CN102255549A - 一种开关电源应用电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于轨道交通领域高电压输入场合的高频开关电源应用电路。它包括电源（1）、均压电路（2）、主电路（3）、控制电路（4）、变压器（5），电源（1）与主电路（3）并联，变压器（5）的初级为两个绕组分别连接主电路（3）中的单元电路Ⅰ（31）和单元电路Ⅱ（32），控制电路（4）输出PWM脉冲信号控制单元电路中各开关管交错通断，以至变压器（5）的次级得到输出电流。本发明电路可广泛应用于高电压输入场合的高频开关电源中，能够有效降低输入开关管的电压等级、减少开关损耗，利用变压器（5）的耦合特性自动平衡C1、C2的中点电位，控制简单、可靠性高，具有良好的经济效益。

Description

一种开关电源应用电路

技术领域

本发明涉及一种开关电源应用电路，尤其涉及一种应用于轨道交通上高电压输入的专用高频开关电源应用电路。

背景技术

应用于高电压输入场合的高频开关电源，由于现有功率半导体技术的限制，高频高压功率开关管的选择十分困难。例如地铁交通中，输入母线电压为1500VDC，峰值电压能达到2200VDC，造成高频高压功率开关管的选择困难，极大地抬高了制造成本。现有的解决方案，一是采用开关器件串联方式，以达到要求的耐压等级；二是采用多电平技术，降低电压等级。第一种方案由于元件参数的差异，实现很困难，很难保证开关管同时开通及关断，会造成某个开关管承受过高的电压应力而损坏；第二种方案要求采样中点电位并参与控制，以保证中点电位平衡，控制电路十分复杂，降低了可靠性。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种有效降低输入开关管的电压等级、减少开关损耗、结构简单的高电压输入专用高频开关电源应用电路。本发明是对上述第二种方案的改进，与其不同的是，本方案中只有1个变压器，含有2个初级绕组，改进现有技术中每个开关电路单元都对应有一个变压器的多个变压器结构。

本发明所采用的具体技术方案是：一种开关电源应用电路，它包括电源、均压电路、主电路、控制电路、变压器，所述电源与所述主电路并联，所述变压器的初级为两个绕组，次级为单绕组或多绕组，所述主电路包括单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ，所述单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ结构相同并串联连接，所述均压电路包括电容Ⅰ和电容Ⅱ,所述电容Ⅰ与所述单元电路Ⅰ并联，所述电容Ⅱ与所述单元电路Ⅱ并联，所述单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ分别与所述变压器初级的两个绕组对应连接。

所述电容Ⅰ和电容Ⅱ容量相等，所述电容Ⅰ和电容Ⅱ串联后并联在所述电源两端对所述电源电压均压使所述单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ的输入电压均等并相对稳定。

更加具体的，所述单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ结构相同，它们包括开关管Ⅰ、开关管Ⅱ、二极管Ⅰ、二极管Ⅱ，所述开关管Ⅰ和开关管Ⅱ的源极、漏极与所述二极管Ⅰ和二极管Ⅱ的正、负极组成桥式电路，所述桥式电路的输入端与所述电容Ⅰ或电容Ⅱ并联，所述桥式电路的输出端与所述变压器初级中的一个绕组对应连接，所述单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ在与所述变压器初级绕组对应连接时绕组同名端相反。

所述控制电路连接所述各开关管的栅极，所述控制电路输出PWM脉冲信号控制所述各开关管交错通断，以至所述变压器的次级得到输出电流，并利用变压器的耦合特性，自动平衡电容Ⅰ和电容Ⅱ的中点电位。

    本发明的有益效果是：由于本发明包括电源、均压电路、主电路、控制电路、变压器，所述电源与所述主电路并联，所述变压器的初级为两个绕组，次级为单绕组或多绕组，所述主电路包括单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ，所述单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ结构相同并串联连接，所述均压电路包括电容Ⅰ和电容Ⅱ,所述电容Ⅰ与所述单元电路Ⅰ并联，所述电容Ⅱ与所述单元电路Ⅱ并联，所述单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ分别与所述变压器初级的两个绕组对应连接。所述电容Ⅰ和电容Ⅱ容量相等，所述电容Ⅰ和电容Ⅱ串联后并联在所述电源两端对所述电源电压均压，使所述单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ的输入电压均等并相对稳定。所述单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ结构相同，它们包括开关管Ⅰ、开关管Ⅱ、二极管Ⅰ、二极管Ⅱ，所述开关管Ⅰ和开关管Ⅱ的源极、漏极与所述二极管Ⅰ和二极管Ⅱ的正、负极组成桥式电路，所述桥式电路的输入端与所述电容Ⅰ或电容Ⅱ并联，所述桥式电路的输出端与所述变压器初级中的一个绕组对应连接，所述单元电路Ⅰ和单元电路Ⅱ在与所述变压器初级绕组对应连接时绕组同名端相反。所述控制电路连接所述各开关管的栅极，所述控制电路输出PWM脉冲信号控制所述各开关管交错通断，以至所述变压器的次级得到输出电流，并自动平衡电容Ⅰ和电容Ⅱ的中点电位。

