一种适用于中功率输入高压的降压隔离电路

1.本发明涉及降压电路技术领域，特别涉及一种适用于中功率输入高压的降压隔离电路。


背景技术：

2.在输入高压中等功率输出的开关电源应用场合，通常选择的电路拓扑有：有源钳位正激、双管正激、半桥电路、移相全桥、llc等。
3.单管正激电路的mos管在关断时承受2倍的输入电压，并且需要额外的磁复位电路。通常采用的是lcd复位或变压器绕组复位，使用得较多的是采用绕组复位的方式，但是变压器复位时间与开关管电压应力是相互矛盾设计约束。
4.半桥电路是硬开关、有直通风险，可靠性不高。移相全桥、llc电路对称驱动简单、磁芯利用率高、软开关，但存在成本高，需要谐振电感，体积大，不易实现全功率范围软开关，软件控制复杂等问题。
5.双管正激电路继承了单管正激电路的优点，在增加一个mos管和一个二极管的条件下，省去了复位绕组，同时将开关管的电压应力减小为输入电压。该拓扑适用于中功率输入高压的场合，具有开关应力小，抗开关管直通等优势，在军品及宇航等高可靠场合应用较为广泛。
6.在中功率输入高压的应用场合，双管正激的变压器会采用输入串联输出并联的形式，附图1为两个变压器源端串联副端并联的该型双管正激电路示意图，这种电路形式使用了两个储能电感和电路解耦的串联滤波电容，电感电容使用较多。适当的改进拓扑，减少器件，降低成本是该类电源需要解决的核心问题。


