MOS管Q6、还包括电感L2、电阻R9、电容C13和二极管D10；

所述的电感L1与续流二极管D5的P极的公共端分别接电感L2、电阻R9、电容C13的一端，电阻R9、电容C13的另一端接二极管D10的N极，二极管D10的P极接电感L2的另一端；

MOS管Q5的D极和MOS管Q6的D极相连，并与二极管D10的P极接电感L2的公共端相连；MOS管Q5的S极和MOS管Q6的S极均接低端地(ZGND)；控制电路的DR端通过限流电路后分别接MOS管Q5的G极和MOS管Q6的G极。

进一步的，上述的镇流器中：所述的限流电路包括二极管D7、二极管D8电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16和电阻R17；控制电路的DR端分别与二极管D7的N极和电阻R13的一端相连，二极管D7的P极接低端地(ZGND)，电阻R13的另一端分别接二极管D8的N极和电阻R14的一端，二极管D8的P极接电阻R14的另一端；

二极管D8的P极与电阻R14相连的公共端分别接电阻R15、电阻R16和电阻R17的一端，电阻R15、电阻R16和电阻R17的另一端分别接低端地(ZGND)、MOS管Q5的G极、MOS管Q6的G极。

进一步的，上述的镇流器中：在低端地(ZGND)和高端地(HGND)之间还设置有钳位二极管D9，钳位二极管D9的P极接低端地(ZGND)。

进一步的，上述的镇流器中：所述的控制电路采用PWM芯片IC9，还包括功率检测电路，所述的功率检测电路通过霍尔电流传感器检测电流回路的电流Is和高电压与高端地(HGND)之间的电压降Vs，得到输出功率信号Po，并将输出功率信号Po与设定的基准功率比较得到差值Pi，所述的PWM芯片IC9根据差值Pi产生适当占空比的PWM信号从DR引脚输出。

进一步的，上述的镇流器中：所述的DC-AC是一个全桥逆变电路，将PFC部分输出的高电压100HZ的交流电。

以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例1镇流器的结构框图。

图2是本实用新型实施例1BUCK电路图。

图3是本实用新型实施例1功率检测与控制电路图。

图4是本实用新型实施例1采用的DC-AC电路图。

具体实施方式

本实施例是一种镇流器，如图1所示，其其主要架构分为七个部分：分别是：1，EMI部分；2，辅助电源部分；3，PFC部分；4，BUCK功率转换部分；6，DC-AC及点火部分；7，控制部分。

图2所示是本实施例的镇流器中所采用的BUCK电路，由图2所示：此电路为BUCK电路，主要功能是为输出全桥提供一个稳定功率的直流电，常规的BUCK电路的MOS管是在输入高端，但由于控制电路是在低端，这样就需要额外增加高端电流检测电路，和高端驱动电路，这样不但会给电路带来复杂和不可确定性，也将影响控制的准确线，所以我们把电路变形为低端BUCK结构，MOS管(Q5，Q6)导通时，电流先经过全桥(负载)，再经过BUCK的电感L1和MOS管(Q6)，在此过程中，通过电感L1和MOS(Q6)管的开通占空比来限制给负载的能量，当MOS(Q6)管关断时，由电感L1为全桥负载提供能量，其电流回路是电感L1,续流二极管D5,全桥(负载)。

其中在MOS管开通和关闭的瞬间L2和R9，C3形成谐振回路，实现软开关的功能。其运行方式是：开关管导通是利用L2与MOS管Q6和Q5的结电容形成LCs形成谐振使得Q6和Q5的D极电压谐振到零，形成零电压导通的软开关方式，当开关管关断时，由于L2与C13，形成并联谐振，把关断电流转移到L2与C13的谐振回路上，一部分消耗在R9上，使得MOS管在关断时的电流为零，实现零电流关断，如此在开关周期内实现软开关，减低开关损耗，提高效率，并减低MOS管关断时的尖峰电压，避免MOS管的损坏；

