CN103715900A

CN103715900A - 反激式变换器电路

Info

Publication number: CN103715900A
Application number: CN201210380334.7A
Authority: CN
Inventors: 廖华; 李晶
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2014-04-09

Abstract

本发明涉及一种反激式变换器电路，包括：变压器，用于根据直流母线电压输出可用于负载的负载电压；开关电路，用于根据脉宽调制信号交替地导通和关断，以使得所述直流母线电压被断续地提供给所述变压器；信号生成器，用于当被提供工作电压时，根据所述负载的电压和所述开关电路的电流来生成所述脉宽调制信号；自举启动电路，用于在所述反激式变换器电路启动期间，向所述信号生成器提供所述工作电压；其中，所述开关电路包括多个可控开关器件和多个二极管，其中，所述多个可控开关器件根据所述脉宽调制信号同时交替地导通和关断，并且在所述多个可控开关器件处于关断状态时，所述多个可控开关器件的每一个的关断电压被所述多个二极管的其中一个箝位为不大于所述直流母线电压的电压。利用该反激式变换器电路，能够减少主开关器件在关断时所承受的关断电压。

Description

反激式变换器电路

技术领域

本发明涉及一种反激式变换器电路。

背景技术

反激式变换器电路，也称为单端反激式开关电路或单端反激式开关电压，是利用电力电子技术来控制可控开关器件导通占空比以输出稳定电压的电路，其具有小型、轻量和高效率的特点。由于反激式变换器电路结构简单，并且通过变压器易于实现多路电压输出，因此，反激式变换器电路在各类需要多路输出电压的场合被广泛应用。

图1示出了一种常规的反激式变换器电路。如图1所示，当该反激式变换器电路被连接到直流母线电源上时，直流母线电源通过启动电阻R3给电容C3充电，当电容C1的电压达到控制芯片UC3845的工作电压时，控制芯片UC3845开始生成脉宽调制（PMW）信号并输出给主开关器件Q1。主开关器件Q1根据来自控制芯片UC3845的脉宽调制信号交替地导通和关断，从而使得直流母线电压被断续地提供给与变压器的原边绕组N1。在变压器的原边绕组N1被断续地提供直流母线电压的情况下，变压器的副边绕组M1和M2分别输出用于驱动负载的负载电压，以及反馈供电绕组M3输出稳定的工作电压并被提供给控制芯片UC3845，以保证开关电路正常运行。图1所示的开关电路结构简单，实现容易，但存在以下缺点：主开关器件Q1在关断时要承受约两倍于直流母线电压的电压的关断电压；以及，启动电阻R1始终接在高压电路中，在反激式变换器电路正常工作时仍然消耗电能，损耗较大，降低了电路整体的工作效率。

中国专利申请CN101951136A提出了一种反激式变换器电路，包括输入滤波电容、防浪涌电阻、防浪涌开关、自举充电电阻、自举储能电容。如图2所示，输入滤波电容C1连接在高压电压的输入正端和防浪涌开关K1的公共端之间，防浪涌开关K1的常开触点连接到高压电压的输入负端，常闭触点连接到自举电路（即自举启动电路，包括自举充电电阻R2和自举储能电容C2）。电路启动时由电压通过电阻R1对滤滤电容C1充电，限制启动电流，同时电压通过电容C1、自举充电电阻R2给自举储能电容C2充电，当自举储能电容C2的电压达到控制电路的启动电压后控制电路开始工作。当控制电路检测到输入滤波电容C1的电压达到设定点时，控制开关K1动作，从常闭触点切换至常开触点，这样自举充电电阻R2脱离高压电路。该电路可以实现自举电路的自动退出，但是电路采用继电器控制，利用机械触点切换，可靠性较弱，而且电路元件较多，控制过程复杂。而且，该反激式变换器电路的主开关器件Q1在关断时要承受约两倍于高压电压的电压的关断电压。

发明内容

考虑到现有技术的以上问题，本发明实施例提出一种反激式变换器电路，其能够减少主开关器件在关断时所承受的关断电压。

按照本发明实施例的一种反激式变换器电路，包括：变压器，用于根据直流母线电压输出可用于负载的负载电压；开关电路，用于根据脉宽调制信号交替地导通和关断，以使得所述直流母线电压被断续地提供给所述变压器；信号生成器，用于当被提供工作电压时生成所述脉宽调制信号；自举启动电路，用于在所述反激式变换器电路启动期间，向所述信号生成器提供所述工作电压；其中，所述开关电路包括多个可控开关器件和多个二极管，其中，所述述多个可控开关器件根据所述脉宽调制信号同时交替地导通和关断，所述多个可控开关器件和所述变压器的原边绕组串联在所述直流母线电源的正极和负极之间，并且在所述多个可控开关器件处于关断状态时，所述多个二极管将所述多个可控开关器件的每一个的关断电压箝位为不大于所述直流母线电压的电压。

