CN102611291A

CN102611291A - 一种单控制单元的输入反激串联输出并联电路

Info

Publication number: CN102611291A
Application number: CN2012100829307A
Authority: CN
Inventors: 单文锋; 张东来; 吕晓明
Original assignee: Shenzhen Academy of Aerospace Technology
Current assignee: Shenzhen Academy of Aerospace Technology
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明适用于电力领域，提供了一种单控制单元的输入反激串联输出并联电路，所述电路包括：一控制单元、一驱动单元以及至少两个串联的分压电源单元，所述控制单元连接到所述驱动单元，所述驱动单元连接到所述的至少两个个串联的分压电源单元。在本发明中，单控制单元的输入反激串联输出并联电路具有自动均压的拓扑特性；动态、稳态均压效果良好；只需一个启动电路；控制简单，一个电源控制单元就可实现所有分压电源单元的控制。本发明提供的电路使高压输入低压输出电源在现有的低压MOSFET的条件下就能实现，电路的输入输出性能指标、电源的转换效率、温升性能指标等得到提高，电路简单可靠便捷，有较高的商业实用价值。

Description

一种单控制单元的输入反激串联输出并联电路

技术领域

本发明涉及高压输入低压输出领域，优选电力及机车领域，尤其涉及一种单控制单元的输入反激串联输出并联电路。

背景技术

随着国民经济的发展，高压电源有着广泛的应用领域，电力系统中广泛应用高压电气设备的直流耐压和泄漏实验，如电力系统避雷器、电力电缆、变压器绕组以及发电机的现场实验。工业中通过高压放电的环保除尘、污水处理、激光器等。医学方面用于X射线、CT等大型医疗设备。科研上用于高能物理和等离子体物理、军事上用于雷达发射器和脉冲点火技术等等。现代高速列车和城市轨道交通供电电压也从早期的600VDC和750VDC提高到了1500VDC，电网电压的提高对辅助电源DC-DC变换器开关管电压等级提出了更高的要求，给开关器件的选取带来了困难。

高压MOSFET其导通阻抗较大，则其导通损耗非常大。通常使用IGBT作为主功率开关管来降低开关管的导通损耗。但是由于其存在电流拖尾现象，变换器的开关频率较低，不利于减小变压器、输出滤波器的体积和提高系统的功率密度。因此，近年来如何降低高压场合开关器件的电压应力成为了现代电力电子技术研究的热门课题之一。此外，供电电源的体积和整体的造价和效率也是设计的关键问题。

为了降低开关管的电压应力，可采用多电平直流变换器。随着电平数的增加，箝位二极管和飞跨电容的数量也相应增加，而且飞跨电容电压的检测和控制也变得更加复杂。因此，对于输入电压等级较高的直流变换器，输入串联输出并联(Input Series Output Parallel，简称ISOP)型的变换器结构[1,2]得到了广泛的应用。这种结构的特点是：单个变换器的输入电压减少至

(

为输人电压，

为模块数目)，输出电流减少至

(

为输出电流)，由于电压应力的减少，容易选择功率器件能，满足高输入电压场合的需求；每个模块只承担

的功率，便于单个模块设计和系统热设计；利用交错控制技术能够减少输出电流纹波、减少输出滤波器件体积和提高动态性能；使用低电压等级的MOSFET，通态电阻非常小，可提高效率。

联分压的控制方案有主从控制、双环控制、三环控制等多种方式。这些控制方式优点是能精确控制输入均压，但也有诸多缺点：控制系统复杂，降低了电源整体可靠性；每个电源需要独立的辅助电源，会导致电源的体积、复杂性增大；在输入分压电容较小时，因每个分压电源单元的启动顺序不同步可能造成均压严重失衡。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例的目的在于提供一种单控制单元的输入反激串联输出并联电路。

本发明实施例是这样实现的，一种单控制单元的输入反激串联输出并联电路，所述电路包括：

一控制单元、一驱动单元以及至少两个串联的分压电源单元，所述控制单元连接到所述驱动单元，所述驱动单元连接到所述的至少两个个串联的分压电源单元。

进一步地，每个分压电源单元包括主开关管Qn、变压器TXn、分压电容Cn以及整流二极管Dn，所述主开关管Qn的栅极与驱动单元连接，Qn的源极与分压电容Cn的相连，Qn的漏极与变压器TXn的初级相连，所述变压器TXn的次级与整流二极管Dn的正极相连。

