CN103051198B - 一种交错并联反激驱动电源 - Google Patents

Abstract

一种交错并联反激驱动电源，设有两路并联的单级反激驱动电源以及输出电容Cout、采样电阻R、反馈环路和LED负载，将两路单级反激驱动电源并联起来，只需要在主变压器上面增加一组辅助绕组，不需要过多的外围电路和特殊的控制方法，就能够简单的实现交错并联控制，能够很大程度上和实现改善单级反激变换器的缺点，如开关管的电流应力大、开关电流纹波大、EMI干扰严重、输出功率低。本发明电路能够提高反激电源的应用范围，为以后反激电源的发展奠定坚实的基础。

Description

一种交错并联反激驱动电源

技术领域

本发明涉及开关电源，具体涉及一种交错并联反激驱动电源，适用于中低功率的LED驱动电源和一般的开关电源。

背景技术

开关电源是现代人们生活中必不可少的，无论是航天、民用、军用中都可以看到开关电源的使用，在当今的社会里人们将无法远离开关电源。随着开关电源技术的进一步发展，电源产品的体积、性能、可靠性和成本方面都不断提出了新的要求，越来越多国家和一些组织开始出台一系列的法规政策来规范开关电源市场，例如中低功率以上的开关电源产品必须具备功率因素校正的功能，同时要通过EMI测试和安规认证等。

众所周知，由于反激结构简单，能够实现输入和输出隔离，并且具有功率因素校正功能，所以反激拓扑结构的开关电源已经大范围应用在中低功率的电源系统中。虽然传统的单级反激变换器具有众多的优势，但是由于使用范围具有局限性，不能应用于大功率的电路系统中。随着功率的增加，单级反激驱动电源的开关应力变大、输出稳定性变差、EMI增加、电流纹波增加等一系列问题出现，使得人们不得不选择其他的更加复杂的结构。

发明内容

本发明是在分析现有技术单级反激驱动电源在实际使用中的不足基础上，如开关的电流应力大、系统EMI大、电流纹波大和电源使用寿命短等缺点，提出了一种交错并联反激驱动电源，不仅满足了一般驱动电源的要求，而且在性能得到了很大的优化，无论是驱动器的使用寿命，还是系统的稳定性上都得到了很大的提高，同时这种交错并联反激驱动控制方法还能够应用在其他的拓扑结构中。

本发明采用如下技术方案：一种交错并联反激驱动电源，其特征是：设有两路并联的单级反激驱动电源以及输出电容Cout、采样电阻R、反馈环路和LED负载，第一路单级反激驱动电源包括变压器T1、开关管S1、输出二极管D1和第一控制芯片，变压器T1初级绕组一侧增设有初级辅助绕组，次级绕组一侧增设有次级辅助绕组；第二路单级反激驱动电源包括变压器T2、开关管S2、输出二极管D2和第二控制芯片；交流电压经过EMI滤波后的输出分别连接变压器T1及T2的初级绕组一端，变压器T1初级绕组的另一端连接开关管S1的漏极，开关管S1的源极和衬底接地，开关管S1的栅极连接第一控制芯片的输出端，第一控制芯片的零电流检测输入端连接初级辅助绕组的一端，初级辅助绕组的另一端接地；变压器T1次级绕组的一端连接输出二极管D1的正极，输出二极管D1的负极与输出二极管D2的负极、输出电容Cout的一端以及LED负载的一端连接，变压器T1次级绕组的另一端与输出电容Cout的另一端、采样电阻R的一端以及输出地端连接，采样电阻R的另一端与LED负载的另一端以及反馈环路的输入端连接；变压器T2初级绕组的另一端连接开关管S2的漏极，开关管S2的源极和衬底接地，开关管S2的栅极连接第二控制芯片的输出端，第二控制芯片的零电流检测输入端连接次级辅助绕组的一端，次级辅助绕组的另一端接地，变压器T2次级绕组的一端连接输出二极管D1的正极，变压器T2次级绕组的另一端连接输出地端，反馈环路的输出端分别连接第一、第二控制芯片的反馈输入端；第一、第二控制芯片采用具有零电流检测和功率因素校正功能的控制芯片，包括L6561、L6562、FAN7527、SA7527，任选其一，反馈环路为公知电路。

与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：

（1）本发明可以使得开关管的电流应力变小，系统的工作频率增加了一倍，输入、输出开关电流纹波减少一半，系统的EMI减小了很多，稳定性也得到了很大的提高。

（2）本发明能够简单的实现两路单级反激驱动电源的并联，而不需要改变算法和改变系统的电路，并且能够对两路开关管进行交错控制，使得输出电流开关纹波明显减少。

（3）本发明可以使用一般的反激电源控制芯片就能够简单的实现交错并联控制，通用性很强，无需很多的外围电路。

（4）本发明通过两路并联能够提高输出功率等级，可以扩大反激驱动电源的使用范围，能够使得反激电源应用于更大的功率电源系统中。

（5）本发明与现有单级反激驱动电源相比，通过在第一路的变压器上面增加一路辅助绕组2，通过增加的辅助绕组2作为控制芯片2的零电流检测，这种新型的交错并联反激驱动电源，能够使用现在市面上通用的具有零电流检测和功率因素校正功能的控制芯片（如士兰微的SA7527、ST的L6561和L6562等）进行交错控制，不需要修改外围电路和控制电路，实施起来简单方便，通用性强。而不像现在很多通过修改控制方式和算法来控制两路开关管的导通和关断。