其中，所述开关电路包括第一可控开关器件、第二可控开关器件、第一二极管和第二二极管，其中，所述第二可控开关器件、所述变压器的原边绕组和所述第一可控开关器件依次串联在所述直流母线电源的正极和一个电阻的一端之间，所述电阻的另一端连接到所述直流母线电源的负极，所述第一二极管的阳极连接在所述变压器的原边绕组和所述第一可控开关器件之间，所述第一二极管的阴极连接到所述直流母线电源的正极，所述第二二极管的阳极连接到所述电阻的所述一端，所述第二二极管的阴极连接在所述变压器的原边绕组和所述第二可控开关器件之间，以及，所述第一和第二可控开关器件的受控端连接到所述信号生成器，以从所述信号生成器接收所述脉宽调制信号。

或者，所述开关电路包括第一可控开关器件、第二可控开关器件、第三可控开关器件、第四可控开关器件、第一二极管和第二二极管，其中，所述第四可控开关器件、所述第二可控开关器件、所述变压器的原边绕组、所述第三可控开关器件和所述第一可控开关器件依次串联在所述直流母线电源的正极和一个电阻的一端之间，所述电阻的另一端连接到所述直流母线电源的负极，所述第一二极管的阳极连接在所述变压器的原边绕组和所述第三可控开关器件之间，所述第一二极管的阴极连接到所述直流母线电源的正极，所述第二二极管的阳极连接到所述电阻的所述一端，所述第二二极管的阴极连接在所述变压器的原边绕组和所述第二可控开关器件之间，以及，所述第一、第二、第三和第四可控开关器件的受控端连接到所述信号生成器，以从所述信号生成器接收所述脉宽调制信号。

优选，所述信号生成器根据所述负载的电压和所述开关电路的电流生成所述脉宽调制信号。

优选，反激式变换器电路还包括辅助供电电路，其用于在所述反激式变换器电路启动之后，向所述信号生成器提供工作电压。其中，所述辅助供电电路包括辅助供电副边绕组和第三二极管，所述第三二极管和所述信号生成器连接。所述自举启动电路包括第一电阻、充电电阻、第一稳压管、用于自举启动的可控开关器件和充电电容，所述第一电阻的一端连接到所述直流母线电源的正极，所述第一电阻的另一端连接到所述用于自举启动的可控开关器件的受控端和所述第一稳压管的负极，所述第一稳压管的正极连接到所述直流母线电源的负极，所述充电电阻、所述用于自举启动的可控开关器件和所述充电电容依次串联在所述直流母线电源的正极和负极之间，所述充电电容与所述信号生成器并联。

从上面的描述可以看出，在本发明的实施例中，使用多个可控开关器件作为主开关器件来使得直流母线电压被断续地提供给变压器，并且该多个可控开关器件的每一个的关断电压被二极管箝位为不大于该直流母线电压的电压，从而与现有技术相比，减少了主可控开关器件在处于关断状态时所承受的关断电压，并且电路构成比较简单。

附图说明

本发明的其它特征、特点、优点和益处通过以下结合附图的详细描述将变得更加显而易见。其中：

图1示出了一种现有的反激式变换器电路的示意图；

图2示出了另一种现有的反激式变换器电路的示意图；

图3示出了按照本发明一个实施例的反激式变换器电路的模块示意图；

图4A示出了按照本发明一个实施例的反激式变换器电路的具体实现的示意图；

图4B示出了按照本发明另一实施例的反激式变换器电路的具体实现的示意图；

图4C示出了按照本发明又一实施例的反激式变换器电路的具体实现的示意图；以及

图4D示出了按照本发明再一实施例的反激式变换器电路的具体实现的示意图。

具体实施方式

按照本发明实施例的反激式变换器电路，使用多个可控开关器件作为主开关器件来使得直流母线电压被断续地提供给变压器，并且该多个可控开关器件的每一个的关断电压被二极管箝位为不大于该直流母线电压的电压，从而减少了主可控开关器件所承受的关断电压。

下面，将结合附图详细描述本发明的各个实施例。

现在参见图3，其示出了按照本发明一个实施例的反激式变换器电路的模块示意图。如图3所示，反激式变换器电路100可以包括变压器110、开关电路120、信号生成器130、自举启动电路140。优选还包括辅助供电电路150。

