CN103795279A - 一种时差控制电源变换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时差控制电源变换电路，其特征包括电源输入、变换输出节点、时差控制集成电路芯片（1）、开关管驱动电路（2）、电源变换时差对工作电路（3）、基于开关管的特性采取时差控制技术方法结合相应的硬件电路使电源变换工作过程中的动态浪涌电流得到直接有效的控制，开关管的动态工作损耗接近直通工作固有损耗、成倍的提高产品的功率密度、更有益于节能、提高产品可靠性、减小产品体积、进一步降低成本。

Description

一种时差控制电源变换电路

技术领域

本发明涉及一种电源变换电路，特别涉及一种时差控制电源变换电路。

背景技术

在电能变换产品研发设计过程中，都是在围绕解决两个主要问题而设计，一是开关管的工作度温度（损耗和散热），二是开关管开关过程中产生的的尖峰电压，尖峰电压的产生通常主要是由开关管开通和关断期间的动态浪涌电流产生的，而这两个问题正好是一对矛盾，在正常条件下，降低开关管的温度尖峰电压将增大，升高开关管的温度尖峰电压将减小，进一步的研究实践总结能深入的了解到，一系列的问题实际上都是工作动态浪涌电流带来的。

电路工作期间的浪涌电流是否设计处理得当直接影响到产品的工作可靠性、电能的损耗、产品体积的大小、成本的高低。

目前产品的散热结构成本常常大于开关管成本的倍数，产品体积大、散热结构占用了很大的空间导致产品功率密度低、相对产品成本高，还有加上散热风扇噪声大,同时电能损耗大,EMI测试通过麻烦，相对可靠性低。

因此研究理解开关管IGBT、MOSFET的开关特性尤为重要，充分发挥利用开关管的开关特性，进一步研究电能变换控制技术，使产品工作期间的的浪涌电流和开关管的温升同时得到控制，从而降低产品电能损耗和尖峰电压、优化产品电路结构提高产品功率密度从而减小产品体积、进一步降低成本提高产品品质。

发明内容

本发明涉及一种可解决上述技术问题的时差控制电源变换电路，所述的时差控制是指电能变换电路回路中至少要有二个独立控制回路的开关管并联组成时差对工作，开关管的开通和关断控制是由时差控制集成芯片的时差对输出口，通过开关管驱动电路实现时差控制的。

在开关管的开通控制期间：时差对中的控制输出信号设计成其中一个超前开通开关管，另一个滞后开通开关管，开通控制期间，其中一个超前与另一个滞后之间的时差值要求大于30ns，（纳秒）确切的时差设定值由电源变换功率，电路的设计结构，所选开关管等器件特性相关参数而设定；

在开关管的关断控制期间：时差对中的关断控制信号对所有的开关管关断控制设计上是要求同时工作的没有时差，但实际中很难能做到所有开关管百分之百的一致关断，因此关断期间的最大时差（包括器件误差）时差值应小于20ns（纳秒）。

本发明所述的时差控制集成芯片可由现场可编程门阵列CPLD、FPGA或设计制造专业的集成电路实现，时差控制集成芯片的控制输出至少要有二个输出口，一个时差控制输出口和一个编程控制输出口组成，时差控制输出口至少要有一组时差对，一组时差对至少要有二个输出控制端、编程控制输出口至少要有一个或一个以上输出控制端。

时差控制集成芯片的时差控制输出口，LG1、LG2是一组时差对的二个输出端、NG1、NG2是另一组时差对的二个输出端，二组时差对的控制信号输出端分别经开关管驱动电路连接到时差对开关管Q1、Q2和时差对开关管Q3、Q4对应的控制极G1、G2和G3、G4端，时差对中的时差控制信号输出设计成使其中一个开关管超前开通，另一个开关管滞后开通形成时差控制，时差对中超前与滞后间的时差值要求大于30ns（纳秒），时差对中有多个开关管并联时差控制芯片就要有相应的多个控制输出端，多个控制输出信号端的时差，其中至少有一个时差值大于30ns（纳秒）、而时差对中所有开关管的关断控制信号设计上要求是同时工作的没有时差，但实际中很难能做到所有控制输出百分之百的一致关断，因此关断期间的最大时差（包括器件误差）时差值应小于20ns（纳秒）；编程控制输出口有一个或一个以上控制输出端，用于电路工作期间储能放电程控开关控制，LG2、NG3经开关管驱动电路连接到开关管Q5、Q6对应的控制极G5、G6端，编程控制输出口用于电路工作时的电能吸收、放电、同步续流等程控开关电路。

