CN102158093A - 一种开关电源 - Google Patents
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Abstract
一种开关电源。涉及对电力系统的开关电源。在带载变化时，能对滞后功率管的准确谐振进行控制。包括输入电磁干扰滤波器、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制电路和输出整流滤波电路，功率变换电路包括功率管S1-4、电容器C1-3、电感器Lk和二极管D1-2；功率管S1-4中的功率管S1、功率管S3串接为超前臂，且反向并联二极管D1-2、起外接吸收作用的电容器C1-3；功率管S2、功率管S4构成滞后臂；输出整流滤波电路包括场效应管Sc、二极管Da、二极管Db、二极管Dc和电容Cc；场效应管Sc并接二极管Dc，再与电容Cc串接构成倍频电路。双路全桥变换模式，有两个相互动态调节的控制系统，可以做到宽范围输出时系统的稳定性和输出电压的稳压特性。
Description
技术领域
本发明涉及对电力系统的开关电源，尤其涉及对开关电源中功率变换电路和输出整流滤波电路的改进。
背景技术
开关电源是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止。将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压的装置。它的主要电路包括输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM(脉冲宽度调制)控制器电路、输出整流滤波电路等。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。
目前DC/DC(功率变换电路)应用较多有硬开关模式(包括直接二极管整流，同步整流等)和软开关模式。其中硬开关由于功率管开通和截止时，电压/电流不为零，高压和大电流的应力极大地增加了开关损耗，导致转换器效率较低，所以单纯硬开关在高效电力转换器上的应用很有限。
而软开关的应用由于开关管电子应力为零，极大地降低了开关损耗，对设计人员应用更高的转换频率，得到更高的转换效率是很有帮助。而软开关的技术也有很多种，应用最广泛的就是谐振软开关技术，就是通过谐振的方式达到开通/截止时零电压/零电流的目的。而这种谐振软开关又分为带辅助开关控制的谐振软开关和不带辅助开关的谐振软开关。带辅助开关式的谐振软开关由于控制复杂，电路复杂，在应用方面有一定的限制。
《电源技术应用》2008年第12期(国际标准刊号：ISSN 0219-2713)，“基于UC3875的ZVZCS PWM软开关直流电源的研制”(牟翔永、陈庆川、朱明)，详细介绍了移相谐振控制芯片UC3875的电器特性与基本功能，并以其为控制核心设计了一台1.2kW、70kHz的移相式ZVZCS PWM软开关直流电源。并进行了仿真实验，实验表明：以UC3875为核心的控制部分结构简单可靠，电源主电路开关管均实现了软开关，并克服了单纯的ZVS或ZCS软开关模式的缺点，可有效减少开关管开关过程中引起的损耗，有利于提高电源开关频率，减少电源体积和重量。但分析该文献提供的具体技术方案(该文献图1)，不难发现，变压器两侧频率相同。这样，在输入宽范围和负载变化大的情况下，存在对滞后功率管的零电压开通不理想的情况。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种相控软开关在带载变化时，能对滞后功率管的准确谐振进行控制的开关电源。
本发明的技术方案是：包括输入电磁干扰滤波器、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制电路和输出整流滤波电路，所述功率变换电路与输出整流滤波电路通过耦合变压器相连，功率变换电路连接所述耦合变压器初级线圈，输出整流滤波电路连接所述耦合变压器次级线圈，
所述功率变换电路包括功率管S1-4、电容器C1-3、电感器Lk和二极管D1-2；所述功率管S1-4中的功率管S1、功率管S3串接为超前臂，且反向并联所述二极管D1-2、起外接吸收作用的电容器C1-3；所述功率管S2、功率管S4构成滞后臂；
所述输出整流滤波电路包括场效应管Sc、二极管Da、二极管Db、二极管Dc和电容Cc；所述场效应管Sc并接二极管Dc，再与电容Cc串接构成倍频电路。
所述次级线圈上还设有辅助绕组，所述辅助绕组连接所述PWM控制器电路。
所述PWM控制电路中设有UC3875芯片，所述功率管S1-4分别连接UC3875芯片。
本发明首先采用的是相控软开关技术的DC/DC变换，采用相控软开关技术的目的是避免谐振软开关复杂的应用控制，同时可以使开关管在零电压/零电流状态下开通和截止，从而极大地减小了功率器件的开关损耗，有效地提高了效率。减少了模块的重量和体积。
采用双路全桥变换模式，提高转换变压器的使用效率，而且双路全桥变换在低压输出和高压输出时可以相互平衡和动态调节，有效改善了单全桥模式下的占空比丢失引起的输出电压不稳和控制系统相位裕度不够造成系统工作不稳定等问题。