其中，变压器110用于将反激式变换器电路100所连接的直流母线电压M转换成可用于驱动负载FZ的负载电压。

开关电路120连接在直流母线电源和变压器110之间，用于根据所接收的脉宽调制信号交替地导通和关断，以使得直流母线电压M被断续地提供给变压器110。

信号生成器130，用于生成脉宽调制信号。信号生成器130可以根据负载FZ的电压和开关电路120的电流来生成脉宽调制信号并提供给开关电路120。

自举启动电路140用于在单端反激式变换器100启动期间，向信号生成器130提供工作电压P。

可选择设置的辅助供电电路150用于在单端反激式变换器100启动之后，向信号生成器130提供工作电压P。

开关电路120包括多个可控开关器件和多个二极管。可控开关器件可以是各种全控型开关器件，例如金属-氧化层-半导体-场效晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。多个可控开关器件根据被提供给开关电路120的脉宽调制信号同时交替地导通和关断，这些可控开关器件和变压器110的原边绕组串联在直流母线电源的正极和负极之间，并且在该多个可控开关器件处于关断状态时，该多个可控开关器件的每一个的关断电压被该多个二极管箝位不大于为直流母线电压M的电压。

现在参见图4A，其示出了按照本发明一个实施例的反激式变换器电路的具体实现的示意图。在图4A所示的反激式变换器电路100中，变压器110包括原边绕组N1和两个副边绕组M1、M2。原边绕组N1的两端连接到开关电路120。副边绕组M1输出第一负载电压，其经由二极管D4提供给作为负载的电解电容C2。副边绕组M2输出第二负载电压，其经由二极管D5提供给作为负载的电解电容C6。

开关电路120包括两个可控开关器件Q1、Q2和两个二极管D1、D2。其中，可控开关器件Q2、变压器110的原边绕组N1和可控开关器件Q1依次串联在直流母线电源的正极和电阻R6的一端s1之间，电阻R6的另一端s2连接到直流母线电源的负极。二极管D1的阳极连接在变压器110的原边绕组N1和可控开关器件Q1之间，二极管D1的阴极连接到直流母线电源的正极。二极管D2的阳极连接到电阻R6的一端，二极管D2的阴极连接在变压器110的原边绕组N1和可控开关器件Q2之间。可控开关器件Q1、Q2的受控端（例如，当可控开关器件是场效应管时，受控端是场效应管的栅极）经由电阻R6连接到信号生成器130，以从信号生成器130接收脉宽调制信号P。这里，可控开关器件Q1、Q2根据来自信号生成器130的脉宽调制信号P同时交替地导通和关断，并当可控开关器件Q1、Q2处于关断状态时，可控开关器件Q1的关断电压（即可控开关器件Q1中除了受控端之外的两端之间的电压）被二极管D1箝位为不大于直流母线电压Vin，可控开关器件Q2的关断电压被二极管D2箝位为不大于直流母线电压Vin。

自举启动电路140包括电阻R1、充电电阻R3、稳压管ZD1、用于充电的可控开关器件Q3和充电电容C3。其中，电阻R1的一端连接到直流母线电源的正极，电阻R1的另一端连接到稳压管ZD1的负极和可控开关器件Q3的受控端。稳压管ZD1的正极连接到直流母线电源的负极。充电电阻R3、可控开关器件Q3和充电电容C3依次串联在直流母线电源的正极和负极之间，并且充电电容C3与信号生成器130并联。在反激式变换器电路100启动期间，直流母线电压Vin被提供给反激式变换器电路100，从而有电流流过由电阻R1和稳压管ZD1形成的支路。由于稳压管ZD1的稳压作用，流过由电阻R1和稳压管ZD1形成的支路的电流很小并且在稳压管ZD1上形成偏置电压提供给可控开关器件Q3，从而使得可控开关器件Q3导通。在可控开关器件Q3导通之后，直流母线电源经由充电电阻R3向充电电容C3充电。当充电电容C3的电压被充电达到预定阈值时，充电电容C3的电压被提供给信号生成器130以向信号生成器130提供工作电压，从而信号生成器130开始工作生成PWM信号P并6输出给开关电路120。

信号生成器130包括脉宽调制控制芯片UC3845。控制芯片UC3845的管脚7（电压管脚）和管脚5（接地管脚）分别连接到自举启动电路140中的充电电容C3，以在反激式变换器电路100启动期间从自举启动电路140获取工作电压，此外，控制芯片UC3845的管脚7和管脚5还分别连接到辅助供电电路150的两端，以在反激式变换器电路100启动之后从辅助供电电路150获取工作电压。

