一种新型开关管上的单极PFC拓扑结构的制作方法

本实用新型涉及工控及照明技术领域，尤其涉及一种新型开关管上的单极PFC拓扑结构。

背景技术：

目前，工业控制系统中，通常会需要使用在AC与电池交互使用的情况，传统做法是PFC+BUCK+DC-DC，PFC实现功率因数校正、BUCK线路提供给电池充电及DC-DC输入电压，DC-DC采用每个电源管理芯片对应每路输出方式保证高精度要求。传统方案的突出缺点是：电池充电线路对精度要求不高，使用PFC+BUCK线路给电池供电，线路复杂，成本高，无法利用电池充电环节对充电电压输入范围宽的特性，造成线路上无谓浪费；同样的，多路直流输出要求情况下，采用多个电源管理芯片对应多路输出方式虽然保证了高精度，但线路过于复杂，不利于应用领域大面积推广，开机瞬间开关管会承受比传统BUCK线路更大的电压应力，造成选用的开关器件需要更高规格，从而失去线路上的成本优势。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种新型开关管上的单极PFC拓扑结构。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种新型开关管上的单极PFC拓扑结构，包括整流器、PFC开关电源和PWM开关电源，所述整流器的输出端连接有电流检测电阻，所述电流检测电阻和PFC开关电源之间并联高频旁路滤波电容，所述PFC开关电源内的PFC电路上设有保护二极管和PFC电感，且保护二极管和PFC电感并联连接，所述PFC开关电源内的PFC电路的输出端串联有升压二极管，所述PFC开关电源内的电压反馈环路上设有PFC开关管，所述PFC开关管一端连接有驱动芯片，所述PFC开关管内包括输入回路、反激拓扑电路、正反激拓扑电路和输出回路，所述反激拓扑电路和正反激拓扑电路分别连接有第一变压器和第二变压器，所述输入回路上的第一变压器的初级绕组和第二变压器的初级绕组依次串联，所述第一变压器的次级绕组和第二变压器的次级绕组并联在输出回路两端，所述反激拓扑电路包括第一变压器和二极管D1，所述第一变压器的次级绕组一端经二极管D1与输出端相连，所述第一变压器的次级绕组的另一端接输出地，所述正反激拓扑电路包括第二变压器、二极管D2和二极管D3，所述第二变压器的次级绕组两端分别经二极管D2和二极管D3连接输出端，且第二变压器的次级绕组中心抽头接输出地，所述PWM开关电源一端回路上设置有负载。

优选地，所述第一变压器和第二变压器均使用次级-初级-次级-初级-次级多层耦合方式。

优选地，所述电容C1并联在第一变压器的初级绕组和第二变压器的初级绕组两端。

优选地，所述升压二极管和PFC线圈之间并联二极管旁路。

优选地，所述PFC开关电源和PWM开关电源之间并联大容量滤波电容。

本实用新型中，在开机的瞬间，滤波电容的电压尚未建立，由于要对大电容充电，通过PFC电感的电流相对比较大，如果在PFC电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值时，对电容充电的过程中PFC电感可能会出现磁饱和的情况，此时可能会烧坏PFC开关管，因此需要对PFC电路工作的时序加以控制，即当对大电容的充电完成之后，再启动PFC电路，在启动的瞬间，给大电容的充电提供一个支路，防止大电流流过PFC线圈造成饱和，过流损坏开关管，同时保护二极管也分流了升压二极管上的电流，保护了升压二极管，而二极管D2可以在开机瞬间或者负载短路、PFC输出电压低于输入电压的非正常状况下给电容提供充电路径，减轻了PFC电感和升压二极管的负担，起到保护作用，且电路后面连接的大容量滤波电容对电路的安全性有着重要的意义。本实用新型解决了开关管因单极PFC拓扑结构上的先天缺陷而导致开关管电压应力过大问题，该装置使用便捷巧妙，适宜广泛推广。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种新型开关管上的单极PFC拓扑结构的内部电路示意图；

图2为本实用新型提出的一种新型开关管上的单极PFC拓扑结构的变压器电路示意图。

图中：1、整流器；2、PFC开关电源；3、PWM开关电源；4、驱动芯片；5、PFC开关管；6、电流检测电阻；7、大容量滤波电容；8、升压二极管；9、保护二极管；10、PFC电感；11、高频旁路滤波电容；12、负载；13、第一变压器；14、第二变压器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-2，一种新型开关管上的单极PFC拓扑结构，包括整流器1、PFC开关电源2和PWM开关电源3，整流器1的输出端连接有电流检测电阻6，电流检测电阻6和PFC开关电源2之间并联高频旁路滤波电容11，PFC开关电源2内的PFC电路上设有保护二极管9和PFC电感10，且保护二极管9和PFC电感10并联连接，PFC开关电源2内的PFC电路的输出端串联有升压二极管8，PFC开关电源2内的电压反馈环路上设有PFC开关管5，PFC开关管5一端连接有驱动芯片4，PFC开关管5内包括输入回路、反激拓扑电路、正反激拓扑电路和输出回路，反激拓扑电路和正反激拓扑电路分别连接有第一变压器13和第二变压器14，输入回路上的第一变压器13的初级绕组和第二变压器14的初级绕组依次串联，第一变压器13的次级绕组和第二变压器14的次级绕组并联在输出回路两端，反激拓扑电路包括第一变压器13和二极管D1，第一变压器13的次级绕组一端经二极管D1与输出端相连，第一变压器13的次级绕组的另一端接输出地，正反激拓扑电路包括第二变压器14、二极管D2和二极管D3，第二变压器14的次级绕组两端分别经二极管D2和二极管D3连接输出端，且第二变压器14的次级绕组中心抽头接输出地，PWM开关电源3一端回路上设置有负载12。

具体的，第一变压器13和第二变压器14均使用次级-初级-次级-初级-次级多层耦合方式，有效解决了开关应力的漏感问题。

具体的，电容C1并联在第一变压器13的初级绕组和第二变压器14的初级绕组两端，避免了功率VMOS管因电流过大而损坏。

具体的，升压二极管8和PFC线圈之间并联二极管旁路，防止大电流流过PFC线圈造成饱和。

具体的，PFC开关电源2和PWM开关电源3之间并联大容量滤波电容7，大容量滤波电容7增加了电路的安全性。

本实用新型中，在开机的瞬间，滤波电容的电压尚未建立，由于要对大电容充电，通过PFC电感的电流相对比较大，如果在PFC开关电源2接通的瞬间是在正弦波的最大值时，对电容充电的过程中PFC电感10可能会出现磁饱和的情况，此时可能会烧坏PFC开关管5，因此需要对PFC电路工作的时序加以控制，即当对大电容的充电完成之后，再启动PFC电路，在启动的瞬间，给大电容的充电提供一个支路，防止大电流流过PFC线圈造成饱和，过流损坏PFC开关管5，同时保护二极管9也分流了升压二极管8上的电流，保护了升压二极管8，而二极管D2可以在开机瞬间或者负载12短路、PFC输出电压低于输入电压的非正常状况下给电容提供充电路径，减轻了PFC电感10和升压二极管8的负担，起到保护作用，且电路后面连接的大容量滤波电容7对电路的安全性有着重要的意义。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。