通过倍频相控单元，控制直流变换的相位变化，动态调整两路相控电路的负载平衡，达到直流倍频变换而每个相控电路基频工作的特点。也即整机的PWM开关频率提高了一倍，而对应于每个相控全桥变换电路而言，它们的工作频率都是基本频率。
本发明采用的是不带辅助开关的谐振软开关技术，即相控软开关技术，它具有基本电路简单，控制简洁，故障点少，可控稳定性高等优点。并且创新性地使用了倍频技术，采用双主回路倍频相控转换模式，通过双电路移相控制单元动态地自动调整双主回路的负载变化，有效地弥补了相控电路在输入宽范围和负载变化大的情况下对滞后管的零电压开通不理想的情况。
这种移相倍频技术，由于解决了相控软开关在带载变化时对滞后功率管的准确谐振控制，对整机转换效率方面对比其他类型的软开关技术具有极大的优越性，而控制主回路的相对更简洁更稳定则带来了应用的广泛适应性，在高效节能领域的应用具有领先水平。相对于现有技术而言，目前DC/DC应用的基本都是采用单桥变换电路，这种拓扑结构适合于输出要稳压的系统，对于输出宽范围调节的应用，会带来变比过大，占空比丢失，造成输出电压振荡不稳，甚至低压时不能稳压等问题。而且容易造成控制系统的相位裕度不够，系统工作不稳定。双路全桥变换模式，有两个相互动态调节的控制系统，可以做到宽范围输出时系统的稳定性和输出电压的稳压特性。
附图说明
图1是本发明中功率变换电路和输出整流滤波电路的结构简图。
具体实施方式
本发明包括输入电磁干扰滤波器、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制电路和输出整流滤波电路，所述功率变换电路与输出整流滤波电路通过耦合变压器相连，功率变换电路连接所述耦合变压器初级线圈，输出整流滤波电路连接所述耦合变压器次级线圈，如图1所示：
所述功率变换电路包括功率管S1-4、电容器C1-3、电感器Lk和二极管D1-2；所述功率管S1-4中的功率管S1、功率管S3串接为超前臂，且反向并联所述二极管D1-2、起外接吸收作用的电容器C1-3；所述功率管S2、功率管S4构成滞后臂；
所述输出整流滤波电路包括场效应管Sc、二极管Da、二极管Db、二极管Dc和电容Cc；所述场效应管Sc并接二极管Dc，再与电容Cc串接构成倍频电路。
所述次级线圈上还设有辅助绕组，所述辅助绕组连接所述PWM控制器电路。
所述PWM控制电路中设有UC3875芯片，所述功率管S1-4分别连接UC3875芯片。
根据图1，从主电路的拓扑形式上，可以看出是不对称的。四只主功率管的基本控制方式是移相控制，超前臂为S1、S3，反并二极管和外接吸收电容；滞后臂为S2、S4，无反并二极管和吸收电容。辅管(场效应管)Sc的控制时序是以超前臂S1、S3控制脉冲的上升沿触发一单稳高电平信号，控制辅管的开通时间。因而辅管的开关频率是原边主管的两倍，工作在倍频状态。本电路的目的是实现超前臂S1、S3零电压开关，滞后臂S2、S4零电流开关，降低主管的开关损耗，为提高整机的工作频率，同时实现全负载范围内的高变换效率准备条件。
本发明的工作原理简述如下：
当S1、S4开通时，原边能量向副边传输。S1关断后，原边电流转向C1、C2，C1充电，C2放电，此时S1上的关断电压是缓慢上升的，属零电压关断。直至下管S3的反并二极管导通。此时开通下管S3，属零点压开通。S3开通脉冲的上升沿同时触发一高电平开通辅管SC，此时，副边钳位电容的电压加在副边上成为激励，原边会感应出较高的电压，此电压的作用是使原边电流迅速复位，为滞后臂S2，S4零电流开关准备条件。原边电流回零以后，辅管SC才关断。辅管一旦关闭，副边相当于短路，原边电压相应也为零，此时隔直电容C3上的电压会反加在滞后臂S4管上，设计时，只要遵循限制隔直电容上脉动电压幅值的原则，合理地运用IGBT的倒置特性，就能成功地防止变压器原边电流的逆向流动，并且保证IGBT不发生反向雪崩击穿。此后，滞后臂S4零电流关断。由于原边漏感的存在，滞后臂S2的开通也为零电流开通。原边电流反向，进入下半个周期的循环，此时副边整流管也正在完成换向，由于钳位电容Cc的存在，整流管的反向尖峰电压能够很好地抑制。
由于移相倍频技术对采用了双主回路相控电路，需要具有两路完整的相控全桥主电路，同时需要采用高磁导率的磁性材料做为转换变压器使用，对于普通DC/DC来说成本会有一定的提高。而这种技术的应用主要是提升转换器的转换效率，所以目前这种技术主要应用在一些对转换效率和工作可靠性要求高的领域，
本发明经试验，其技术指标如下：
工作温度-40度～120度区间；
输入电压范围200VDC-400VDC(165VAC-265VAC)；
输出电压DC 14V～260V；
额定输出电流10A；
额定输出电压为220V/110V；
采用100K以上的基础转换频率(相当于整机200K的转换频率)；
效率≥95％；
DC/DC转换器在输出电流超过11A，断开输出；重新上电时恢复正常；具备短路保护功能。
最后，对本发明总结如下：由于本技术的核心就是通过相控倍频电路分别控制两路完整的移相全桥主转换回路，而通过相控技术让两路主回路依次有序谐振工作，达到倍频的目的。同时，通过动态调整电路来调整两个回路的负载电流，达到均流输出同步协调工作的目的。所以如何合理设计这两个电路就是本项目能否实现的主要难点。
