CN102130596B - 一种宽输入电压范围的开关变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽输入电压范围的开关变换器，包括主功率电路、输出整流滤波电路以及驱动控制模块，主功率电路由变压器和开关管连接而成，其特征在于还包括辅助供电电路，辅助供电电路连接于变换器电源输入端和变压器的辅助绕组之间，通过辅助供电电路，在宽输入电压范围时实现开关变换器的正常启动，且在开关变换器正常工作后切断辅助供电电路中的启动回路。从而消除辅助供电电路中启动回路所产生的损耗，在提高开关变换器效率的同时也能提高其可靠性。

Description

一种宽输入电压范围的开关变换器
技术领域
本发明涉及开关变换器领域，特别涉及一种可实现宽输入电压范围的开关变换器。
背景技术
电力电子技术的快速发展使得开关变换器的应用领域越来越广。特别是近年来新能源以及电力系统等领域的大力开发，其大功率变流系统的控制器需要采用一些开关变换器作为其辅助电源，这些辅助电源又需要从变流系统的输入取电。而这些变流系统的输入电压通常很宽，比如从100V到1000V甚至3000V。如此宽的输入电压范围对辅助电源的设计带来了很多难点。其难点之一就是作为辅助电源的开关变换器本身的辅助供电问题。既要保证在低压输入时辅助供电能够使得开关变换器正常启动，又要保证在高压输入时的辅助供电电路能够降低损耗，从而提高整个开关变换器的效率和可靠性。
目前在开关变换器中的供电原理通常如图1所示，开关变换器包括主功率电路、输出整流滤波电路以及驱动控制模块，主功率电路由变压器和开关管连接而成，在此以单端反激变换器来说明，对于供电的原理，正激变换器也同样适用。限流电阻R1一端连接电源输入端，另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端接地；原边绕组NS1一端连接电源输入端(并以此端作为同名端)，另一端连接开关管的漏极，开关管的源极接地，栅极接驱动控制IC的驱动脉冲输出端；辅助绕组NS2的同名端接地，异名端接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极接入电容C1与限流电阻R1相连接的一端，并与驱动控制IC的输入电源Vcc端连接；副边绕组NS3的异名端与二极管D2的阳极相连接，二极管D2的阴极接输出滤波电容C2的一端，NS3的同名端与电容C2的另一端相连接。上电伊始，输入电压通过限流电阻R1给电容C1充电，当电容C1的电压达到驱动控制IC启动电压时，控制IC开始工作，之后辅助绕组提供辅助供电。当输入电压范围较窄时，通过合理选择R1的值，既可以保证开关变换器在低压输入时正常启动，也可以保证把高压输入时限流电阻R1的功耗控制在可以接受的范围之内。
当输入电压较宽，特别是输入最大电压较高时，当要保证低压输入时变换器能够正常启动，限流电阻R1的值势必不能取得太大，否则启动速度很慢，而且很可能无法正常启动。当输入电压为最大电压时，限流电阻R1上的电压必然增加，导致其损耗增加，同时可能造成辅助电压升高从而损坏控制IC。
发明内容
本发明的目的是提供一种宽输入电压范围的开关变换器，既能保证在低压输入时开关变换器能够正常启动，又能解决高压输入时的辅助供电支路损耗大的问题，从而提高开关变换器的效率和可靠性。
本发明的目的可以通过以下方案实现：一种宽输入电压范围的开关变换器，包括主功率电路、输出整流滤波电路以及驱动控制模块，主功率电路由变压器和开关管连接而成，其特征在于还包括辅助供电电路，辅助供电电路连接于变换器电源输入端和变压器的辅助绕组之间，通过辅助供电电路，在宽输入电压范围时实现开关变换器的正常启动，且在开关变换器正常工作后切断辅助供电电路中的启动回路。
所述辅助供电电路包括限流电阻R1、常闭触点式继电器K1、电容C1、电容C3、二极管D1、二极管D3和继电器检测控制模块，限流电阻R1一端连接电源输入端，另一端连接常闭式触点继电器K1的常闭触点，K1的另一个常闭触点连接电容C1的一端，电容C1的另一端接地；二极管D1的阳极接入变压器的辅助绕组的异名端，二极管D1的阴极接入电容C3的一端，电容C3的另一端接地；二极管D1的阴极同时还连接二极管D3的阳极和继电器检测控制模块的检测电压输入端，继电器检测控制模块的控制输出端连接继电器的控制触发输入端；二极管D3的阴极接入电容C1与继电器K1连接的一端，并与驱动控制模块的输入电源Vcc端连接。
本发明可以在宽输入电压范围时实现开关变换器的正常启动，且能够在开关变换器正常工作后切断辅助供电电路中的限流电阻所在支路，从而消除辅助供电电路中限流电阻支路所产生的损耗，在提高开关变换器效率的同时也能提高其可靠性。
附图说明
图1为现有技术的电路原理图；
图2为本发明具体实施方式的电路原理图。
具体实施方式
图2为本发明的具体实施例，本发明是在现有技术的基础上改进了辅助供电电路，一种宽输入电压范围的开关变换器，包括主功率电路、输出整流滤波电路、驱动控制模块、辅助供电电路，主功率电路由变压器和开关管连接而成，辅助供电电路连接于变换器电源输入端和变压器的辅助绕组之间，通过辅助供电电路，在宽输入电压范围时实现开关变换器的正常启动，且在开关变换器正常工作后切断辅助供电电路中的启动回路。从而降低辅助供电电路在输入电压较高时所产生的损耗，在提高开关变换器效率的同时也能提高其可靠性。
其中：
辅助供电电路包括限流电阻R1、常闭触点式继电器K1、电容C1、电容C3、二极管D1、二极管D3、继电器检测控制模块；
主功率电路包括变压器原边绕组NS1、开关管Q1、辅助绕组NS2、变压器副边绕组NS3；
继电器检测控制电路负责检测电容C3的电压，当其达到设定值时输出断开继电器K1的控制信号。为了防止因电容C3的电压纹波导致继电器反复动作，继电器检测控制电路应设置一定的电压回差。可以采用通用的运放构成比较器或类似的常用比较电路来作为继电器检测控制电路，在比较器反馈支路上采用二极管来构成电压回差。
输出整流滤波电路包括整流二极管D2、输出滤波电容C2。
驱动控制模块IC可以是各种能够对开关变换器进行控制的脉宽或频率调制的控制IC，也包括用分立元件搭建的能够和控制IC同样起到控制开关变换器作用的电路；
限流电阻R1一端连接电源输入端，另一端连接常闭式触点继电器K1的常闭触点，K1的另一个常闭触点连接电容C1的一端，电容C1的另一端接地；原边绕组NS1一端连接电源输入端(并以此端作为同名端)，另一端连接开关管的漏极，开关管的源极接地，开关管栅极接驱动控制IC的驱动脉冲输出端；辅助绕组NS2的同名端接地，二极管D1的阳极接入变压器的辅助绕组NS2的异名端，二极管D1的阴极接入电容C3的一端，电容C3的另一端接地；二极管D1的阴极同时还连接二极管D3的阳极和继电器检测控制模块的检测电压输入端，继电器检测控制模块的控制输出端连接继电器的控制触发输入端，直接控制继电器K1；二极管D3的阴极接入电容C1与继电器K1连接的一端，并与驱动控制模块的输入电源Vcc端连接。副边绕组NS3的异名端与整流二极管D2的阳极相连接，D2的阴极接输出滤波电容C2的一端，NS3的同名端与C2的另一端相连接。
下面以常见的单端反激电路拓扑来说明本发明完整的技术方案，对于辅助供电电路的原理，同样适用于正激电路。上电时，输入电压通过限流电阻R1、继电器K1给电容C1充电，当电容C1的电压达到驱动控制IC启动电压时，驱动控制IC开始工作。驱动控制IC工作以后，辅助绕组NS2开始建立电压，同时通过二极管D1给电容C3充电，当电容C3的电压达到设定值时，继电器检测控制模块输出信号断开继电器K1，从而切断辅助供电电路中限流电阻R1所在的支路。
本发明中辅助供电电路中的限流电阻R1采用可以承受短时(通常为5s)过功率的线绕电阻，实际取值时要根据实际的输入电压范围及输入电压实际值来确定。如对于一个200V-1200V输入的采用284X系列驱动控制IC的开关变换器，可以选择一个阻值为8K欧姆功率为6W的线绕电阻。
除上述实施例外，凡属本行业技术人员通过以上描述与附图举例所能自然联想到的等同应用方案，都属于本专利的保护范围。