本发明中所述的时差控制输出口的时差对控制输出的二种输出工作状态（开通和关断）的描述是基于开关管的开通和开关管的关断目的状态而描述的，开关管工作在二种状态中，一种是开通状态，另一种是关断状态，常规的控制输出信号是高电平为开通控制，低电平是关断控制，除非开关管驱动电路是反向的，开关管如IGBT 、MOSFET的最终是高电平开通，低电平关断。

本发明所述的开关管可由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)绝缘栅双极型晶体管、MOSFET（MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor）场效应管或其它可控制开关器件组成。

本发明时差控制电源变换电路所述的时差对中的独立控制回路开关管并联是指开关管的控制栅极回路是独立控制的，而开关管的集电极与集电极是并联连接的，发射极与发射极是并联连接的，时差对中开关管的所有控制栅极都是独立的控制回路。

本发明时差控制电源变换电路所述的时差对中的开关管至少是二个开关管并联组成，单向电源变换时只要一组时差对电路，双向电源变换时要有二组时差对电路，时差对与时差对的连接可以是发射极连接的接点对发射极连接的接点相连接（开关管Q1、Q2的集电极相连接，Q1、Q2的发射极连接到开关管Q3、Q4的发射极，开关管Q3、Q4的集电极相连接）；也可以集电极连接的接点对集电极连接的接点相连接（开关管Q1、Q2的发射极相连接，Q1、Q2的集电极连接到开关管Q3、Q4的集电极，开关管Q3、Q4的发射极相连接）；电路中开关管Q5、Q6的连接也可以作相反方向的串联连接，发射极与发射极连接或集电极与集电极连接，这些不同连接的开关管只要改变集成芯片的程控控制输出，最终的工作原理和所实现的功能效果与图4-1、或图5-1的工作原理图所实现的功能效果是一致的，只是电路系统的控制电源部分的路数增加（能耗、成本增加），电路结构复杂。

优秀的高品质产品总是希望电路结构简洁，极低的工作损耗、低廉的成本，合理的优化设计是开关管IGBT发射极（或MOSFET源极）是公共的就可以共用一个控制电源回路从而简化电路结构和降低成本。

本发明所述的开关管IGBT和MOSFET管内部本身并有二极管，这对产品设计带来方便，但常常也给一些要求更高的产品设计带来了困惑，在选择开关管器件是IGBT、MOSFET开关功能参数合适但管内并联的二极管参不适合，所以采取管外再并联二极管的办法，能增加开关管的选择范围同时还能更加降低成本、降低电能损耗，因此所述的电源变换时差对工作电路中的开关管管外可以再增加并联二极管D1和D2,二极管的正极连接到IGBT管的发射极，负极连接到集电极。

本发明时差控制电源变换电路中所述的电容、电阻是可以串并联应用的。

本发明时差控制电源变换电路所述的开关管驱动电路（2）可由光电耦合驱动器结合电阻、二极管等电子元器件组成开关管的控制驱动电路。

 

本发明的技术方案：

一种时差控制电源变换电路，其特征在于：包括电源输入、变换输出节点、时差控制集成电路芯片（1）、开关管驱动电路（2）、电源变换时差对工作电路（3）, 其中时差控制集成芯片（1）包括二个控制输出口、一个时差控制输出口和一个编程控制输出口，时差控制输出口包括用于输出时差对的至少要有一组控制输出端，每一组控制输出端包括两个控制输出端，LG1、LG2是用于输出一组时差对的二个控制输出端、NG1、NG2是用于输出另一组时差对的两个控制输出端，时差对的控制输出端经开关管驱动电路（2）分别连接到电源变换时差对工作电路（3）中的开关管Q1、Q2和Q3、Q4对应的控制极G1、G2和G3、G4端；

时差对中开关管在开通控制期间，时差对中的时差控制信号输出使其中一个开关管超前开通，另一个开关管滞后开通形成时差控制，时差对中超前与滞后之间的时差值大于30ns；

时差对中所有开关管的关断控制是要求同时工作的没有时差，但关断时的最大时差包括器件误差小于20ns；

编程控制输出口至少有一个控制输出端，用于电路工作期间储能放电程控开关控制，LG3和NG3是它的二个控制输出端，控制输出端经开关管驱动电路（2）分别连接到开关管Q5和Q6的控制极G5和G6端； 

