一种高压开关电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及开关电源【技术领域】，特别涉及一种高压开关电源，其包括输入电压HV、驱动电路、滤波分压电路、均压电路和至少两个串联的初级功率回路，本实用新型通过滤波分压电路对输入电压进行分压，分压电容与开关管构成至少两个初级功率回路，对于一个开关管来说，在关闭时，其承受的电压为该电容上的电压、次级反射电压以及由于变压器T2漏感引起的电压尖峰之和，由于该电容上的电压为输入电压的1/2甚至更小，大大降低了一个开关管的峰值电压，因此，可使用耐压低的开关管，降低了成本；由于至少两个初级功率回路共用一个变压器T2，与现有技术使用多个变压器相比，其参数一致，电感量一致，可使得母线电压平衡，提高可靠性。
【专利说明】
一种高压开关电源
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及开关电源，特别涉及一种高压开关电源。
【背景技术】
[0002]通常，电力电子系统经常要使用到高电压，而控制系统又需要使用低压直流，这就需要通过高压开关电源将高电压转换成低电压提供给控制系统使用。由于输入电压高(一般为1000V — 2000V)，现有的高压开关电源一般使用双管反激或双管正激来实现开关作用，而使用的开关管的耐压需要比输入电压还高，比如:对于2000V的输入电压，至少需要使用2000V以上的开关管，而耐高压的开关管价格较贵，且不易购买。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种高压开关电源，该高压开关电源可使用耐低压的开关管，降低了成本，可使得母线电压平衡，提高可靠性。
[0004]为此给出一种高压开关电源，包括输入电压HV、驱动电路、滤波分压电路、均压电路和至少两个串联的初级功率回路，至少两个串联的初级功率回路接于所述输入电压H V和地之间，本实用新型中，
[0005]所述驱动电路为驱动变压器Tl，所述驱动变压器Tl包括多个次级绕组，所述高压开关电源还包括单个变压器T2和多个带栅极电阻的开关管，所述变压器T2包括多个初级绕组，所述滤波分压电路包括多个串联的电容，所述均压电路包括多个均压电阻；所述变压器Tl的次级绕组的数量、所述变压器T2的初级绕组的数量、开关管的数量、电容的数量、均压电阻的数量均与所述初级功率回路的数量相同，一个所述电阻与一个所述电容并联；
[0006]每个所述初级功率回路包括:一个电容、一个变压器T2的初级绕组和一个开关管，所述开关管的栅极电阻与所述变压器Tl的一个次级绕组的一端连接，所述电容的一端连接变压器T2的初级绕组的一端，所述变压器T2的初级绕组的另一端与所述开关管的漏极连接，所述开关管的源极与所述电容的另一端、所述变压器Tl的次级绕组的另一端、下一个初级功率回路的变压器T2的初级绕组的一端连接。
[0007]具体的，所述变压器Tl包括次级绕组N2、次级绕组N3、次级绕组N4和次级绕组N5，所述变压器T2包括初级绕组N6、初级绕组N7、初级绕组N8和初级绕组N9。
[0008]具体的，所述初级功率回路包括四个，分别是第一初级功率回路、第二初级功率回路、第二初级功率回路和第四初级功率回路。
[0009]具体的，所述第一初级功率回路包括电容Cl、变压器T2的初级绕组N6、开关管Ql和开关管Ql的栅极电阻R8 ;所述第二初级功率回路包括电容C2、变压器T2的初级绕组N7、开关管Q2和开关管Q2的栅极电阻R6 ;所述第三初级功率回路包括电容C3、变压器T2的初级绕组NS、开关管Q3和开关管Q13的栅极电阻R9 ;所述第四初级功率回路包括电容C4、变压器T2的初级绕组N9、开关管Q4和开关管Q4的栅极电阻R14 ；
[0010]所述次级绕组N2的一端与所述栅极电阻R14连接，所述次级绕组N3的一端与所述栅极电阻R9连接，所述次级绕组N4的一端与所述栅极电阻R6连接，所述次级绕组N5的一端与所述栅极电阻R8连接；
[0011]所述次级绕组N2的另一端与所述开关管Q4的源极连接，所述次级绕组N3的另一端与所述开关管Q3的源极连接，所述次级绕组N4的另一端与所述开关管Q2的源极连接，所述次级绕组N5的另一端与所述开关管Ql的源极连接。
[0012]具体的，所述均压电路包括电阻Rl、电阻R2、电阻R3和电阻R4。
