专利名称：组合式开关电源的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电源电器领域，涉及一种组合式开关电源。
背景技术：
开关电源的种类繁多，容量各异。一般包括隔离型变换电路、输出整流电路、输出滤波电路、电压检测电路、用于控制运算并产生变换电路的驱动信号的控制电路、用于隔离放大驱动信号控制变换电路通断的驱动电路；所述的隔离型变换电路的输入端连接直流母线，变换电路的输出端连接输出整流电路，输出整流电路连接输出滤波电路，输出滤波电路连接电压检测电路，电压检测电路连接控制电路，控制电路连接驱动电路，驱动电路的输出端连接各个桥式逆变电路的主开关管。
在设计过程中，不但要考虑合适的控制方法，还要考虑器件的选型、主电路结构、开关频率和变压器设计。目前，大容量开关电源基本上采用IGBT作为主开关管，但IGBT的开关性能远不如MOSFET，所以，用IGBT硬开关技术所实现的开关电源，往往效率不高。为了提高开关电源的效率，人们提出了软开关技术。通过几年的努力，软开关技术在开关电源中得到了较多的应用。然而，采用软开关技术的开关电源还存在着电路结构复杂、生产成本高等缺点，使得开关电源在许多场合还采用硬开关技术。为了提高大容量开关电源的效率，希望由MOSFET作为其主开关管，但目前的MOSFET容量较小，而且一般来说MOSFET随着容量的增加而开关性能降低，于是，多个MOSFET并联技术应运而生。
虽然MOSFET容易并联，但毕竟还存在工艺安装和均流问题，一般来说，其均流系数随着器件并联数量的增加而降低。综合分析开关电源技术现状、IGBT和MOSFET的特点、器件并联的均流和可靠性问题，采用可靠性高的电路组合是技术发展的一个方向。
发明内容为了克服已有的开关电源开关损耗大、开关频率较低、变压器的体积大、可靠性较差的不足，本实用新型提供一种开关损耗小、开关频率高、变压器的体积小、可靠性好的组合式开关电源。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种组合式开关电源，包括隔离型变换电路、输出整流电路、输出滤波电路、电压检测电路、用于控制运算并产生变换电路的驱动信号的控制电路、用于隔离放大驱动信号控制变换电路通断的驱动电路；所述的隔离型变换电路的输入端连接直流母线，变换电路的输出端连接输出整流电路，输出整流电路连接输出滤波电路，输出滤波电路连接电压检测电路，电压检测电路连接控制电路，控制电路连接驱动电路，驱动电路的输出端连接所述的变换电路的主开关管；所述的隔离型变换电路由至少两路变换电路单元组成，每个变换电路单元由桥式逆变电路和变压器组成，各个桥式逆变电路的输入端连接直流母线，逆变电路的输出端连接变压器的原边；各个变压器的副边串接后连接输出整流电路；所述的桥式逆变电路的主开关管为MOSFET管，桥式逆变电路由第一MOSFET管、第二MOSFET管、第三MOSFET管、第四MOSFET管组成；第一MOSFET管和第三MOSFET管、第二MOSFET管和第四MOSFET管两个桥臂的中点连接变压器B的原边的两输入端。
进一步，所述的输出整流电路为桥式整流电路，所述的桥式整流电路由二极管D1、D2、D3、D4组成，变换电路的两个输出端分别连接到二极管D1和二极管D3、二极管D2和二极管D4两个桥臂的中点。
再进一步，所述的输出滤波电路由电感和电容串接而成。
本发明所述的有益效果主要表现在1、采用MOSFET管后不仅降低开关损耗，还提高了开关频率，减小了变压器总体积；2、通过MOSFET管的电流能够自动均匀分配，避免了降额使用，提高了可靠性；3、变压器数量增加后，每一个变压器的重量和体积相应减小，这样，变压器可直接设计在印刷板上实现大功率输出；4、当开关电源输出电流不变而输出电压不同时，只需增加或减少逆变桥和变压器的数量即可，而毋需改变开关管、变压器的型号和控制电路。