另外D9连接高端地(HGND)和低端地(ZGND),主要是MOS管关断时,在由电感L1续流的时候，电感L1两端的电压反向，HGND会出现一个很大的负电压(vi)，这时会给全桥一个很高的电压(650-(-vi)＝650+vi),给全桥上的MOS管施加的一个大电压尖峰，且容易造成全桥MOS的电压尖峰过高而损坏管子，而D9的作用就是为在电感产生负压的时候，通过二极管D9把HGND的电压钳位在0伏，而使得全桥的MOS尖峰电压限制在650V，从而起到保护MOS管的作用。

另外，在回路中还有霍尔电流传感器LEM-25，用于测量由电感L1、续流二极管D5和负载组成的电流回路的电流，供控制电路计算负载功率用。

具体的BUCK电路如图2所示：PFC部分输出的PFC输出的高电压也就是650VDC经过负载后接高端地HGND，电感L1连接在高端地HGND与续流二极管D5的P极之间，续流二极管D5的N极接高电压；开关管包括MOS管Q5和MOS管Q6、还包括电感L2、电阻R9、电容C13和二极管D10；

电感L1与续流二极管D5的P极的公共端分别接电感L2、电阻R9、电容C13的一端，电阻R9、电容C13的另一端接二极管D10的N极，二极管D10的P极接电感L2的另一端；

MOS管Q5的D极和MOS管Q6的D极相连，并与二极管D10的P极接电感L2的公共端相连；MOS管Q5的S极和MOS管Q6的S极均接低端地(ZGND)；控制电路的DR端通过限流电路后分别接MOS管Q5的G极和MOS管Q6的G极。

由图3所示，此电路结构为BUCK电路的控制电路，主要对输出功率的控制，其控制IC采用PWM型芯片UC2843(IC9)，其控制过程为：当开机信号SHUT为高电平时，IC9开始工作，其6脚会给一个最大占空比的PWM驱动信号DR，驱动BUCK电路中的Q5/Q6开关，这时通过电感回路，会给负载(全桥部分)提供一个能量。通过IC2(LM2904)内部的比较器UA(1,2,3脚)组成一个差分放大器，通过对650V和HGND之间的差分放大得到一个电压来检测输出电压值Vs，再由霍尔电流传感器检测到一个输出电流信号Is，这两个信号给到乘法器IC8(AD633)的输入脚1脚和3脚后进行相乘得到一个Po信号，这个信号相当于输出功率信号(Po＝Vs*Is/10)，此信号给到IC2内部的另一个运算放大器的负向输入端IN-(6脚)与IN+(5脚)的基准信号相比较得到一个Pi信号,然后Pi信号给到控制IC9的2脚，实现对PWM驱动信号的调节，通过改变PWM驱动信号的占空比来调节输出功率。所以我们可以通过对Vref的信号控制来实现对输出功率的控制，以得到我们所需的功率。

DC－AC电路如图4所示：此电路为全桥逆变电路，此电路主要的作用是通过全桥电路，把直流输出变为交流输出，因为灯泡在使用直流时，其阳极和阴极两端，不断积累阳离子和阴离子，容易导致灯泡两端氧化，影响点灯效果和减少灯泡寿命。所以需要把直流转换成交流。其驱动芯片采用全桥驱动芯片UBA2037，通过调节R33和C24的参数来设置全桥的输出频率，由于此灯泡的声共振的问题，一般此频率设置在100HZ左右。开关过程中Q1和Q4一组，Q2和Q3一组，分别以50％的占空比(180度相位)的开关动作，实现DC-AC的逆变。最终实现灯泡的正常点灯运行

通过以上几个主要部分的电路，解决大功率应用中，开关管功率受限的问题，提高产品的可靠性，并实现提升整体效率的目的，可以开发出更大功率的产品以满足产品需求，也有利于提升产品本身的市场竞争力。