[0013]具体的，所述变压器Tl包括初级绕组NI，所述变压器T2包括次级绕组NlO和NI I。
[0014]具体的，还包括次级输出功率回路，其包括所述变压器T2的次级绕组N10、二极管D1、电容C8和输出电压VOl，次级绕组NlO的一端与二极管Dl的正极连接，二极管Dl的负极与输出电压V01、电容C8的正极连接，电容C8的负极与次级绕组NlO的另一端、地连接。
[0015]具体的，还包括控制电路，所述控制电路包括芯片U1、电阻R5、电阻R7、电阻R12、电阻R17、电容C5、电容C6、电容C7、电容C9、电容Cl 1、三极管Q5和三极管Q6，所述芯片Ul的VRF引脚与电阻R5的一端、电容C5的一端和电源Vref连接，电阻R5的另一端与芯片Ul的RTCT引脚、电容C6的一端连接，电容C5的另一端、电容C6的另一端接地，芯片Ul的VCC引脚与电阻R17的一端、电容Cll的一端、电源VCC连接，电阻R17的另一端接所述输入电压HV，电容Cll的另一端接地，芯片Ul的OUT引脚与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与三极管Q5的基极、三极管Q6的基极连接，三极管Q5的集电极与电源VCC连接，三极管Q5的发射极与三极管Q6的发射极、电容C9的一端连接，电容C9的另一端与变压器Tl的初级绕组NI的一端、所述变压器Tl的初级绕组NI的另一端与所述三极管Q6的集电极、地连接；
[0016]具体的，芯片Ul的COM引脚接有隔离反馈电路，其包括电阻R10、电阻R11、电阻R13、电阻R15、光耦U2和三端可调基准源U3，电阻Rll的一端与电源Vref连接，电阻Rll的另一端与芯片Ul的COM引脚和光耦U2的受光器的集电极连接，光耦U2的受光器的发射极接地，光耦U2的发光器的阳极与电阻RlO的一端连接，电阻RlO的另一端与输出电压V01、电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与三端可调基准源U3的控制端、电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与三端可调基准源U3的正极、地连接，三端可调基准源U3的负极与光耦U2的发光器的阴极连接。
[0017]具体的，还包括供电功率回路，其包括所述变压器T2的次级绕组Nil、二极管D2、电容ClO和电源VCC，次级绕组Nll的一端与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与电容ClO的正极、电源VCC连接，电容ClO的负极与次级绕组Nll的另一端、地连接。
[0018]有益效果:本实用新型通过滤波分压电路对输入电压进行分压，分压电容再与开关管构成至少两个初级功率回路，驱动变压器Tl用于将接收到的控制信号经隔离后驱动不同开关管的开启和关闭，不同开关管同时开启和关闭，对于一个开关管来说，在关闭时，其承受的电压为该电容上的电压、次级反射电压以及由于变压器T2漏感引起的电压尖峰之和，由于该电容上的电压为输入电压的1/2甚至更小，大大降低了一个开关管的峰值电压，因此，本实用新型可使用耐压低的开关管，降低了成本；另外，由于至少两个初级功率回路共用一个变压器T2，与现有技术使用多个变压器相比，其参数一致，电感量一致，绕组的电压均衡，可使得母线电压平衡，提高可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的一个实施例的电路图。
[0020]图中包括有:
[0021]I——控制电路、11——隔离反馈电路；
[0022]2——驱动电路；
[0023]3——均压电路；
[0024]4——滤波分压电路；
[0025]5—第一初级功率回路；
[0026]6——第二初级功率回路；
[0027]7—第三初级功率回路；
[0028]8——第四初级功率回路；
[0029]9-次级输出功率回路；
[0030]10——供电功率回路。
【具体实施方式】
