专利名称：一种大功率音频功率放大器开关电源电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到开关电源，尤其是一种大功率音频功率放大器开关电源 电路。
背景技术：
请参阅图1所示，大功率音频功率放大器开关电源电路，其包括连接于电
源供电端正负极之间的第一半桥电路101、谐振电路102、励磁电感Lm、功率 变压器T1、电解电容Ec1和Ec2，该第一半桥电路101通过功率变压器T1原 边的一端电连接到整流滤波电路103后输出到功放供电端，功率变压器T1原边 的另一端与谐振电路102电连接，输入的工频交流电经谐振电路102后经电解电 容Ec1， Ec2滤波，励磁电感Lm电连接于功率变压器T1原边的两端之间。
上述第一-平桥电路101由开关管Q1和Q2、寄生二极管Dr1和Dr2，寄生 电容CM和Cr2构成，开关管Q1的漏极D电连接到电源正极，其源极S与开 关管Q2的漏极D电连接，开关管Q2的源极S电连接到电源负极，开关管Q1 和Q2的栅极G由两路交错180°且有一定死区的信号驱动；寄生二极管Dr1的 阴极电连接到电源的正极，其阳极与寄生二极管Dr2的阴极电连接，寄生二极 管Dr2的阳极电连接到电源的负极，寄生电容CM和Cr2构成相互串联后两端 分别连接到电源的正负极，该开关管Q1和Q2、寄生二极管Dr1和Dr2、寄生 电容Cr1和Cr2之间的连接点相互连接后电连接到VH端。功率变压器T1的原 边一端电连接于该VH端。
上述谐振电路102由谐振电感Ls和谐振电容Cs组成，谐振电容Cs与电 解电容Ec1的阴极和电解电容Ec2的阳极的连接点电连接。
整流滤波电路103包括由次级整流二极管D1、 D2、 D3、 D4构成的次级整 流电路以及电感L11和1_12、电解电容E1和E2构成的滤波电路，功率变压器 T1副边的-'端与二极管D1和D3的连接点电连接，副边的另一端与二极管D2 和D4的连接点电连接，功率变压器T1副边的公共端接地；电解电容E1的阴 极与E2的阳极连接后接地，E1的阳极与电感L11的一端电连接后与功放供电 端的+HV端电连接，二极管D1的阴极和D2的阴极相连后电连接到电感L11的另一端，E2的阴极与电感L12的-端电连接后与功放供电端的-HV端电连接， 二极管D3的阴极和D4的阳极相连后电连接到电感L12的另一端。
该电路的工作原理如下高端开关管Q1于t0时执行开通，在此之间电路 中励磁电感Lm，谐振电感L.s所产生的谐振电流是在寄生二极管Drl内导通， 高端开关管Q1的漏源极DS之间，因寄生二极管Drl导通的正向压降而成为钳 位状态。故Q1为ZVS导通。谐振电感Ls的部分电流在变压器次级的整流电路 内导通。此谐振电流于t1时为零，于下一个周期t2时，即反向导通，电流由 Q1的漏极自源极流通。此期间内谐振电感Ls与谐振电容Cs所产生的谐振电流， 通过变压器T1向负载输出功率。当t2期间内Ls与Cs所产生的谐振电流为零 时，即进入周期3， t3时高端开关Q1关断时，谐振电流于寄生二极管DM及 Dr2内导通，即Cii充电状态，Cr2成放电状态，在VS点的电位下降至接地电 位DC-前，再下降时则二极管Dr2即为正向偏压状态，谐振电流转向Dr2内导 通，因此在t4时，低端开关管Q2开通时，其漏源极间由于Dr2的导通压降而 形成钳位状态，所以可执行ZVS操作。其后即为周期t5，此时的变压器T1的 励磁电容与变压器的次级侧的整流电路内导通。
谐振电流在t5时通过"0"后变成负向，进入期间5阶段，电流从低端开关管 Q2的漏极到源极流通。同时由Ls, Cs形成谐振电流通过变压器，由次级整流 电路供给负载。
进入t6后Ls与Cs所产生的谐振电流为零，从t6到t7为期间7，此时由 Ls， Lm， Cs所产生的谐振电流。然后在t7时低端开关Q2关断时。