图1是组合式开关电源的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1，一种组合式开关电源，包括隔离型变换电路1、输出整流电路2、输出滤波电路3、电压检测电路4、用于控制运算并产生变换电路的驱动信号的控制电路5、用于隔离放大驱动信号控制变换电路通断的驱动电路6；所述的隔离型变换电路1的输入端连接直流母线Ud，变换电路1的输出端连接输出整流电路2，输出整流电路2连接输出滤波电路3，输出滤波电路3连接电压检测电路4，电压检测电路4连接控制电路5，控制电路5连接驱动电路6，驱动电路6的输出端连接变换电路1的主开关管；所述的隔离型变换电路1由至少两路变换电路单元组成，每个变换电路单元由桥式逆变电路和变压器组成，各个桥式逆变电路的输入端连接直流母线，逆变电路的输出端连接变压器B的原边；各个变压器B的副边串接后连接输出整流电路2；所述的桥式逆变电路的主开关管为MOSFET管，桥式逆变电路由第一MOSFET管、第二MOSFET管、第三MOSFET管、第四MOSFET管组成；第一MOSFET管和第三MOSFET管、第二MOSFET管和第四MOSFET管两个桥臂的中点连接变压器B的原边的两输入端。所述的输出整流电路2为桥式整流电路，所述的桥式整流电路由二极管D1、D2、D3、D4组成，变换电路1的两个输出端分别连接到二极管D1和二极管D3、二极管D2和二极管D4两个桥臂的中点。所述的输出滤波电路3由电感和电容串接而成。
参照图1，隔离型变换电路1由n个变换电路单元组成，每一个变换电路单元由桥式逆变电路和变压器组成，桥式逆变电路的输出连接到变压器。即图1中，T11、T12、T13、T14组成桥式逆变电路I，T21、T22、T23、T24组成桥式逆变电路II，……，Tn1、Tn2、Tn3、Tn4组成桥式逆变电路n。T11和T13、T12和T14两个桥臂的中点连接到变压器1的原边，T21和T23、T22和T24两个桥臂的中点连接到变压器2的原边，……，Tn1和Tn3、Tn2和Tn4两个桥臂的中点连接到变压器n的原边，由变压器进行电气隔离，形成了隔离型变换电路1，变压器B1、变压器B2……变压器Bn的副边串联连接，而后连接到输出整流电路2，输出整流电路2由D1、D2、D3、D4组成桥式整流电路，整流后的电压再经过输出滤波电路3，得到了平直的直流电压波形，输出滤波电路3是由电感L1、电容C1组成。电压检测电路4检测了输出电压，并把检测值传送给控制电路5，通过控制运算，产生MOSFET的驱动信号，通过驱动电路6的隔离放大以控制MOSFET的开通与关断。MOSFET的开通和关断的规则是T11、T14、T21、T24、……Tn1、Tn4同时开通或关断，T12、T13、T22、T23、……Tn2、Tn3同时开通或关断。通过PWM控制确保输出电压的恒定。由于各变压器的参数基本一致，各变压器副边输出电压也基本一致，串联后的各变压器副边电流完全相同，因此，各逆变桥输出给各变压器原边的电流也基本一致，即每一个逆变桥的输出电流能够自动均匀分配。
变压器数量增加后，每一个变压器的重量和体积相应减小，另外，采用MOSFET后开关频率可以相应提高，也可使变压器的体积减小。这样，变压器可直接设计在印刷板上实现大功率输出；当开关电源输出电流不变而输出电压不同时，只需增加或减少逆变桥和变压器的数量即可，而毋需改变开关管、变压器的型号和控制电路。
图1所示的组合式开关电源，只要逆变变压器参数基本相等，就可以保证变换电路1、变换电路2、变换电路n工作状态基本相同，实际上每一个逆变桥的开关管电流容量只需要总容量的n分之一。