[0031]本实施例的一种高压开关电源，如图1所示，包括输入电压HV、驱动电路2、滤波分压电路4、均压电路3和四个串联的初级功率回路，驱动电路2为驱动变压器Tl，驱动变压器TI包括一个初级绕组和四个次级绕组，分别是初级绕组N1、次级绕组N2、次级绕组N3、次级绕组N4和次级绕组N5，高压开关电源还包括变压器T2和四个带栅极电阻的开关管，变压器T2包括四个初级绕组和两个次级绕组，分别是初级绕组N6、初级绕组N7、初级绕组NS、初级绕组N9、次级绕组NlO和次级绕组NI I，开关管分别为带栅极电阻R8的场效应管Ql、带栅极电阻R6的场效应管Q2、带栅极电阻R9的场效应管Q3和带栅极电阻R14的场效应管Q4。
[0032]滤波分压电路4包括串联的电容Cl、电容C2、电容C3和电容C4，均压电路3包括阻值相等的电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，电阻Rl和点Cl并联，电阻R2和电容C2并联，电阻R3和电容C3并联，电阻R4和电容C4并联。
[0033]电容Cl、电容C2、电容C3和电容C4起滤波和分压的作用，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4为均压电阻，阻值相等，用来保证电容Cl、电容C2、电容C3和电容C4的电压趋于相等，等于输入电压的1/4。
[0034]四个串联的初级功率回路接于所述输入电压HV和地之间，四个串联的初级功率回路分别为第一初级功率回路5、第二初级功率回路6、第三初级功率回路7和第四初级功率回路8。
[0035]第一初级功率回路5包括电容Cl、变压器T2的初级绕组N6、场效应管Ql和场效应管Ql的栅极电阻R8，电容Cl的一端与输入电压HV、变压器T2的初级绕组N6的一端连接，变压器T2的初级绕组N6的另一端与场效应管Ql的漏极连接，场效应管Ql的源极与电容Cl的另一端、变压器Tl的次级绕组N5的一端连接，变压器Tl的次级绕组N5的另一端与场效应管Ql的栅极电阻R8连接；
[0036]所述第二初级功率回路6包括电容C2、变压器T2的初级绕组N7、场效应管Q2和场效应管Q2的栅极电阻R6，电容C2的一端与场效应管Ql的源极、变压器T2的初级绕组N7的一端连接，变压器T2的初级绕组N7的另一端与场效应管Q2的漏极连接，场效应管Q2的源极与电容C2的另一端、变压器Tl的次级绕组N4的一端连接，变压器Tl的次级绕组N4的另一端与场效应管Q2的栅极电阻R6连接；
[0037]所述第三初级功率回路7包括电容C3、变压器T2的初级绕组N8、场效应管Q3和场效应管Q13的栅极电阻R9，电容C3的一端与场效应管Q2的源极、变压器T2的初级绕组N8的一端连接，变压器T2的初级绕组N8的另一端与场效应管Q3的漏极连接，场效应管Q3的源极与电容C3的另一端、变压器Tl的次级绕组N3的一端连接，变压器Tl的次级绕组N3的另一端与场效应管Q3的栅极电阻R9连接；
[0038]所述第四初级功率回路8包括电容C4、变压器T2的初级绕组N9、场效应管Q4和场效应管Q4的栅极电阻R14，电容C4的一端与场效应管Q3的源极、变压器T2的初级绕组N9的一端连接，变压器T2的初级绕组N9的另一端与场效应管Q4的漏极连接，场效应管Q4的源极通过电阻R16与电容C4、变压器Tl的次级绕组N2的一端连接，变压器Tl的次级绕组N2的另一端与场效应管Q4的栅极电阻R14连接。
[0039]对于场效应管Ql来说，在关闭时，其承受的电压为电容Cl上的电压、次级反射电压以及由于变压器T2漏感引起的电压尖峰之和，由于电容Cl上的电压为输入电压HV的1/4，大大降低了场效应管Ql的峰值电压，对于2000V的输入电压，采用600V的场效应管即可，场效应管Q2、Q3、Q4的情况与Ql类似，因此，本实用新型可使用耐压低的场效应管，降低了成本；另外，由于四个初级功率回路共用一个变压器T2，因此，其参数一致，电感量一致，绕组的电压均衡，可使得母线电压平衡，提高可靠性。
[0040]所述次级绕组N2的一端与所述栅极电阻R14连接，所述次级绕组N3的一端与所述栅极电阻R9连接，所述次级绕组N4的一端与所述栅极电阻R6连接，所述次级绕组N5的一端与所述栅极电阻R8连接；
[0041]所述次级绕组N2的另一端与所述场效应管Q4的源极连接，所述次级绕组N3的另一端与所述场效应管Q3的源极连接，所述次级绕组N4的另一端与所述场效应管Q2的源极连接，所述次级绕组N5的另一端与所述场效应管Ql的源极连接。