期间t8 ，谐振电流在Cr1， Cr2内导通，谐振电流使Cr1开始放电Cr2进 行充电，VH+的电位升至DC+电位为止，再后则Dr1即导通成为正向压降。此 时高端开关(Q1)开通时，其漏源极间的电压，因Dr1正向压降而成钳位状态， 进行ZVS开通，t8时工作与前面的t0工作相同，如此循环往复。谐振电路继续 工作。
上述电路在进行ZVS工作时，只要在期间4或8期间寄生电容Cr1 ， Cr2 充放电完毕即可。
该种开关电源电路存在以下问题
1、开关管Q1和Q2承受的导通电流较大，由于目前功率MOS的最大电流
限制，所以在大功率应用时需要并管解决，由于热量集中，降低了大功率使用的
4散热条件，降低可靠性；
2、 谐振电流流经电解电容Ec1、 Ec2。使电解电容需要承受等同的涟波电 流，热量增加，降低电解电容的寿命；
3、 单位功率-开关管电流的增加，使di/dt增加，电磁兼容问题不易解决。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术应用于大功率音频功率放大器中的开 关电源热量集中、可靠性低、电磁兼容问题突出的问题，提供一种在大功率使 用中分散热量、增加散热、提高可靠性，电磁兼容性能优良的大功率音频功率 放大器开关电源电路。
为实现以上目的，本实用新型采取了以下的技术方案 一种大功率音频功 率放大器开关电源电路，包括谐振电路、功率变压器、电解电容，及连接于电 源正负极之间的第一半桥电路，该第一半桥电路通过所述功率变压器原边的一 端电连接到整流滤波电路后输出给功放供电端，该功率变压器原边的另一端与
所述谐振电路电连接；所述电解电容与所述第一半桥电路并联连接于电源正负 极之间，该电解电容的阳极与电源正极电连接，该电解电容的阴极与电源负极 电连接；还包括有与所述第一半桥电路对称设置在电源正负极之间的第二半桥 电路，所述第二半桥电路的输出端通过谐振电路连接到功率变压器原边的一端 后连接到整流滤波电路后输出给功放供电端，该第二半桥电路和第一半桥电路 组成全桥电路实现对交变电流的转换。
全桥LLC谐振变换器电路，是利用功率开关器件的寄生参数开关管的寄生
电容，变压器漏感。初级开关管可以工作在零电压开关(ZVS)零电流(ZCS)条 件。而次级二极管可以采用零电流开关。ZCS工作下没有反向恢复损耗。俞极 AC-DC部分采用有源PFC进行预稳压和功率因数校正。后极的DC-DC是开环控 制，最大极限地提高了电源的响应速度-与后极变换器的开关时间相同。全桥LLC 串联谐振转换电路适用于大功率("000W)、高输出电压(^t100V)的功放电 源。在大功率应用方面比以往的半桥LLC串联谐振变换器电路具有高性价比、高 能效和EMI性能优异的解决方案。
所述第二半桥电路包括第三开关管、第四开关管，第三寄生二极管、第四 寄生二极管，第三寄生电容、第四寄生电容；所述第三寄生电容、第四寄生电容相互串联后电连接于电源正负极之间；所述第三寄生二极管的阴极与电源正 极电连接，其阳极与第四寄生二极管的阴极连接，该第四寄生二极管的阳极与 电源负极电连接；所述第三开关管的漏极与电源正极电连接，其源极与第四开 关管的漏极电连接，该第四开关管的源极与电源负极电连接；所述第三开关管 和第四开关管之间的连接点、第三寄生二极管与第四寄生二极管之间的连接点、 所述第三寄生电容、第四寄生电容之间的连接点相互连接后与所述谐振电路的 一端电连接。
还包括有励磁电感，其电连接于所述变压器原边的两端上。 本实用新型与现有技术相比，具有如下优点
1、 每只开关管承受的电流只有现有技术的一半，使得在布板时热分布均匀; 提高了大功率应用的可靠性，可以少并管或不并管；
2、 谐振电流不需要经过滤波电解电容，能够维持正常的电容寿命；
3、 单位功率-开关管电流应力是现有技术的一半，电路板上器件的电流分布 均匀，在接大功率功放负载时电磁兼容问题容易解决。