技术实现要素：

7.本发明提供一种适用于中功率输入高压的降压隔离电路，旨在解决以上应用技术中该型双管正激电路器件多、体积大、成本高的问题。
8.本发明提供一种适用于中功率输入高压的降压隔离电路，包括直流供电源v
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、开关管q1、q2、降压变压器tx1、降压变压器tx2、整流二极管d3—d
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、储能电感l、输出滤波电容c2；所述降压变压器tx1、降压变压器tx2的源端线圈串联，并分别通过开关管q1、q2连接到直流供电源v
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；所述降压变压器tx1的两个副端线圈通过整流二极管d3—d6、储能电感l、输出滤波电容c2构成回路；所述降压变压器tx2的两个副端线圈通过整流二极管d7—d
10
、储能电感l、输出滤波电容c2构成回路。
9.作为本发明的进一步改进，所述降压变压器tx1包括副端线圈n2、n3，所述副端线圈n2同名端连接整流二极管d3的阳极，所述副端线圈n2异名端连接分别连接整流二极管d4的阳极、储能电感l的a端，所述整流二极管d3的阴极分别连接整流二极管d4的阴极、输出滤波电容c2的正极，所述副端线圈n3同名端连接整流二极管d5的阳极，所述副端线圈n3异名端分别连接整流二极管d6的阳极、输出滤波电容c2的负极，所述整流二极管d5的阴极分别连接整
流二极管d6的阴极，储能电感l的b端，所述输出滤波电容c2的负极接降压变压器tx1副边的地。
10.作为本发明的进一步改进，所述降压变压器tx2包括副端线圈n5、n6，所述副端线圈n5同名端连接整流二极管d7的阳极，所述副端线圈n5异名端连接分别连接整流二极管d8的阳极、储能电感l的a端，所述整流二极管d7的阴极分别连接整流二极管d8的阴极、输出滤波电容c2的正极，所述副端线圈n6同名端连接整流二极管d9的阳极，所述副端线圈n6异名端分别连接整流二极管d
10
的阳极、输出滤波电容c2的负极，所述整流二极管d9的阴极分别连接整流二极管d
10
的阴极，储能电感l的b端。
11.作为本发明的进一步改进，该电路包括输入滤波电容c1、钳位二极管d1、钳位二极管d2，所述降压变压器tx1包括源端线圈n1，所述降压变压器tx2包括源端线圈n4，所述源端线圈n1的异名端连接源端线圈n4的同名端，所述直流供电源v
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的供电端分别连接输入滤波电容c1的正极、开关管q1的漏极、钳位二极管d2的阴极，直流供电源v
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的地端连接输入滤波电容c1的负极、开关管q2的源极和钳位二极管d1的阳极，所述开关管q1的源极分别连接钳位二极管d1的阴极、源端线圈n1的同名端，所述开关管q2的漏极分别连接钳位二极管d2的阳极、源端线圈n4的异名端。
12.作为本发明的进一步改进，所述开关管q1、q2的器件类型为mosfet。
13.作为本发明的进一步改进，所述开关管q1、q2同时开通或同时关断。
14.作为本发明的进一步改进，当开关管q1、q2开通时，降压变压器tx1的源端线圈n1、降压变压器tx2的源端n4同名端电压为正，异名端电压为负，直流供电源v
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的供电端经输入滤波电容c1滤波后，流入开关管q1的漏极，从开关管q1的源极流入源端线圈n1的同名端，从源端线圈n1的异名端流到源端线圈n4的同名端、从n4的异名端流到开关管q2的漏极，从开关管q2的源极流回输入滤波电容c1负极形成通路，所述输入滤波电容c1的负极接源边的地即直流供电源v
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的地线；通过电磁感应，副端线圈n2、n3、n5、n6同名端感应电压为正，异名端感应电压为负，整流二极管d3、d5、d7、d9导通，整流二极管d4、d6、d8、d
10
承受反压截止；电流从副端线圈n2的同名端流出，流入到整流二极管d3的阳极，从整流二极管d3的阴极流到输出滤波电容c2的正极，从输出滤波电容c2的负极流到副端线圈n3的异名端，从副端线圈n3的同名端流到整流二极管d5的阳极，从整流二极管d5的阴极流到储能电感l的b端，从储能电感l的a端流回副端线圈n2的异名端构成回路；电流从线圈n5的同名端流出，流入到整流二极管d7的阳极，从整流二极管d7的阴极流到输出滤波电容c2的正极，从输出滤波电容c2的负极流到副端线圈n6的异名端，从副端线圈n6的同名端流到整流二极管d9的阳极，从整流二极管d9的阴极流到储能电感l的b端，从储能电感l的a端流回副端线圈n5的异名端构成回路，此时输出电压
15.作为本发明的进一步改进，当开关管q1、q2关断时，降压变压器tx1和降压变压器tx2完成去磁，此时源端线圈n1、n4同名端电压为负，异名端电压为正，电流从源端线圈n1的异名端流入源端线圈n4的同名端，从源端线圈n4的异名端流入钳位二级管d2阳极，从钳位二级管d2阴极流入输入滤波电容c1的正极，从输入滤波电容c1的负极流入整流二极管d1的阳极，从整流二极管d1的阴极流回源端线圈n1的同名端；通过电磁感应，副端线圈n2、n3、n5、n6同名端感应电压为负，异名端感应电压为正，整流二极管d3、d5、d7、d9承受反压截止，整流二
包括源端线圈n1，降压变压器tx2包括源端线圈n4，源端线圈n1的异名端连接源端线圈n4的同名端，直流供电源v
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的供电端分别连接输入滤波电容c1的正极、开关管q1的漏极、钳位二极管d2的阴极，直流供电源v
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的地端连接输入滤波电容c1的负极、开关管q2的源极和钳位二极管d1的阳极，开关管q1的源极分别连接钳位二极管d1的阴极、源端线圈n1的同名端，开关管q2的漏极分别连接钳位二极管d2的阳极、源端线圈n4的异名端。
26.开关管q1、q2同时开通或同时关断，功率器件的类型为mosfet。
27.本发明电路的具体工作原理如下：
28.开关管q1、q2同时开通，开通时间均为t
on
，占空比宽度均为duty，简写成d。
29.当开关管q1、q2开通时，电路工作原理如图3所示。降压变压器tx1的源端线圈n1、降压变压器tx2的源端线圈n4同名端电压为“+”，异名端电压为
“‑”
。直流供电源v
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的供电端经输入滤波电容c1滤波后，流入开关管q1的漏极。从开关管q1的源极流入源端线圈n1的同名端，从源端线圈n1的异名端流到源端线圈n4的同名端、从源端线圈n4的异名端流到开关管q2的漏极，从开关管q2的源极流回直流供电源v
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的地线gnd1形成通路。由于电磁感应原理，副端线圈n2、n3、n5、n6同名端感应电压为“+”，异名端感应电压为
“‑”
。整流二极管d3、d5、d7、d9导通，整流二极管d4、d6、d8、d
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承受反压截止。电流从副端线圈n2的同名端流到整流二极管d3的阳极。从整流二极管d3的阴极流到输出滤波电容c2的正极，从输出滤波电容c2的负极流到副端线圈n3的异名端，从副端线圈n3的同名端流到整流二极管d5的阳极，从整流二极管d5的阴极流到储能电感l的b端，从储能电感l的a端流回副端线圈n2的异名端构成回路。电流从副端线圈n5的同名端流到整流二极管d7的阳极。从整流二极管d7的阴极流到输出滤波电容c2的正极，从输出滤波电容c2的负极流到副端线圈n6的异名端，从副端线圈n6的同名端流到整流二极管d9的阳极，从整流二极管d9的阴极流到储能电感l的b端，从储能电感l的a端流回副端线圈n5的异名端构成回路。
30.此时
[0031][0032]
式中v
out
为电路输出电压，v
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为直流供电电压，l为储能电感感量，n1～n4为变压器tx1、tx1线圈匝数，i
l
为流过储能电感电流。
[0033]
当开关管q1、q2关断时，降压变压器tx1和降压变压器tx2完成去磁，电路工作原理如图4所示。此时源端线圈n1、n4同名端电压为
“‑”
，异名端电压为“+”。电流从源端线圈n1的异名端流入源端线圈n4的同名端，从源端线圈n4的异名端流入钳位二级管d2阳极，从钳位二级管d2阴极流入输入滤波电容c1的正极，从输入滤波电容c1的负极流入整流二极管d1的阳极，从整流二极管d1的阴极流回源端线圈n1的同名端。由于电磁感应原理，副端线圈n2、n3、n5、n6同名端感应电压为
“‑”
，异名端感应电压为“+”。整流二极管d3、d5、d7、d9承受反压截止，整流二极管d4、d6、d8、d
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导通。储能电感l将开关管q1、q2开通时存储的能量释放出来，完成开关管q1、q2关断时电路续流的工作。电流从储能电感l的a端流到整流二极管d4的阳极，从整流二级管的阴极流到输出滤波电容c2的阳极，从输出滤波电容c2的阴极流到整流二级管d6的阳极，从整流二级管d6的阴极流到储能电感l的b端构成回路。电流从储能电感l的a端流到整流二极管d8的阳极，从整流二级管的阴极流到输出滤波电容c2的阳极，从输出滤波电容c2的阴极流到整流二级管d
10
的阳极，从整流二级管d
10
的阴极流到储能电感l的b端构成回
的个数。但实际应用中随着功率的增大，储能电感l的设计和制作会异常艰难。
[0054]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。