[0042]具体的，还包括次级输出功率回路9，其包括所述变压器T2的次级绕组N10、二极管Dl、电容C8和输出电压VOl，次级绕组NlO的一端与二极管Dl的正极连接，二极管Dl的负极与输出电压V01、电容C8的正极连接，电容C8的负极与次级绕组NlO的另一端、地连接。
[0043]具体的，还包括产生所述控制信号的控制电路1，所述控制电路I包括芯片U1、电阻R5、电阻R7、电阻R12、电阻R17、电容C5、电容C6、电容C7、电容C9、电容C11、三极管Q5和三极管Q6，所述芯片Ul的VRF引脚与电阻R5的一端、电容C5的一端和电源Vref连接，电阻R5的另一端与芯片Ul的RTCT引脚、电容C6的一端连接，电容C5的另一端、电容C6的另一端接地，芯片Ul的VCC引脚与电阻R17的一端、电容Cll的一端、电源VCC连接，电阻R17的另一端接所述输入电压HV，电容Cll的另一端接地，芯片Ul的OUT引脚与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与三极管Q5的基极、三极管Q6的基极连接，三极管Q5的集电极与电源VCC连接，三极管Q5的发射极与三极管Q6的发射极、电容C9的一端连接，电容C9的另一端与变压器Tl的初级绕组NI的一端、所述变压器Tl的初级绕组NI的另一端与所述三极管Q6的集电极、地连接；
[0044]芯片Ul的COM引脚接有隔离反馈电路11，其包括电阻R10、电阻R11、电阻R13、电阻R15、光耦U2和三端可调基准源U3，电阻Rll的一端与电源Vref连接，电阻Rll的另一端与芯片Ul的COM引脚和光耦U2的受光器的集电极连接，光耦U2的受光器的发射极接地，光耦U2的发光器的阳极与电阻RlO的一端连接，电阻RlO的另一端与输出电压V01、电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与三端可调基准源U3的控制端、电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与三端可调基准源U3的正极、地连接，三端可调基准源U3的负极与光耦U2的发光器的阴极连接。
[0045]控制芯片Ul用来根据输出电压及输出功率来调节PWM占空比，以保证输出电压VOl的稳定。隔离反馈电路11用于将输出电压VOl的误差信号传递给控制芯片Ul。
[0046]具体的，还包括控制芯片Ul的VCC供电功率回路10，其包括变压器T2的次级绕组Nil、二极管D2、电容ClO和电源VCC，次级绕组Nll的一端与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与电容ClO的正极、电源VCC连接，电容ClO的负极与次级绕组Nll的另一端、地连接。
【权利要求】
1.一种高压开关电源，包括输入电压HV、驱动电路、滤波分压电路、均压电路和至少两个串联的初级功率回路，至少两个串联的初级功率回路接于所述输入电压HV和地之间，其特征是: 所述驱动电路为驱动变压器Tl，所述驱动变压器Tl包括多个次级绕组，所述高压开关电源还包括单个变压器T2和多个带栅极电阻的开关管，所述变压器T2包括多个初级绕组，所述滤波分压电路包括多个串联的电容，所述均压电路包括多个均压电阻；所述变压器Tl的次级绕组的数量、所述变压器T2的初级绕组的数量、开关管的数量、电容的数量、均压电阻的数量均与所述初级功率回路的数量相同，一个所述电阻与一个所述电容并联； 每个所述初级功率回路包括:一个电容、一个变压器T2的初级绕组和一个开关管，所述开关管的栅极电阻与所述变压器Tl的一个次级绕组的一端连接，所述电容的一端连接变压器T2的初级绕组的一端，所述变压器T2的初级绕组的另一端与所述开关管的漏极连接，所述开关管的源极与所述电容的另一端、所述变压器Tl的次级绕组的另一端、下一个初级功率回路的变压器T2的初级绕组的一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种高压开关电源，其特征是，所述变压器Tl包括次级绕组N2、次级绕组N3、次级绕组N4和次级绕组N5，所述变压器T2包括初级绕组N6、初级绕组N7、初级绕组N8和初级绕组N9。
3.根据权利要求2所述的一种高压开关电源，其特征是，所述初级功率回路包括四个，分别是第一初级功率回路、第二初级功率回路、第二初级功率回路和第四初级功率回路。