图1为现有技术开关电源电路原理图； 图2为本实用新型开关电源电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型的内容做进一步详细说明。
实施例
请参阅图2所示，包括有第一半桥电路101 、谐振电路102、励磁电感Lm、 功率变压器T1、该第一半桥电路101通过功率变压器T1原边的一端电连接到 整流滤波电路103后输出到功放供电端，功率变压器T1原边的另一端与谐振电 路102电连接，励磁电感Lm电连接于功率变压器T1原边的两端之间。
与现有技术(即图1)不同的是电解电容Ec1与第一半桥电路101并联 连接于电源正负极之间，该电解电容Ec1的阳极与电源正极电连接，该电解电 容Ec1的阴极与电源负极电连接；谐振电路102产生的谐振电流并不经电解电 容Ec1、 Ec2滤波，而是直接输出到第二半桥电路该第二半桥电路包括有第三开关管Q3、第四开关管Q4，第三寄生二极管Dr3、第四寄生二极管Dr4，第 三寄生电容C3、第四寄生电容C4;第三寄生电容C3、第四寄生电容C4相互
串联后电连接于电源正负极之间；第三寄生二极管Dr3的阴极与电源正极电连 接，其阳极与第四寄生二极管Dr4的阴极连接，该第四寄生二极管Dr4的阳极 与电源负极电连接；第三开关管Q3的漏极D与电源正极电连接，其源极S与 第四开关管Q4的漏极D电连接，该第四开关管Q4的源极S与电源负极电连 接；第三开关管Q3和第四开关管Q4之间的连接点、第三寄生二极管Dr3与第 四寄生二极管Dr4之间的连接点、第三寄生电容C3、第四寄生电容C4之间的 连接点相互连接后与谐振电路102的一端电连接。 本实施例开关电源电路工作原理如下
输入的工频交流电经过整流、Ec1滤波，输入到第一半桥电路101，开关关 Q1禾BQ4， Q2和Q3的栅极G有由四路，两-两交错18CT且有一定死区的信号 驱动，栅极驱动电压波形为对角同时导通，上下管相互交错18(T且有互不共通 的死区时间。开关管(Q1， Q4)于t0时同时开通，在此之间电路中励磁电感 Lm和谐振电感Ls所产生的谐振电流是在二极管(Drl， Dr4)内导通，(Q1， Q4)的漏源极DS端之间因二极管(Drl， Dr4)导通的正向压降而成为钳位状 态，故(Q1， Q4)为ZVS导通；谐振电感Ls的部分电流在变压器T1次级的 整流电路(D1-D4)内导通，谐振电流于t1时为零，于下一个周期t2时，即反 向导通，电流由Q1-T1-Ls-Cs-Q4流通。此期间内Ls与Cs所产生的谐振电流， 通过变压器T1向负载输出功率。当t2期间内Ls与Cs所产生的谐振电流为零 时，即进入周期3， t3时高端开关Q1关断时，谐振电流于(Dr1,Dr4)内导通，即 (Cr1， Cr4)充电状态，(Cr2， Cr3)成放电状态，在VS点的电位下降至接地 电位DC-前，再下降时则二极管(Dr2， Dr3)即为正向偏压状态，谐振电流转 向(Dr2， Dr3)内导通，因此在t4时，开关管(Q2， Q3)开通时，其漏源极 DS间由于(Dr2， Dr3)的导通压降而形成钳位状态，所以可执行ZVS操作。 其后即为周期t5，此时的变压器T1的励磁电感Lm与变压器的次级侧的整流电 路(D1-D4)内导；
谐振电流在t5时通过"0"后变成负向，进入期间5阶段，电流从开关管Q3-Cs-Ls-TI-Q2流通。同时由Ls， Cs形成谐振电流通过变压器T1,由次级整 流电路(D1-D4)供给负载。进入t6后Ls与Cs所产生的谐振电流为零，从t6到t7为期间7，此时由Ls， Lm， Cs所产生的谐振电流。然后在t7时低端开关
Q2关断时；
期间t8 ，谐振电流在(CM-Cr4)内导通，谐振电流使(Cr1， Cr4)开始 放电(Cr2， Cr3)进行充电，VH+的电位升至DC+电位为止，再后则(Dii， Dr4)即导通成为正向压降。此时开关管(Q1， Q4)开通时，其漏源极DS间 的电压，因(DM， Dr4)正向压降而成钳位状态，进行ZVS开通，t8时工作与 前面的tO工作相同，如此循环往复。谐振电路继续工作。