所以本发明是一种有效降低输入开关管的电压等级、减少开关损耗、结构简单的高电压输入专用高频开关电源应用电路。

附图说明

图1为本发明结构方框示意图；

图2为本发明电路结构原理示意图；

图3为本发明控制电路控制模式示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明包括电源1、均压电路2、主电路3、控制电路4、变压器5，所述电源1与所述主电路3并联，所述变压器5的初级为两个绕组，次级为单绕组或多绕组，所述主电路3包括单元电路Ⅰ31和单元电路Ⅱ32，所述单元电路Ⅰ31和单元电路Ⅱ32结构相同并串联连接，所述均压电路2包括电容ⅠC1和电容ⅡC2,所述电容ⅠC1与所述单元电路Ⅰ31并联，所述电容ⅡC2与所述单元电路Ⅱ32并联，所述单元电路Ⅰ31和单元电路Ⅱ32分别与所述变压器5初级的两个绕组对应连接。

所述电容ⅠC1和电容ⅡC2容量相等，所述电容ⅠC1和电容ⅡC2串联后并联在所述电源1两端对所述电源1电压均压，使所述单元电路Ⅰ31和单元电路Ⅱ32的输入电压均等并相对稳定。

所述单元电路Ⅰ31和单元电路Ⅱ32结构相同，它们包括开关管ⅠQ1或Q3、开关管ⅡQ2或Q4、二极管ⅠD1或D3、二极管ⅡD2或D4，所述开关管Ⅰ和开关管Ⅱ的源极、漏极与所述二极管Ⅰ和二极管Ⅱ的正、负极组成桥式电路，所述桥式电路的输入端与所述电容Ⅰ或电容Ⅱ并联，所述桥式电路的输出端与所述变压器5初级中的一个绕组对应连接，所述单元电路Ⅰ31和单元电路Ⅱ32在与所述变压器5初级绕组对应连接时绕组同名端相反。

本发明利用分压电路以及变压器的耦合特性，自动平衡中点电位，控制简单，不需要取中点电位的信号来参与控制，提高了可靠性。例如C2的电位偏高时，这时会通过图1中的电路结构对C1进行充电以此来平衡中点电位，对输入高电压进行均压、各自钳位，让开关管不承受过高的电压应力。

    图3是开关管的交替开关模式，即前半个周期内Q1、Q2为开状态，Q3、Q4关闭；后半个周期Q1、Q2关闭，Q3、Q4开启，交替工作，使得变压器次级能够输出连续的电流。具体来说，所述控制电路4连接所述开关管Ⅰ(Q1和Q3)、开关管Ⅱ(Q2和Q4)的栅极，所述控制电路4输出PWM脉冲信号控制所述开关管Ⅰ(Q1和Q3)、开关管Ⅱ(Q2和Q4)交错通断，以至所述变压器5的次级得到输出电流。本发明电路可广泛应用于高电压输入场合的高频开关电源中，能够有效降低输入开关管的电压等级、减少开关损耗，利用C1、C2均分电源电压并利用变压器的耦合特性，自动平衡中点电位，主电路各单元输出通过同一个变压器变换电流，使得控制简单、可靠性高，具有良好的经济效益。

Claims (4)

1.一种开关电源应用电路，它包括电源（1）、均压电路（2）、主电路（3）、控制电路（4）以及变压器（5），所述电源（1）与所述主电路（3）并联，其特征在于：所述变压器（5）的初级为两个绕组，次级为单绕组或多绕组，所述主电路（3）包括单元电路Ⅰ（31）和单元电路Ⅱ（32），所述单元电路Ⅰ（31）和单元电路Ⅱ（32）结构相同并串联连接，所述均压电路（2）包括电容Ⅰ（C1）和电容Ⅱ（C2）,所述电容Ⅰ（C1）与所述单元电路Ⅰ（31）并联，所述电容Ⅱ（C2）与所述单元电路Ⅱ（32）并联，所述单元电路Ⅰ（31）和单元电路Ⅱ（32）分别与所述变压器（5）初级的两个绕组对应连接。

2.根据权利要求1所述的一种开关电源应用电路，其特征在于：所述电容Ⅰ（C1）和电容Ⅱ（C2）容量相等，所述电容Ⅰ（C1）和电容Ⅱ（C2）串联后并联在所述电源（1）两端对所述电源（1）电压均压并使所述单元电路Ⅰ（31）和单元电路Ⅱ（32）的输入电压均等。

3.根据权利要求1所述的一种开关电源应用电路，其特征在于：所述单元电路Ⅰ（31）和单元电路Ⅱ（32）结构相同，它们包括开关管Ⅰ（Q1、Q3）、开关管Ⅱ（Q2、Q4）、二极管Ⅰ（D1、D3）、二极管Ⅱ（D2、D4），所述开关管Ⅰ（Q1、Q3）和开关管Ⅱ（Q2、Q4）的源极、漏极与所述二极管Ⅰ（D1、D3）和二极管Ⅱ（D2、D4）的正、负极组成桥式电路，所述桥式电路的输入端与所述电容Ⅰ（C1）或电容Ⅱ（C2）并联，所述桥式电路的输出端与所述变压器（5）初级中的一个绕组对应连接，所述单元电路Ⅰ（31）和单元电路Ⅱ（32）在与所述变压器（5）初级绕组对应连接时绕组同名端相反。

4.根据权利要求1所述的一种开关电源应用电路，其特征在于：所述控制电路（4）连接所述开关管Ⅰ（Q1、Q3）、开关管Ⅱ（Q2、Q4）的栅极，所述控制电路（4）输出PWM脉冲信号控制所述开关管Ⅰ（Q1、Q3）、开关管Ⅱ（Q2、Q4）交错通断。

Images