4.根据权利要求3所述的一种高压开关电源，其特征是，所述第一初级功率回路包括电容Cl、变压器T2的初级绕组N6、开关管Ql和开关管Ql的栅极电阻R8 ;所述第二初级功率回路包括电容C2、变压器T2的初级绕组N7、开关管Q2和开关管Q2的栅极电阻R6 ;所述第三初级功率回路包括电容C3、变压器T2的初级绕组NS、开关管Q3和开关管Q13的栅极电阻R9 ;所述第四初级功率回路包括电容C4、变压器T2的初级绕组N9、开关管Q4和开关管Q4的栅极电阻R14 ； 所述次级绕组N2的一端与所述栅极电阻R14连接，所述次级绕组N3的一端与所述栅极电阻R9连接，所述次级绕组N4的一端与所述栅极电阻R6连接，所述次级绕组N5的一端与所述栅极电阻R8连接； 所述次级绕组N2的另一端与所述开关管Q4的源极连接，所述次级绕组N3的另一端与所述开关管Q3的源极连接，所述次级绕组N4的另一端与所述开关管Q2的源极连接，所述次级绕组N5的另一端与所述开关管Ql的源极连接。
5.根据权利要求4所述的一种高压开关电源，其特征是，所述均压电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4。
6.根据权利要求5所述的一种高压开关电源，其特征是，所述变压器Tl包括初级绕组NI，所述变压器T2包括次级绕组NlO和NI I。
7.根据权利要求6所述的一种高压开关电源，其特征是，还包括次级输出功率回路，其包括所述变压器T2的次级绕组N10、二极管D1、电容C8和输出电压V01，次级绕组NlO的一端与二极管Dl的正极连接，二极管Dl的负极与输出电压VOl、电容C8的正极连接，电容C8的负极与次级绕组NlO的另一端、地连接。
8.根据权利要求7所述的一种高压开关电源，其特征是，还包括控制电路，所述控制电路包括芯片U1、电阻R5、电阻R7、电阻R12、电阻R17、电容C5、电容C6、电容C7、电容C9、电容C11、三极管Q5和三极管Q6，所述芯片Ul的VRF引脚与电阻R5的一端、电容C5的一端和电源Vref连接，电阻R5的另一端与芯片Ul的RTCT引脚、电容C6的一端连接，电容C5的另一端、电容C6的另一端接地，芯片Ul的VCC引脚与电阻R17的一端、电容Cll的一端、电源VCC连接，电阻R17的另一端接所述输入电压HV，电容Cll的另一端接地，芯片Ul的OUT引脚与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与三极管Q5的基极、三极管Q6的基极连接，三极管Q5的集电极与电源VCC连接，三极管Q5的发射极与三极管Q6的发射极、电容C9的一端连接，电容C9的另一端与变压器Tl的初级绕组NI的一端、所述变压器Tl的初级绕组NI的另一端与所述三极管Q6的集电极、地连接； 根据权利要求8所述的一种高压开关电源，其特征是，所述芯片Ul的COM引脚接有隔离反馈电路，其包括电阻R10、电阻R11、电阻R13、电阻Rl5、光耦U2和三端可调基准源U3，电阻Rll的一端与电源Vref连接，电阻Rll的另一端与芯片Ul的COM引脚和光耦U2的受光器的集电极连接，光耦U2的受光器的发射极接地，光耦U2的发光器的阳极与电阻RlO的一端连接，电阻RlO的另一端与输出电压VOl、电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与三端可调基准源U3的控制端、电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与三端可调基准源U3的正极、地连接，三端可调基准源U3的负极与光耦U2的发光器的阴极连接。
9.根据权利要求8所述的一种高压开关电源，其特征是，还包括供电功率回路，其包括所述变压器T2的次级绕组Nil、二极管D2、电容ClO和电源VCC，次级绕组Nll的一端与二极管D2的正极连接，二极管D2的负极与电容ClO的正极、电源VCC连接，电容ClO的负极与次级绕组Nll的另一端、地连接。
【文档编号】H02M7/217GK203984266SQ201420395539
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】陈书生 申请人:广东易事特电源股份有限公司