CN102820782A

CN102820782A - 带有功率开关元件保护电路的直流升压变换器

Info

Publication number: CN102820782A
Application number: CN201210347392XA
Authority: CN
Inventors: 张艳利; 王鑫; 曹建刚; 蒋彦明; 付小强; 刘君侠; 李运涛; 刘鹏辉; 张敏华
Original assignee: CNGC INSTITUTE NO 202 OF CHINA ARMS INDUSTRY GROUP Corp
Current assignee: CNGC INSTITUTE NO 202 OF CHINA ARMS INDUSTRY GROUP Corp
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2012-12-12

Abstract

一种带有功率开关元件保护电路的直流升压变换器。它具有一个BOOST电路，在该BOOST电路中设有一个功率开关元件保护电路，该功率开关元件保护电路由一个与功率开关元件并联的储能支路和储存能量的主泄放支路及辅泄放支路构成。本发明将功率开关元件关断时产生的电路磁场能量存储在储能支路中的储能电容上，在功率开关元件关断后储能电容上部分电能通过辅助泄放回路中的泄放电阻泄放，在功率开关元件再次导通时，储能电容上剩余的大部分电能通过没有电阻损耗的主泄放回路泄放，使泄放功耗大幅下降，减小了电路的发热量，同时功率开关元件两端的过电压幅值也大幅减小，提高了功率开关元件工作的可靠性。

Description

带有功率开关元件保护电路的直流升压变换器

技术领域

本发明涉及一种直流开关电源，尤其涉及一种带有功率开关元件保护电路的直流升压变换器。

背景技术

自行高炮初级电站的功能是实现机-电能量转换，即将发动机的机械能转换成电能，并将产生的电能进行变换后向自行高炮的仪器设备提供初级电源。目前初级电站根据仪器设备对电源的需求，输出的直流电源既有高压电源又有低压电源，其中低压直流电源由发电机输出的400Hz 63V交流电变换形成，而高压直流电源由发电机输出的400Hz 220V变换形成。其中升压变换的技术方案是：将发电机输出的400Hz 220V交流电整流为直流电后，再用H桥电路逆变为高频交流电，用高频变压器调整电压，最后整流滤波形成所需的直流电。如图1所示，H桥电路中功率开关元件（IGBT或MOSFET）的保护电路常采用RC阻容吸收电路（图中虚线框内的电路），该吸收电路有两方面不足：一是储存在电容C上的电能通过电阻R泄放，电阻R的发热量大，功率损耗大，增加了电源的散热负担；二是该电路虽有一定的吸收能力，但功率开关元件两端的过电压还是较高，造成功率开关元件工作时的可靠性较低，为了保证可靠性，需要提高功率开关元件的耐压值，使其费效比较低，尤其当电源电压越高时，选择合适的开关管越困难。另外，在现有技术中，直流逆变还常采用一种BOOST电路，其电路结构如图2所示，但该BOOST电路不具有功率开关元件的保护电路，也存在上述第二方面的不足。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术中缺点，为自行高炮初级电站提供一种带有功率开关元件保护电路的直流升压变换器，它能够较好吸收功率开关元件的能量，降低功率开关元件两端的电压，提高其可靠性，同时还可降低其功耗，使电路发热大幅减小。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

它包括一个BOOST电路，该BOOST电路具有一个由直流输入电源、储能电感，第一续流二极管和滤波电容串联构成的主回路和一个接在该主回路中的功率开关元件，该功率开关元件的正开关端接在储能电感和第一续流二极管的串联点上，其负开关端接在直流输入电源的负端上，其改进之处是：它还包括一个所述功率开关元件的保护电路，该保护电路由一个能量储能支路和储能能量的主泄放支路及辅泄放支路构成；所述的能量储能支路接在所述功率开关元件的正开关端到直流输入电源的负端上，并且该能量储能支路由第一单向二极管和一个储能电容串联构成；所述的主泄放支路和辅泄放支路均接在储能电容的能量进入及泄放端到第一续流二极管与滤波电容的串联点上，并且所述的辅泄放支路由泄放电阻和第二单向二极管串联构成，所述的主泄放支路由续流电感和第二续流二极管串联构成；所述的储能电感和续流电感绕在同一铁芯上。

本发明将功率开关元件关断时产生的电路磁场能量存储在储能电容上，在功率开关元件关断后部分储能电压的能量通过辅助泄放回路进行泄放，在功率开关元件再次导通时，由于在主泄放回路中引进了续流电感，并且该续流电感在主泄放回路中形成了有源电动势，故储能电容上剩余的大部分能量通过主泄放回路被强制泄放掉，又由于只在辅泄放回路中设有泄放电阻，而在主泄放回路中没有泄放电阻，因此，在泄放电阻上的损耗比已有阻容吸收电路的损耗大幅下降，不仅使电路的发热量大幅下降，减小了系统散热负担，提高了电源变换的效率，同时功率开关元件两端的过电压幅值也大幅减小，大大提高了功率开关元件工作的可靠性。