控制芯片UC3845的管脚6（输出管脚）经由电阻R6连接到可控开关器件Q1和Q2的受控端，以向可控开关器件Q1和Q2提供脉宽调制信号P。控制芯片UC3845的管脚3（电流取样管脚）通过电阻Rs获取开关电路120的电流。控制芯片UC3845的管脚1（补偿管脚）经由电容C1、C4和电阻R2连接到控制芯片UC3845的管脚2（电压反馈管脚）。控制芯片UC3845的管脚4（RT/CT管脚）经由电阻R4连接到控制芯片UC3845的管脚8（电压反馈管脚）。控制芯片UC3845的管脚2经由电阻R5、R7、R9-R11、发光管FG、稳压管U3和电容C5连接到作为负载的电解电容C6，以获取作为负载的电解电容C6的电压。在被提供工作电压后，控制芯片UC3845根据管脚3通过电阻Rs所获取的开关电路120的电流和管脚2所获取的作为负载的电解电容C6的电压，生成脉宽调制信号并通过管脚6输出给开关电路120。

辅助供电电路150包括作为辅助供电副边绕组的副边绕组M3和二极管D3。副边绕组M3的一端分别连接到二极管D3的正极，副边绕组M3的另一端分别连接到直流母线电源的负极和信号生成器130中的脉宽调制控制芯片UC3845的管脚5，二极管D3的负极连接到信号生成器130中的PMW控制芯片UC3845的管脚7以及自举启动电路140中的开关器件Q3与充电电容C3之间。在反激式变换器电路100启动之后，副边绕组M3感应生成稳定电压FZ。副边绕组M3生成的稳定电压FZ经由二极管D3提供给信号生成器130中的PMW控制芯片UC3845的管脚7，以维持信号生成器130正常工作。此外，可通过设计副边绕组M3的线圈匝数使得其生成的稳定电压FZ比自举启动电路140中的稳压管ZD1的电压大，因此，自举启动电路140中的可控开关器件Q3关断，没有电流流过自举启动电路140中的充电电阻R3，从而使得充电电阻R3从高压电路中断开，不再消耗电能。这里，利用可控开关器件Q3的关断来使得在反激式变换器电路100启动之后充电电阻R3从高压电路中断开，显然，与现有技术中采用继电器利用机械触点切换的方式来使得在反激式变换器电路启动之后充电电阻从高压电路中断开相比，可靠性较高，使用电路元件较少且控制过程比较简单。

其它变型

本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，开关电路120包括两个可控开关器件Q1、Q2和两个二极管D1、D2，并且可控开关器件Q1、Q2在处于关断状态时分别被二极管D1、D2箝位为不大于直流母线电压Vin，然而，本发明并不局限于此。

在本发明的其它一些实施例中，例如如图4B所示，开关电路120也可以包括四个可控开关器件Q1、Q2、Q3、Q4和两个二极管D1、D2，其中，可控开关器件Q4、可控开关器件Q2、变压器110的原边绕组N1、可控开关器件Q3和可控开关器件Q1依次串联在直流母线电源的正极和电阻R6的一端s1之间，电阻R6的另一端s2连接到直流母线电源的负极。二极管D1的阳极连接在变压器110的原边绕组N1和可控开关器件Q3之间，二极管D1的阴极连接到直流母线电源的正极。二极管D2的阳极连接到电阻R6的一端s1，二极管D2的阴极连接在变压器110的原边绕组N1和可控开关器件Q2之间。可控开关器件Q1、Q2、Q3、Q的受控端经由电阻R6连接到信号生成器130，以从信号生成器130接收PWM信号。这里，可控开关器件Q1、Q2、Q3、Q4根据来自信号生成器130的PWM信号同时交替地导通和关断，并当可控开关器件Q1、Q2、Q3、Q4处于关断状态时，可控开关器件Q1的关断电压和可控开关器件Q3的关断电压分别被二极管D1箝位为不大于直流母线电压Vin的一半，可控开关器件Q2的关断电压和可控开关器件Q4的关断电压分别被二极管D2箝位为不大于直流母线电压Vin的一半。

本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，控制芯片UC3845的管脚2经由电阻R5、R7、R9-R11、发光管FG、稳压管U3和电容C5获取作为负载的电解电容C6的电压，然而，本发明并不局限于此。

在本发明的其它一些实施例中，控制芯片UC3845的管脚2也可以通过其它方式来获取负载的电压。例如，如图4C所示，控制芯片UC3845的管脚2经由电阻R5、R7、R9、R10-R12、发光管FG、稳压管ZD2、运算放大器YS和电容C5获取负载的电压。或者，如图4D所示，控制芯片UC3845的管脚2经由电阻R5、R9和R10获取负载的电压。

