一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路及其控制方法
【专利说明】一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路及其控制方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路及其控制方法。
【背景技术】
[0003]开关电源广泛用于工业及国防领域，在航天、航空、船舶、兵器、铁路、通信、医疗电子、工业自动化设备等军民用电子系统中得到广泛应用。开关电源自发明以来，得到飞速发展。新的应用要求伴随着新的技术不断涌现。概括起来，常用的电路拓扑就有几十种，如BUCK电路、BOOST电路、正激电路，反激电路，推挽电路，半桥电路，全桥电路拓扑等。BUCK电路、BOOST电路是非隔离DC/DC变换器中常用的电路拓扑；反激电路、正激电路、推挽电路、半桥电路、全桥电路是隔离DC/DC变换器中常用的电路拓扑，其中反激电路拓扑适合用于体积要求严，功率不大的开关电源中，正激电路拓扑适合用于体积要求严的中小功率开关电源中，推挽电路，半桥电路，全桥电路拓扑为双端输入拓扑结构，电路较单端输入拓扑结构复杂，变压器工作在1，3象限，变压器利用率较高。推挽电路拓扑适合用于中小功率开关电源中，半桥电路拓扑适合用于中大功率开关电源中，全桥电路拓扑适合用于大功率开关电源。另外，同步整流电路是低电压大电流输出场合常用的设计技术，在设计隔离型低压大电流输出的变换器时，常将同步整流技术与正反激及推挽或桥式电路拓扑结合使用，不同的组合适合不同的应用场合。但目前所采用的推挽电路拓扑结构存在电路较复杂，体积较大，输出效率较低等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是通过采用推挽电路与适合低压大电流输出的同步整流BUCK技术相结合，设计出适合多路应用场合的一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路及其控制方法，该拓扑结构利用了推挽拓扑的隔离和高效的特点，实现宽范围输入电压的隔离预稳压，后级的同步整流BUCK电路实现多路低压的高效输出，使得多路低压输出电路的设计简化，电路的整体效率得到了提升，体积得到了减小。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路及其控制方法，包括推挽电路、整流滤波电路、以及同步整流BUCK电路，所述推挽电路包括变压器、VMOS管；所述变压器的初级绕组两端分别与所述第一 VMOS管和第二 VMOS管的漏极相连，变压器的初级绕组中心触头外接电源输入回路，所述第一 VMOS管和第二 VMOS管的栅极与开关电源的控制电路相连，第一VMOS管和第二 VMOS管的源极接地，所述变压器的次级绕组两端经整流滤波电路后分别与同步整流BUCK电路的同步整流管、输出公共端相连。
[0006]所述整流滤波电路由二极管，第一电感和第一电容组成；所述变压器的次级绕组一端与第一二极管的阳极相连，其另一端与第二二极管的阳极相连，所述第一二极管的阴极经第一电感与同步整流BUCK电路的整流管相连，所述第二二极管的阴极连接在所述第一二极管和所述第一电感之间，变压器的次级绕组中心触头与BUCK电路的输出公共端相连，所述第一电容的一端连接在第一电感与同步整流BUCK电路之间，其另一端与变压器的次级绕组中心触头相连。
[0007]所述同步整流BUCK电路至少为两路。
[0008]所述同步整流BUCK电路包括两个VMOS管，第二电感和第二电容；所述第三VMOS管的漏极连接在第一电感和第一电容之间，第三VMOS管的源极依次经第二电感、第二电容与变压器的初级绕组中心触头相连，所述第四VMOS管的漏极与第三VMOS管的源极相连，第四VMOS管的源极与变压器的初级绕组中心触头相连，所述第三VMOS管和第四VMOS管的栅极接地。
[0009]所述推挽电路还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻的一端分别与第一 VMOS管和第二 VMOS管的栅极相连，其另一端与所述开关电源的控制电路相连。
[0010]一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路的控制方法，包括如下步骤:
(A)推挽电路和同步整流BUCK电路分别通过控制电路的脉宽调制器产生的高频脉冲信号，控制其电路中VMOS管的导通或截止；
(B)当推挽电路中VMOS交替导通时，开关电源的宽输入电压通过该VMOS管转换为高频脉冲电压，高频脉冲电压经变压器耦合后，并通过整流滤波电路，转换为输出的直流电压；
(C)输出的直流电压经控制电路进行误差放大以及去反馈控制脉宽调制器的占空比，形成一个闭环系统，该闭环控制系统再通过控制策略控制最大稳压范围，使之输出预稳压的直流电压，并将该预稳压的直流电压送至同步整流BUCK电路的输入端；
(D)同步整流BUCK电路通过其电路中的VMOS管的交替导通，将输入的直流电压转化为所需要的直流电压，并将该需要的直流电压经控制电路调制使之输出精准稳定的直流电压。
[0011]本发明的有益效果是:
(I)本发明开关电源拓扑结构采用推挽电路拓扑与多个同步整流BUCK电路相串联。推挽电路拓扑的作用是:将输入回路的宽范围输入电压隔离预稳压在一个合适的电压范围内，此预稳压过程可以实现高效率的转换，同时简化和优化了隔离变压器的设计。
[0012](2)同步整流BUCK电路的作用是:将隔离后的预稳压的电压转换成电路中需要的多路低电压，实现高效率的稳压功能。这种电路的结构简单，工作效率高，可以输出大电流，这样设计简化了多路隔离型低压输出变换器的总体电路结构，使隔离型多路输出低压变换器的整体效率得到了提高，降低了设计的难度，简化了电路形式、减少了所用的元器件。
【附图说明】
[0013]图1是本发明的电路原理图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0015]如图1所示，包括推挽电路1、整流滤波电路2、以及同步整流BUCK电路3，该推挽电路I包括变压器TUVMOS管V1、V2 ;变压器Tl的初级绕组两端分别与第一 VMOS管Vl和第二 VMOS管V2的漏极相连，变压器Tl的初级绕组中心触头外接电源输入回路，第一 VMOS管Vl和第二 VMOS管V2的栅极与开关电源的控制电路相连，第一 VMOS管Vl和第二 VMOS管V2的源极接地，变压器Tl的次级绕组两端经整流滤波电路2后分别与同步整流BUCK电路3的同步整流管、输出公共端相连。
[0016]进一步，整流滤波电路2由二极管Dl、D2，第一电感LI和第一电容Cl组成；变压器Tl的次级绕组一端与第一二极管Dl的阳极相连，其另一端与第二二极管D2的阳极相连，第一二极管Dl的阴极经第一电感LI与同步整流BUCK电路3的整流管相连，第二二极管D2的阴极连接在第一二极管Dl和第一电感LI之间，变压器Tl的次级绕组中心触头与BUCK电路3的输出公共端相连，第一电容Cl的一端连接在第一电感LI与同步整流BUCK电路3之间，其另一端与变压器Tl的次级绕组中心触头相连。
[0017]在本实施例中，同步整流BUCK电路3可为一路、两路或多路，具体电路根据实际需要设置，在本实施例中同步整流BUCK电路3为两路。如图1所示，其中同步整流BUCK电路3包括VMOS管V3、V4，第二电感L3和第二电容C3 ;第三VMOS管V3的漏极连接在第一电感LI和第一电容Cl之间，第三VMOS管V3的源极依次经第二电感L3、第二电容C3与变压器Tl的次