附图说明

图1是已有H桥电路原理图。

图2是已有BOOST电路原理图。

图3是本发明的电路原理图。

具体实施方式

参见图3，本发明包括一个BOOST电路，该BOOST电路具有一个由直流输入电源（E1）、储能电感（L1），第一续流二极管（D1）和滤波电容（C1）串联构成的主回路和一个接在该主回路中的功率开关元件（T1），该功率开关元件（T1）的正开关端接在储能电感（L1）和第一续流二极管（D1）的串联点（A）上，其负开关端接在直流输入电源（E1）的负端上，它还包括一个所述功率开关元件的保护电路，该保护电路由一个能量储能支路和储能能量的主泄放支路及辅泄放支路构成；所述的能量储能支路接在所述功率开关元件的正开关端到直流输入电源的负端上，并且该储能支路由第一单向二极管（V1）和一个储能电容（C2）串联构成；所述的主泄放支路和辅泄放支路均接在储能电容（C2）的能量进入及泄放端（B）到第一续流二极管（D1）与滤波电容（C1）的串联点（H）上，并且所述的辅泄放支路由泄放电阻（R1）和第二单向二极管（V2）串联构成，所述的主泄放支路由续流电感（L2）和第二续流二极管（D2）串联构成；所述的储能电感（L1）和续流电感（L2）绕在同一铁芯上。

本发明工作过程如下：当功率开关元件（T1）由导通转换为关断时，储能电感（L1）和线路中分布电感上的能量将通过单向二极管（V1）进入储能电容（C2）中，从而在储能电容（C2）上形成高电压，该高电压高于滤波电容（C1）上的电压，当功率开关元件（T1）关断后，储能电容（C2）上存储的电能通过泄放电阻（R1）和单向二极管（V2）向滤波电容（C1）泄放，即将储能电容（C2）高于滤波电容（C1）的过电压部分予以泄放；当功率开关元件（T1）再次导通时，由于储能电感（L1）与续流电感（L2）绕在同一铁芯上，从而在续流电感（L2）中产生感生电动势，并且其*端为正，该感生电动势将在由续流电感（L2）、第二续流二极管（D2）、滤波电容（C1）和储能电容（C2）形成的主泄放回路中引起电流，也就是继续泄放储能电容C2上剩余的电能，泄放完成后的储能电容（C2）为功率开关元件（T1）下一周期的关断储能做好准备。

按照上述电路结构，本例的泄放电阻（R1）选用1kΩ/50W的无感功率电阻，续流电感（L2）电感量大于储能电感（L1），第二续流二级管（D2）选用快恢复二极管DSEI2×101-12A，储能电容（C2）选用0.66uf的无极性的无感电容，其它元件参数按照常规选取。经实际运行测试，在泄放电阻上产生的平均电流在0A～0.15A间变化，其损耗的功率不超过25W，其热损耗大幅减小，比已有吸收电路的功耗减少了50W，大幅降低了电路的发热；同时，经能量吸收后功率开关元件两端的过电压峰值只有500V左右，比已有吸收电路的电压峰值减小了400多伏，从而大大提高了本直流升压变换器的可靠性。

Claims

1.一种带有功率开关元件保护电路的直流升压变换器，它包括一个BOOST电路，该BOOST电路具有一个由直流输入电源（E1）、储能电感（L1），第一续流二极管（D1）和滤波电容（C1）串联构成的主回路和一个接在该主回路中的功率开关元件（T1），该功率开关元件（T1）的正开关端接在储能电感（L1）和第一续流二极管（D1）的串联点（A）上，其负开关端接在直流输入电源（E1）的负端上，其特征是：

它还包括一个所述功率开关元件的保护电路，该保护电路由一个能量储能支路和储能能量的主泄放支路及辅泄放支路构成；

所述的能量储能支路接在所述功率开关元件的正开关端到直流输入电源的负端上，并且该能量储能支路由第一单向二极管（V1）和一个储能电容（C2）串联构成；

所述的主泄放支路和辅泄放支路均接在储能电容（C2）的能量进入及泄放端（B）到第一续流二极管（D1）与滤波电容（C1）的串联点（H）上，并且所述的辅泄放支路由泄放电阻（R1）和第二单向二极管（V2）串联构成，所述的主泄放支路由续流电感（L2）和第二续流二极管（D2）串联构成；

所述的储能电感（L1）和续流电感（L2）绕在同一铁芯上。