开关管驱动电路（2）是各开关管的控制驱动电路，可由光电耦合驱动器电路组成开关管开关控制的驱动工作电路，时差控制集成电路芯片（1）的时差控制输出口和编程控制输出口的每一个控制输出端都有一路相对独立的开关管驱动电路连接到开关管的控制极驱动控制，光电耦合驱动器的A端经限流电阻连接到时差控制集成电路芯片（1）的对应输出端，光电耦合驱动器的G端结合限流电阻、二极管器件连接到对应的开关管控制极；

电源变换时差对工作电路（3）由开关管Q1、Q2，Q3、Q4和Q5、Q6，电容C1、C2，C3、C4和C5，电感L1，电阻R1和R2组成，Li和Ni是电源输入节点，Lo和No是电源变换输出节点，G1、G2，G3、G4和G5、G6是开关管的控制极， 电容C5的一端连接到输入节点Li，电容C5的另一端连接到输入节点Ni；

开关管Q1、Q2的集电极连接到输入节点Li，开关管Q1、Q2和开关管Q5的发射极连接到输出节点Lo，开关管Q3、Q4和开关管Q6的发射极连接到输出节点No，开关管Q3、Q4的集电极连接到输入节点Ni，开关管Q5的集电极连接到电感L1的一端L1的另一端连接到开关管Q6的集电极，电容C1的一端连接到开关管Q5的发射极C1的另一端连接到开关管Q5的集电极，电容C3的一端连接到开关管Q6的发射极C3的另一端连接到开关管Q6的集电极，电容C2的一端连接到开关管Q6的集电极C2的另一端可通过电阻R1连接到输入节点Li,电容C4的一端连接到开关管Q5集电极C4的另一端可通过电阻R2连接到输入节点Ni或者开关管Q1、Q2的集电极连接到输入节点Li，开关管Q1、Q2的发射极连接到开关管Q3、Q4的发射极，开关管Q3、Q4的集电极和开关管Q5的集电极连接到输出节点Lo，开关管Q5的发射极连接到开关管Q6的发射极，开关管Q6的集电极连接到电感L1的一端L1的另一端连接到输出节点No ，电容C1的一端连接到开关管Q5的集电极和输出节点Lo，电容C1的另一端连接到电感L1的一端和开关管Q6的集电极，电容C2的一端连接到输出节点Lo，电容C2的另一端可通过电阻R1连接到输出节点No。

所述的时差控制集成芯片（1）由现场可编程门阵列电路CPLD、FPGA或者制造专业的集成电路实现，它有二个控制输出口，一个时差控制输出口和一个编程控制输出口，包括用于输出时差对的时差控制输出口至少要有一组时差对，每组时差对至少要有二个控制输出端，LG1、LG2是用于输出一组时差对的二个控制输出端、NG1、NG2是用于输出另一组时差对的两个控制输出端，时差对中控制输出有二种输出工作状态，一种是开通状态、另一种是关断状态，在开通状态期间时差对中时差控制输出，其中一个超前开通，另一个滞后开通，控制输出端LG1超前于LG2或者LG1滞后于LG2，时差对中超前与滞后之间的时差值大于30ns，在关断状态期间，时差对中所关断控制输出要求是同时工作的没有时差，但关断时的最大时差包括器件误差小于20ns；

编程控制输出口，它的控制输出端用于电路工作期间储能放电程控开关控制，由一个以上控制输出端组成，LG3和NG3是编程控制输出口的二个输出端。

所述的电源变换时差对工作电路（3）由开关管Q1、Q2，Q3、Q4和Q5、Q6，电容C1、C2，C3、C4和C5，电感L1，电阻R1和R2组成，Li和Ni是电源输入节点，Lo和No是电源变换输出节点，G1、G2，G3、G4和G5、G6是开关管的控制极， 其中电容C5的一端连接到输入节点Li，电容C5的另一端连接到输入节点Ni，开关管Q1、Q2的集电极连接到输入节点Li，开关管Q1、Q2和开关管Q5的发射极连接到输出节点Lo，开关管Q3、Q4和开关管Q6的发射极连接到输出节点No，开关管Q3、Q4的集电极连接到输入节点Ni，开关管Q5的集电极连接到电感L1的一端L1的另一端连接到开关管Q6的集电极，电容C1的一端连接到开关管Q5的发射极C1的另一端连接到开关管Q5的集电极，电容C3的一端连接到开关管Q6的发射极C3的另一端连接到开关管Q6的集电极，电容C2的一端连接到开关管Q6的集电极C2的另一端可通过电阻R1连接到输入节点Li,电容C4的一端连接到开关管Q5集电极C4的另一端可通过电阻R2连接到输入节点Ni。