本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，信号生成器130使用脉宽调制控制芯片UC3845来生成脉宽调制信号，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，信号生成器130也可以使用其它任何能生成脉宽调制信号的控制芯片来生成PWM信号，例如UC3842、UC3843、UC3844等。

本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，自举启动电路140是在反激式变换器电路100启动之后其充电电阻R3从高压电路中断开的自举启动电路，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，自举启动电路140也可以是在反激式变换器电路100启动之后其充电电阻R3从高压电路中断开或不断开的任何自举启动电路。

本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，变压器110包括两个用于输出负载电压的副边绕组M1、M2，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，根据负载的具体数目，变压器110也可以包括一个或多于两个副边绕组来输出负载电压。

本领域技术人员应当理解，上面所公开的本发明的各个实施例可以在不偏离发明本质的情况下做出各种变型和改变，这些变型和改变都应当落入在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书来限定。

Claims

1.一种反激式变换器电路，包括：

变压器，用于根据直流母线电压输出可用于负载的负载电压；

开关电路，用于根据脉宽调制信号交替地导通和关断，以使得所述直流母线电压被断续地提供给所述变压器；

信号生成器，用于生成所述脉宽调制信号；

自举启动电路，用于在所述反激式变换器电路启动期间，向所述信号生成器提供所述工作电压；以及

其中所述开关电路包括多个可控开关器件和多个二极管，

其中，所述多个可控开关器件根据所述脉宽调制信号同时交替地导通和关断，所述多个可控开关器件和所述变压器的原边绕组串联在提供所述直流母线电压的直流母线电源的正极和负极之间，并且在所述多个可控开关器件处于关断状态时，所述多个二极管将每一个可控开关器件的关断电压箝位为不大于所述直流母线电压的电压。

2.如权利要求1所述的反激式变换器电路，其中，

所述开关电路包括第一可控开关器件、第二可控开关器件、第一二极管和第二二极管，

其中，所述第一可控开关器件、所述变压器的原边绕组和所述第二可控开关器件依次串联在所述直流母线电源的正极和一个电阻的一端之间，所述电阻的另一端连接到所述直流母线电源的负极，

所述第一二极管的阳极连接在所述变压器的原边绕组和所述第一可控开关器件之间，所述第一二极管的阴极连接到所述直流母线电源的正极，

所述第二二极管的阳极连接到所述电阻的所述一端，所述第二二极管的阴极连接在所述变压器的原边绕组和所述第二可控开关器件之间，以及

所述第一和第二可控开关器件的受控端连接到所述信号生成器上，以从所述信号生成器接收所述脉宽调制信号。

3.如权利要求1所述的反激式变换器电路，其中，

所述开关电路包括第一可控开关器件、第二可控开关器件、第三可控开关器件、第四可控开关器件、第一二极管和第二二极管，

其中，所述第四可控开关器件、所述第二可控开关器件、所述变压器的原边绕组、所述第三可控开关器件和所述第一可控开关器件依次串联在所述直流母线电源的正极和一个电阻的一端之间，所述电阻的另一端连接到所述直流母线电源的负极，

所述第一二极管的阳极连接在所述变压器的原边绕组和所述第三可控开关器件之间，所述第一二极管的阴极连接到所述直流母线电源的正极，

所述第一、第二、第三和第四可控开关器件的受控端连接到所述信号生成器上，以从所述信号生成器接收所述脉宽调制信号。

4.如权利要求1-3中任一项所述的反激式变换器电路，其中该反激式变换器电路还包括辅助供电电路，其用于在所述反激式变换器电路启动之后，向所述信号生成器提供工作电压。

5.如权利要求4所述的反激式变换器电路，其中，

所述辅助供电电路包括辅助供电副边绕组和第三二极管，所述第三二极管和所述信号生成器连接。

6.如权利要求1所述的反激式变换器电路，其中所述信号生成器根据所述负载的电压和所述开关电路的电流生成所述脉宽调制信号。

7.如权利要求1所述的反激式变换器电路，其中，所述自举启动电路包括第一电阻、充电电阻、第一稳压管、用于自举启动的可控开关器件和充电电容，所述第一电阻的一端连接到所述直流母线电源的正极，所述第一电阻的另一端连接到所述用于自举启动的可控开关器件的受控端和所述第一稳压管的负极，所述第一稳压管的正极连接到所述直流母线电源的负极，所述充电电阻、所述用于自举启动的可控开关器件和所述充电电容依次串联在所述直流母线电源的正极和负极之间，以及所述充电电容与所述信号生成器并联。