由于变压器副边串联，输出直流容量的n分之一由其中一个逆变桥承担Immx=PmaxnηUdmi---(1)]]>式(1)中，Immx为通过MOSFET的最大电流，η为电源效率，Pmax电源输出最大功率，Udmi为直流母线电压。
整个电源模块输出最大功率为Pmax，则一个变压器传输功率为Pmax/n。
最小直流母线电压时，变压器副边电压副值
Vsxm=1n(Vom+VD+VLf)/2D---(2)]]>上式中，n为副边串联的变压器个数，Vom为电源最大输出电压，VD为开关整流管压降，VLf为滤波电感压降，D为最大占空比，取0.45，2D等于0.9。
设变压器原边最小电压Vpmi，则变压器原副边的匝比KK=VpmiVsxm---(3)]]>变压器副边匝数NsNS=Vsxm4fAeBm---(4)]]>上式中，Bm为最大工作磁密，Ae为变压器铁芯的有效面积，Vsxm为变压器副边电压幅值。原边匝数Np为Np＝KNs(5)直流母线电压Ud最大时，变压器副边电压幅值Vsdm＝Vpma/k (6)式(6)中，Vpma为变压器原边的最大电压值。
输出滤波电感值L1L1＝VomD/(ΔI.2f) (7)式(7)中，Vom为电源最大输出电压，ΔI为脉动电流值，f为开关频率。
权利要求1.一种组合式开关电源，包括隔离型变换电路、输出整流电路、输出滤波电路、电压检测电路、用于控制运算并产生变换电路驱动信号的控制电路、用于隔离放大驱动信号控制变换电路通断的驱动电路；所述的隔离型变换电路的输入端连接直流母线，变换电路的输出端连接输出整流电路，输出整流电路连接输出滤波电路，输出滤波电路连接电压检测电路，电压检测电路连接控制电路，控制电路连接驱动电路，驱动电路的输出端连接所述的变换电路的主开关管；其特征在于所述的隔离型变换电路由至少两路变换电路单元组成，每个变换电路单元由桥式逆变电路和变压器组成，各个桥式逆变电路的输入端连接直流母线，逆变电路的输出端连接变压器的原边；各个变压器的副边串接后连接输出整流电路；所述的桥式逆变电路的主开关管为MOSFET管，桥式逆变电路由第一MOSFET管、第二MOSFET管、第三MOSFET管、第四MOSFET管组成；第一MOSFET管和第三MOSFET管、第二MOSFET管和第四MOSFET管两个桥臂的中点连接变压器B的原边的两输入端。
2.如权利要求1所述的组合式开关电源，其特征在于所述的输出整流电路为桥式整流电路，所述的桥式整流电路由二极管D1、D2、D3、D4组成，变换电路的两个输出端分别连接到二极管D1和二极管D3、二极管D2和二极管D4两个桥臂的中点。
3.如权利要求1或者2所述的组合式开关电源，其特征在于所述的输出滤波电路由电感和电容串接而成。
专利摘要一种组合式开关电源，包括隔离型变换电路、输出整流电路、输出滤波电路、电压检测电路、用于控制运算并产生变换电路的驱动信号的控制电路、用于隔离放大驱动信号控制变换电路通断的驱动电路；所述的隔离型变换电路的输入端连接直流母线，驱动电路的输出端连接变换电路的主开关管；隔离型变换电路由至少两路变换电路单元组成，每个变换电路单元由桥式逆变电路和变压器组成，各个桥式逆变电路的输入端连接直流母线，逆变电路的输出端连接变压器的原边；各个变压器的副边串接后连接输出整流电路；桥式逆变电路的主开关管为MOSFET管，两个桥臂的中点连接变压器B的原边的两输入端。本实用新型开关损耗小、开关频率高、变压器的体积小、可靠性好。
文档编号H02M7/5387GK2798410SQ20052010223
公开日2006年7月19日 申请日期2005年5月13日 优先权日2005年5月13日
发明者南余荣, 俞立, 孙明轩 申请人:浙江工业大学