所述的电源变换时差对工作电路（3）由开关管Q1、Q2，Q3、Q4和Q5、Q6，电容C2，C1、C3和C5，电感L1，电阻R1和R2组成，Li和Ni是电源输入节点，Lo和No是电源变换输出节点，G1、G2，G3、G4和G5、G6是开关管的控制极，其中 电容C5的一端连接到输入节点Li，C5的另一端连接到输入节点Ni，开关管Q1、Q2的集电极连接到输入节点Li，开关管Q1、Q2的发射极连接到开关管Q3、Q4的发射极，开关管Q3、Q4的集电极连接到输出节点Lo；

开关管Q5的集电极连接开关管Q3、Q4的集电极和输出节点Lo开关管Q5的发射极连接到开关管Q6的发射极，开关管Q6的集电极连接到电感L1的一端L1的另一端连接到输出节点No或者电感L1的一端连接开关管Q3、Q4的集电极和输出节点Lo，电感L1的另一端连接到开关管Q5的集电极，开关管Q5的发射极连接到开关管Q6的发射极，开关管Q6的集电极连接到No；

电容C1的一端连接到开关管Q5的集电极，电容C1的另一端连接到开关管Q6的集电极或者电容C1的一端连接到开关管Q5的集电极，电容C1的另一端连接到开关管Q5的发射极，电容C3的一端连接到开关管Q6的集电极，电容C3的另一端连接到开关管Q6的发射极。

所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是设计成交流双边电源变换时差控制的调压、稳压工作电路，Lin、Nin是电源输入，Lout、Nout是工作输出连接负载，电感L6、L2和电容C8、C9组成输入滤波电路，电感L3、L5、L4、和电容C6、C7组成输出滤波电路，输入滤波电路分别连接到电源变换时差对工作电路（3）的输入节点Li和 Ni，电源变换时差对工作电路（3）的输出节点Lo连接到电感L3的一端L3的另一端连接到电感L5的一端和电容C6的一端，电感L5的另一端连接到电容C7的一端和调压输出Lout端，电源变换时差对工作电路（3）的输出节点No连接到电感L4的一端，L4的另一端连接到电容C6、C7的另一端和调压输出Nout端，输出滤波的储能电流经负载由电源变换时差对工作电路（3）中开关管Q5、Q6和它其中并联的二极管程控开关放电，时差控制集成芯片（1）的时差控制输出口和编程控制输出口的各控制输出端分别经光电耦合驱动器电路连接到电源变换时差对工作电路（3）中各开关管对应的控制极工作。

所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是设计成交流单边电源变换时差控制的调压、稳压工作电路，Lin、Nin是电源输入，Lout、Nout是工作输出连接负载，电感L6、L2和电容C8、C9组成输入滤波电路，电感L3、L4、L5和电容C6、C7、C10组成输出滤波电路，输入滤波电路分别连接到电源变换时差对工作电路（3）的输入节点Li和 Ni，电源变换时差对工作电路（3）的输出节点Lo连接到电感L3的一端L3的另一端连接到电感L4的一端和电容C6的一端，电感L4的另一端连接到电感L5的一端和电容C7的一端，电感L5的另一端连接到电容C10的一端和输出Lout端，电源变换时差对工作电路（3）的输出节点No连接到电容C6、C7、C10的另一端和输出Nout端，输出滤波的储能电流经负载由电源变换时差对工作电路（3）中的开关管Q5、Q6和它其中并联的二极管程控开关放电，时差控制集成芯片（1）的时差控制输出口和编程控制输出口的各控制输出端分别经光电耦合驱动器电路连接到电源变换时差对工作电路（3）中各开关管对应的控制极工作。

所述的电源变换时差对工作电路（3）设计成直流电源变换时差控制电路，由开关管Q1、Q2和Q5电容C1、C2和C5电感L1电阻R1组成直流电源变换电路，Li和Ni是电源输入节点，Lo和No是电源变换输出节点，G1、G2和G5是开关管的控制极， 电容C5的一端连接到输入节点Li，电容C5的另一端连接到输入节点Ni，电容C2的一端连接到输出节点Lo ，电容C2的另一端可通过电阻R1连接到输出节点No，开关管Q1、Q2的集电极连接到输入节点Li， 开关管Q1、Q2的发射极连接到输出节点Lo，电容C1的一端连接到开关管Q5的漏极电容C1的另一端连接到开关管Q5的源极；