这种LLC谐振变换器电路要进行ZVS工作时，只要在期间4或8期间寄生 电容(Cr1-Cr4)充放电完毕即可。
本实施例中励磁电感Lm可以集成到功率变压器T1里，因此不需要在电路 中再额外增加励磁电感Lm。
上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用 以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更， 均应包含于本案的专利范围中。
8
权利要求1、一种大功率音频功率放大器开关电源电路，包括谐振电路(102)、功率变压器(T1)、电解电容(Ec1)，及连接于电源正负极之间的第一半桥电路(101)，该第一半桥电路(101)通过所述功率变压器(T1)原边的一端电连接到整流滤波电路(103)后输出给功放供电端，该功率变压器(T1)原边的另一端与所述谐振电路(102)电连接；其特征在于所述电解电容(Ec1)与所述第一半桥电路(101)并联连接于电源正负极之间，该电解电容(Ec1)的阳极与电源正极电连接，该电解电容(Ec1)的阴极与电源负极电连接；还包括有与所述第一半桥电路(101)对称设置在电源正负极之间的第二半桥电路(104)，所述第二半桥电路(104)的输出端通过谐振电路(102)连接到功率变压器(T1)原边的一端后连接到整流滤波电路(103)后输出给功放供电端，该第二半桥电路(104)和第一半桥电路(101)组成全桥电路实现交变电流的转换。
2、 如权利要求1所述的大功率音频功率放大器开关电源电路，其特征在于所 述第二半桥电路(104)包括第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)，第三寄 生二极管(Dr3)、第四寄生二极管(Dr4)，第三寄生电容(C3)、第四寄生 电容(C4);所述第三寄生电容(C3)、第四寄生电容(C4)相互串联后电连接于电源正 负极之间；所述第三寄生二极管(Dr3)的阴极与电源正极电连接，其阳极 与第四寄生二极管(Dr4)的阴极连接，该第四寄生二极管(Dr4)的阳极与 电源负极电连接；所述第三开关管(Q3)的漏极与电源正极电连接，其源极 与第四开关管(Q4)的漏极电连接，该第四开关管(Q4)的源极与电源负 极电连接；所述第三开关管(Q3)和第四开关管(Q4)之间的连接点、第三寄生二极 管(Dr3)与第四寄生二极管(Dr4)之间的连接点、所述第三寄生电容(C3)、 第四寄生电容(C4)之间的连接点相互连接后与所述谐振电路(102)的一 端电连接。
3、 如权利要求1或2所述的大功率音频功率放大器开关电源电路，其特征在于 还包括有励磁电感(Lm)，其电连接于所述变压器(T1)原边的两端上。
专利摘要本实用新型公开了一种大功率音频功率放大器开关电源电路，包括连接于电源正负极之间的第一半桥电路，谐振电路、功率变压器、电解电容，该第一半桥电路通过所述功率变压器原边的一端电连接到整流滤波电路后输出给功放供电端，该功率变压器原边的另一端与所述谐振电路电连接；所述电解电容与所述第一半桥电路并联连接于电源正负极之间，该电解电容的阳极与电源正极电连接，该电解电容的阴极与电源负极电连接；还包括有与第一半桥电路对称设置在电源正负极之间的第二半桥电路，其与谐振电路电连接。该种电路结构热量分布均匀；谐振电流不需要经过滤波电解电容，能够维持正常的电容寿命；在接大功率功放负载时电磁兼容问题容易解决。
文档编号H02M3/335GK201345614SQ200820204918
公开日2009年11月11日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者李达标 申请人:佛山市南海蜚声演出器材制造有限公司