进一步地，所述分压电源单元还包括：与电容Cn并联的均压电阻Rn。

进一步地，所述分压电源单元还包括：均压保护二极管TVSn，所述均压电阻Rn、均压保护二极管TVSn与电容Cn之间两两互相并联。

在本发明的实施例中，单控制单元的输入反激串联输出并联电路具有自动均压的拓扑特性；动态、稳态均压效果良好；只需一个启动电路；控制简单，一个电源控制单元就可实现所有分压电源单元的控制。本发明提供的电路使高压输入低压输出电源在现有的低压MOSFET的条件下就能实现，电路的输入输出性能指标、电源的转换效率、温升性能指标等得到提高，电路简单可靠便捷，有较高的商业实用价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的单控制单元的输入反激串联输出并联电路的模块框图；

图2是本发明实施例提供的单控制单元的输入反激串联输出并联电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1、2，分别示出了本发明实施例提供的单控制单元的输入反激串联输出并联电路的模块框图及电路图，所述电路包括：一控制单元11、一驱动单元12以及至少两个串联的分压电源单元13，所述控制单元11连接到所述驱动单元12，所述驱动单元12连接到所述的至少两个个串联的分压电源单元13。

作为本发明的实施例，每个分压电源单元包括主开关管Qn、变压器TXn、分压电容Cn以及整流二极管Dn，所述主开关管Qn的栅极与驱动单元连接，Qn的源极与分压电容Cn的相连，Qn的漏极与变压器TXn的初级相连，所述变压器TXn的次级与整流二极管Dn的正极相连。

作为本发明的实施例，所述分压电源单元还包括：与电容Cn并联的均压电阻Rn。

作为本发明的实施例，所述分压电源单元还包括：均压保护二极管TVSn，所述均压电阻Rn、均压保护二极管TVSn与电容Cn之间两两互相并联。

因为反激电源的拓扑特性，其变压器又充当输出电感。输出并联则相当于输出电压被箝位完全一致，而原边开关管的驱动占空比又相同，这就导致分压电源单元中电压较高的模块需要输出较多的能量，自然会使其分压电容上的电压下降，而分压电容上电压较低的电源模块则输出较少能量，从而使其分压电容上的电压上升。该过程在每个开关周期内自动实现，从拓扑原理上实现了各个分压电源单元的动态均压。

该拓扑唯一的缺点是在电源无能量输出时，则其均压原理失效，对导致均压失控。电源在空载或短路状态时，此时电源输出能量极小，均压效果不好。针对这种情况，该发明提供了另外两种额外的保护措施：可以通过输入并联均压电阻和瞬态电压抑制器(TVS)实现额外的保护。因为空载时均压电路中的电流只需要大于分压电容的漏电流就可以保证良好的均压效果，所以均压电阻已经可以很好的补充电源空载时的均压效果。而在较宽输入电压范围时，因为要保证最高输入电压时空载损耗不能过大，所以均压电阻在最低输入电压不能发挥很好的均压效果。此时TVS可以实现第三级均压保护，即使各个电源单元分压不均造成TVS动作，则只需要极少的电能泄放即可，所以不会造成因高电能释放而导致的TVS损坏。

由上述可知，该电路有三级均压措施，保证了电源在各个状态下均能良好的实现均压效果。只需要较低等级的器件即可满足高压输入的要求，工程实现简单，具有较高的商业价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种单控制单元的输入反激串联输出并联电路，其特征在于，所述电路包括：一控制单元、一驱动单元以及至少两个串联的分压电源单元，所述控制单元连接到所述驱动单元，所述驱动单元连接到所述的至少两个个串联的分压电源单元。

2.根据权利要求1所述的单控制单元的输入反激串联输出并联电路，其特征在于，每个分压电源单元包括主开关管Qn、变压器TXn、分压电容Cn以及整流二极管Dn，所述主开关管Qn的栅极与驱动单元连接，Qn的源极与分压电容Cn的相连，Qn的漏极与变压器TXn的初级相连，所述变压器TXn的次级与整流二极管Dn的正极相连。

3.根据权利要求2所述的单控制单元的输入反激串联输出并联电路，其特征在于，所述分压电源单元还包括：与电容Cn并联的均压电阻Rn。

4.根据权利要求3所述的单控制单元的输入反激串联输出并联电路，其特征在于，所述分压电源单元还包括：均压保护二极管TVSn，所述均压电阻Rn、均压保护二极管TVSn与电容Cn之间两两互相并联。