开关管Q5的漏极连接到输出节点Lo， 开关管Q5的源极连接到电感L1的一端L1的另一端连接到输出节点No或者电感L1的一端连接到输出节点Lo，电感L1的另一端连接到开关管Q5的漏极，Q5的源极连接到输出节点No。

所述的电源变换时差对工作电路（3）中的开关管是IGBT、MOSFET管，时差对中的开关管至少是二个开关管并联组成，时差对与时差对的连接是发射极连接的接点对发射极连接的接点相连接、集电极连接的接点对集电极连接的接点相连接，电路中的开关管Q5和Q6的连接作相反方向的串联连接，发射极与发射极连接或集电极与集电极连接。

所述的电源变换时差对工作电路（3）时差对中再并联一只二极管D1和D2，它的连接方式是正极连接到开关管的发射极，负极连接到开关管的集电极，正极分别连接到开关管Q1、Q2和开关管Q3、Q4的发射极，负极分别连接到开关管Q1、Q2和开关管Q3、Q4的集电极。

所述的电源变换时差对工作电路（3）的开关管安装固定在开关管安装桥式固定散热架上，开关管安装桥式固定散热架是由三部分组成，左固定架、右固定架，桥板组成，开关管安装在左右固定架侧面上，固定架是一个四方沿端面形状延长的条形体金属材料座，它的中心开通孔并孔内带散热齿条，桥板是一个沿端面形状延长的条形体平面上带散热齿条的金属材料平板，它连接固定在左右二个固定架上，组成一个开关管安装固定兼散热功能的桥式结构。

 

本发明具有如下的优点和效果

时差控制技术能直接有效的控制电源变换工作动态浪涌电流；

设计的产品效率更高，更节能；

工作时的电压噪声极低；

设计的产品功率密度大、产品体积小、产品综合成本更低；

易于产品检测认证达标；

特别适合设计制造更高品质的中大功率高功率密度的交直流电源、充电电源、调压器、稳压器、滤波器、逆变器、开关电源等产品。

附图说明

图1是本发明的一种时差控制电源变换电路原理框图；

图2是本发明的时差控制集成电路芯片说明图；

图3是本发明的时差控制信号波形说明图；

图4-1是本发明的电源变换时差对工作电路的原理图之一；

图4-2是本发明的电源变换时差对工作电路的原理图之二；

图5-1是本发明的电源变换时差对工作电路的原理图之三；

图5-2是本发明的电源变换时差对工作电路的原理图之四；

图5-3是本发明的电源变换时差对工作电路的原理图之五；

图5-4是本发明的电源变换时差对工作电路的原理图之六；

图6-1是本发明中的开关管不同连接说明图之一；

图6-2是本发明中的开关管不同连接说明图之二；

图6-3是本发明中的开关管不同连接说明图之三；

图6-4是本发明中的开关管不同连接说明图之四；

图6-5是本发明中的开关管不同连接说明图之五；

图6-6是本发明中开关管IGBT和MOSFET的符号和电极名称；

图7-1是本发明的电源变换时差对工作电路的原理图之七；

图7-2是本发明的电源变换时差对工作电路的原理图之八；

图8是本发明的实施例一电路原理图；

图9是本发明的实施例二电路原理图；

图10是本发明的实施例光电耦合驱动器电路之一。

图11是本发明开关管安装桥式固定散热架

具体实施方式

      下面结合附图和实施例对本发明进一步的说明

实施例一

（请参见图8）

所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是可以设计成交流双边电源变换时差控制的调压、稳压工作电路，Lin、Nin是电源输入，Lout、Nout是工作输出连接负载，电感L6、L2和电容C8、C9组成输入滤波电路，电感L3、L5、L4、和电容C6、C7组成输出滤波电路，输入滤波电路分别连接到电源变换时差对工作电路3的输入节点Li和 Ni，电源变换时差对工作电路3的输出节点Lo连接到电感L3的一端L3的另一端连接到电感L5的一端和电容C6的一端，电感L5的另一端连接到电容C7的一端和调压输出Lout端，电源变换时差对工作电路（3）的输出节点No连接到电感L4的一端，L4的另一端连接到电容C6、C7的另一端和调压输出Nout端，输出滤波的储能电流经负载由电源变换时差对工作电路3中开关管Q5、Q6和它其中并联的二极管程控开关放电，时差控制集成芯片1的时差控制输出口和编程控制输出口的各控制输出端分别经光电耦合驱动器电路连接到电源变换时差对工作电路3中各开关管对应的控制极工作。