相控倍频电路的设计，是基于专用的UC3875芯片做为移相软开关主控芯片，通过UC3875发出转换电路的基频PWM信号，通过设计一个死区可控可调的倍频电路，将PWM分频出两路PWM信号，他们相差的相角可调。然后通过这两路PWM信号分别控制两路移相主电路开关管，达到有序此次转换的目的。
而动态调整电路设计原理是通过设计一个主转换变压器的辅助绕组，采样主变压器的动态电流比例变化，通过运放反馈控制均流电流的动态调整，影响倍频电路的死区调整，从而达到动态调节双双回路负载的目的。
Claims (3)
1.一种开关电源，包括输入电磁干扰滤波器、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制电路和输出整流滤波电路，所述功率变换电路与输出整流滤波电路通过耦合变压器相连，功率变换电路连接所述耦合变压器初级线圈，输出整流滤波电路连接所述耦合变压器次级线圈，其特征在于，
所述功率变换电路包括功率管S1-4、电容器C1-3、电感器Lk和二极管D1-2；所述功率管S1-4中的功率管S1、功率管S3串接为超前臂，且反向并联所述二极管D1-2、起外接吸收作用的电容器C1-3；所述功率管S2、功率管S4构成滞后臂；
所述输出整流滤波电路包括场效应管Sc、二极管Da、二极管Db、二极管Dc和电容Cc；所述场效应管Sc并接二极管Dc，再与电容Cc串接构成倍频电路。
2.根据权利要求1所述的一种开关电源，其特征在于，所述次级线圈上还设有辅助绕组，所述辅助绕组连接所述PWM控制器电路。
3.根据权利要求1所述的一种开关电源，其特征在于，所述PWM控制电路中设有UC3875芯片，所述功率管S1-4分别连接UC3875芯片。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103066846A (zh) * | 2011-10-18 | 2013-04-24 | 株式会社日立制作所 | 电力转换装置 |
| CN105006970A (zh) * | 2014-08-25 | 2015-10-28 | 深圳市均益安联光伏系统工程有限责任公司 | 一种pv-led系统的拓扑电路 |
| CN109889050A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-14 | 哈尔滨工业大学 | 基频-倍频双工作模态clcl谐振式dc/dc变换器 |
| CN106921303B (zh) * | 2017-03-13 | 2023-08-11 | 深圳市安姆伯科技有限公司 | 一种开关电源变压器 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1253409A (zh) * | 1998-11-10 | 2000-05-17 | 深圳市中兴通讯股份有限公司 | 不对称全桥相移式零压零流软开关电路及方法 |
| CN1437310A (zh) * | 2002-02-05 | 2003-08-20 | 四川大学 | 无电磁污染的大功率开关电源装置 |
-
2011
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1253409A (zh) * | 1998-11-10 | 2000-05-17 | 深圳市中兴通讯股份有限公司 | 不对称全桥相移式零压零流软开关电路及方法 |
| CN1437310A (zh) * | 2002-02-05 | 2003-08-20 | 四川大学 | 无电磁污染的大功率开关电源装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103066846A (zh) * | 2011-10-18 | 2013-04-24 | 株式会社日立制作所 | 电力转换装置 |
| CN103066846B (zh) * | 2011-10-18 | 2016-03-30 | 株式会社日立制作所 | 电力转换装置 |
| CN105006970A (zh) * | 2014-08-25 | 2015-10-28 | 深圳市均益安联光伏系统工程有限责任公司 | 一种pv-led系统的拓扑电路 |
| CN106921303B (zh) * | 2017-03-13 | 2023-08-11 | 深圳市安姆伯科技有限公司 | 一种开关电源变压器 |
| CN109889050A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-06-14 | 哈尔滨工业大学 | 基频-倍频双工作模态clcl谐振式dc/dc变换器 |
| CN109889050B (zh) * | 2019-03-15 | 2021-07-27 | 哈尔滨工业大学 | 基频-倍频双工作模态clcl谐振式dc/dc变换器 |
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