Claims (2)

1.一种宽输入电压范围的开关变换器，包括主功率电路、输出整流滤波电路以及驱动控制模块，主功率电路由变压器和开关管连接而成，还包括辅助供电电路，辅助供电电路连接于变换器电源输入端和变压器的辅助绕组之间，通过辅助供电电路，在宽输入电压范围时实现开关变换器的正常启动，且在开关变换器正常工作后切断辅助供电电路中的启动回路；
其特征在于所述辅助供电电路包括限流电阻R1、常闭触点式继电器K1、电容C1、电容C3、二极管D1、二极管D3和继电器检测控制模块，限流电阻R1一端连接电源输入端，另一端连接常闭触点式继电器K1的常闭触点，K1的另一个常闭触点连接电容C1的一端，电容C1的另一端接地；二极管D1的阳极接入变压器的辅助绕组的异名端，二极管D1的阴极接入电容C3的一端，电容C3的另一端接地；二极管D1的阴极同时还连接二极管D3的阳极和继电器检测控制模块的检测电压输入端，继电器检测控制模块的控制输出端连接继电器的控制触发输入端；二极管D3的阴极接入电容C1与继电器K1连接的一端，并与驱动控制模块的输入电源Vcc端连接。
2.根据权利要求1所述的宽输入电压范围的开关变换器，其特征在于所述限流电阻R1采用能承受短时过功率的线绕电阻，限流电阻R1实际取值要根据实际的输入电压范围及输入电压的实际值来确定。
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