附图说明

图1是现有技术单级反激电源中的变压器与本发明改进后的变压器T1的比较图；

图2是本发明的电路结构图；

图3是本发明中反馈环路（现有技术）；

图4是本发明得到实测开关管S1、S2上的驱动波形和开关管S1、S2对应的漏源波形；

图5是本发明得到实测LED上的输出电流纹波和开关管S1、S2上驱动波形；

图6是本发明电路中变压器T1上的两个辅助绕组对应的电压波形。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

参看图1a)为现有单级反激电源中的变压器，图1b)是本发明设有两路并联的单级反激驱动电源中第一路单级反激驱动电源中的变压器T1,两者相比，增加了一路次级辅助绕组。图中，绕组端口的数字标号是变压器骨架引脚标号。

参看图2，本发明交错并联反激驱动电源，设有两路并联的单级反激驱动电源以及输出电容Cout、采样电阻R、反馈环路和LED负载，第一路（主支路）单级反激驱动电源包括变压器T1、开关管S1、输出二极管D1和第一控制芯片，变压器T1初级绕组一侧增设有初级辅助绕组，次级绕组一侧增设有次级辅助绕组；第二路（从支路）单级反激驱动电源包括变压器T2、开关管S2、输出二极管D2和第二控制芯片；两路中的开关管均与各自变压器的初级绕组串联，通过控制开关管的开通和关断，给变压器进行励磁，来控制能量的传递。两路中的输出二极管均与各自变压器的次级绕组串联。交流电压经过EMI滤波后的输出分别连接变压器T1及T2的初级绕组一端，变压器T1初级绕组的另一端连接开关管S1的漏极，开关管S1的源极和衬底接地，开关管S1的栅极连接第一控制芯片的输出端，第一控制芯片的零电流检测输入端连接初级辅助绕组的一端，初级辅助绕组的另一端接地；变压器T1次级绕组的一端连接输出二极管D1的正极，输出二极管D1的负极与输出二极管D2的负极、输出电容Cout的一端以及LED负载的一端连接，变压器T1次级绕组的另一端与输出电容Cout的另一端、采样电阻R的一端以及输出地端连接，采样电阻R的另一端与LED负载的另一端以及反馈环路的输入端连接；变压器T2初级绕组的另一端连接开关管S2的漏极，开关管S2的源极和衬底接地，开关管S2的栅极连接第二控制芯片的输出端，第二控制芯片的零电流检测输入端连接次级辅助绕组的一端，次级辅助绕组的另一端接地，变压器T2次级绕组的一端连接输出二极管D1的正极，变压器T2次级绕组的另一端连接输出地端，反馈环路的输出端分别连接第一、第二控制芯片的反馈输入端；第一、第二控制芯片采用具有零电流检测的芯片，包括比较常用的如ST公司的L6561、L6562，仙童公司的FAN7527，士兰微公司的SA7527等。

参看图3，为反馈环路的一种现有电路，由一个运放和电阻R1、R2和电容C2，以及电压基准Vref组成的误差放大器，采样电阻R采样到输出电流的大小和电压基准进行运算得到输出值，该值就是反馈环路输出。

本发明将两路单级反激驱动电源并联在一起，除去输入的EMI滤波环节，将一路反激驱动电源并联在另外一路反激驱动电源上面，这样就形成了一种新型的交错并联反激驱动电源。

在第一路变压器T1的基础上增加一组次级辅助绕组，其对应的同名端和初级绕组一致，通过增加的这组辅助绕组并接入控制芯片2（第二个控制芯片）的零电流检测的输入端，就能够简单的实现第二路控制芯片零电流检测；变压器T1上的初级辅助绕组，用来实现该交错并联反激驱动电源控制芯片1（第一控制芯片）上的零电流检测，通过变压器T1的两个辅助绕组来给两路控制芯片输入零电流检测信号。第二路变压器T2可以不接辅助绕组，只需要初绕组和次级绕组，通过T1接上的次级辅助绕组就能够实现第二路芯片的零电流检测。两路输出电压和电流通过电阻R采样，经过同一路反馈环路到不同的两个控制芯片。控制芯片1和2一方面检测由初、次级辅助绕组送过来的零电流信号，另一方面还要检测开关管上的电流信号和输出电压信号，经过控制芯片1和控制芯片2内部处理，输出两路驱动信号来对应控制开关管S1、S2开关管的交替开通和关断，使两路电路交错工作，实现输入电流跟随输出电压，得到高功率因素，最终稳定输出值。两路的反馈回路为同一个，通过电阻114采样输出电压和电流的值，经过1个误差放大器（如图3所示）进行处理，最后到两路的控制芯片，调节控制芯片的输出波形的频率，来控制变压器能量的传递，来稳定输出电压和电流。

实施例：交流电源101电压范围是85Vac～265Vac全电压范围，交流源101也可以直接市电输入。交流电输出后，经过整流桥102，通过整流桥102将正弦波整成半波信号，经过一个高频电容，最后达到交错并联电路的主拓扑100。交错并联电路的主拓扑100是由两个单级反激电源并联组成，每个单级反激电源包括变压器、开关管、具有零电流检测和功率因素校正功能的控制芯片（本实施例选择国内士兰微公司的SA7527为控制芯片）、输出二极管以及共用的输出电容Cout、采样电阻R和反馈环路112。

具体电路的工作原理如下：

（1）当系统接上交流电源101，经过整流桥102，通过整流桥整成半波信号，这时候具有零电流检测和功率因素校正功能的控制芯片105开始工作，输出PWM信号，用来控制开关管104（S1）导通和关断；当开关管S1导通时，此时给变压器T1开始励磁，根据附图1、2，由于这时候辅助绕组107的同名端和变压器的初级绕组的同名端相同，在这段时间内，辅助绕组107上的感应电压为正，控制芯片109没有检测到有效信号（零电流检测），这时候控制芯片109输出的驱动信号为低电平，开关管110（S2）这时候是关断的。

（2）经过一定时间以后，控制芯片105输出为低电平时，开关管S1关断，此时变压器T1开始传递能量给次级输出，二极管106导通，给输出LED管113和电容Cout提供能量，由于这时候初级绕组的极性变反，辅助绕组107上感应电压为正，控制芯片105输出为低电平，辅助绕组108上的感应电压从正变为负值，控制芯片109检测到有效信号（零电流检测），控制芯片109输出高电平。如附图5所示，辅助绕组107和辅助绕组108上的电压波形为相反的。由于控制芯片是零电流检测的，当辅助绕组108上的电压由正为负值时，这时候控制芯片109输出高电平，开关管110开始导通，变压器T2开始励磁。

（3）变压器T1上初级绕组上的能量全部传送到输出时，这时候辅助绕组107上电压由正电压降到负值时，这时候控制芯片105强制输出高电平，开关管104导通，此时给变压器T1开始励磁。当变压器T2励磁一段时间以后，控制芯片109输出低电平，开关管110关断，变压器T2上的能量传递给次级，此时二级管111导通，能量传递给LED管113和输出电容。

系统按照(1)～(3)循环进行工作，参照附图4，我们可以看到用于驱动开关管S1、S2上的驱动波形是循环产生的。

图4是本发明得到实测输出开关电流纹波和开关管上驱动波形，通过该图可以明显知道，输出的电流的开关纹波明显减小。

本发明的交错并联反激驱动电源设置的是两路单级反激驱动电源进行了并联，通过对比现有的技术，本发明可以减少单一分路的工作时间，提高变换器的可靠性和使用寿命。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或者使用本发明，本领域技术人员可在不脱离本发明思想的情况下，对上述实施例做出相应的修改或变化。

Claims (1)

1.一种交错并联反激驱动电源，其特征是：设有两路并联的单级反激驱动电源以及输出电容Cout、采样电阻R、反馈环路和LED负载，第一路单级反激驱动电源包括变压器T1、开关管S1、输出二极管D1和第一控制芯片，变压器T1初级绕组一侧增设有初级辅助绕组，次级绕组一侧增设有次级辅助绕组；第二路单级反激驱动电源包括变压器T2、开关管S2、输出二极管D2和第二控制芯片；交流电压经过EMI滤波后的输出分别连接变压器T1及T2的初级绕组一端，变压器T1初级绕组的另一端连接开关管S1的漏极，开关管S1的源极和衬底接地，开关管S1的栅极连接第一控制芯片的输出端，第一控制芯片的零电流检测输入端连接初级辅助绕组的一端，初级辅助绕组的另一端接地；变压器T1次级绕组的一端连接输出二极管D1的正极，输出二极管D1的负极与输出二极管D2的负极、输出电容Cout的一端以及LED负载的一端连接，变压器T1次级绕组的另一端与输出电容Cout的另一端、采样电阻R的一端以及输出地端连接，采样电阻R的另一端与LED负载的另一端以及反馈环路的输入端连接；变压器T2初级绕组的另一端连接开关管S2的漏极，开关管S2的源极和衬底接地，开关管S2的栅极连接第二控制芯片的输出端，第二控制芯片的零电流检测输入端连接次级辅助绕组的一端，次级辅助绕组的另一端接地，变压器T2次级绕组的一端连接输出二极管D2的正极，变压器T2次级绕组的另一端连接输出地端，反馈环路的输出端分别连接第一、第二控制芯片的反馈输入端；第一、第二控制芯片采用具有零电流检测和功率因素校正功能的控制芯片，包括L6561、L6562、FAN7527、SA7527，任选其一。