所述的电源变换时差对工作电路3中开关管安装固定在开关管安装桥式固定散热架的固定架座上。

电路工作原理：

本发明实施例一电路由电感L6、L2和电容C9、C8组成电源输入滤波，由电感L3、L4、L5和电容C6、C7组成输出工作滤波，在输入电源Lin为正 Nin为负工作时，电流从Lin经共模电感L6、差模电感L2、经由开关管Q1、Q2时差控制PWM脉宽（或脉宽调频）调压输出，经电感L3、L5、到输出端Lout、Nout连接负载，回路电流通过负载经电感L4,开关管Q3、Q4中并联的二极管或另增加的并联二极管D2、共模电感L6到Nin端组成L相工作回路；在输入电源Nin为正 Lin为负工作时，电流从Nin经共模电感L6经由Q3、Q4时差控制PWM脉宽（或脉宽调频）调压输出，经电感L4到输出端Nout、Lout连接负载,回路电流通过负载经电感L5、L3,开关管Q1、Q2中并联的二极管或另增加的并联二极管D1、共模电感L6到Lin端组成N相工作回路。

输出工作滤波的中的储能电流经负载，由开关管Q5、Q6和它其中并联的的二极管程控组成放电回路。

工作过程中开关管Q1、Q2和Q3、Q4以及Q5、Q6的开通和关断在时差控制的作用下连同电容C1、C3、电感L1和电容C2、C4、电阻R1、R2，合适的开关管驱动电路器件参数的设定，使开关管接近零电流、零电压开关工作，开关管的动态损耗接近直通损耗。

实施例二

（请参见图9）

所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是可以设计成交流单边电源变换时差控制的调压、稳压工作电路，Lin、Nin是电源输入，Lout、Nout是工作输出连接负载，电感L6、L2和电容C8、C9组成输入滤波电路，电感L3、L4、L5和电容C6、C7、C10组成输出滤波电路，输入滤波电路分别连接到电源变换时差对工作电路3的输入节点Li和 Ni，电源变换时差对工作电路3的输出节点Lo连接到电感L3的一端L3的另一端连接到电感L4的一端和电容C6的一端，电感L4的另一端连接到电感L5的一端和电容C7的一端，电感L5的另一端连接到电容C10的一端和输出Lout端，电源变换时差对工作电路3的输出节点No连接到电容C6、C7、C10的另一端和输出Nout端，输出滤波的储能电流经负载由电源变换时差对工作电路3中的开关管Q5、Q6和它其中并联的二极管程控开关放电，时差控制集成芯片1的时差控制输出口和编程控制输出口的各控制输出端分别经光电耦合驱动器电路连接到电源变换时差对工作电路3中各开关管对应的控制极工作。

所述的电源变换时差对工作电路3中开关管安装固定在开关管安装桥式固定散热架的固定架座上。

 

实施例二电路工作原理：

本发明实施例二电路由电感L6、L2、电容C9、C8组成电源输入滤波，由电感L3、L4、L5、电容C6、C7、C10组成输出工作滤波，在输入电源Lin为正 Nin为负工作时，电流从Lin经共模电感L6、差模电感L2、经由开关管Q1、Q2时差控制PWM脉宽（或脉宽调频）调压工作电流从开关管Q3、Q4中并联的二极管或另增加的并联二极管D2流出经感L3、L4、L5到输出端Lout、Nout连接负载，回路电流通过负载经L6到Nin端组成L相工作回路；在输入电源Nin为正 Lin为负工作时，电流从Nin经L6通过负载经L5、L4、L3经由开关管Q3、Q4时差控制PWM脉宽（或脉宽调频）调压工作电流从开关管Q1、Q2中并联的二极管或另增加的并联二极管D1流出，经L2、L6到Lin端组成N相工作回路。

输出工作滤波的储能电流经负载，由开关管Q5、Q6和它其中并联的的二极管程控组成放电回路。

工作过程中开关管Q1、Q2和Q3、Q4以及Q5、Q6的开通和关断在时差控制的作用下连同电容C1、C3、电感L1和电容C2、C4、电阻R1、R2，合适的开关管驱动电路器件参数的设定，使开关管接近零电流、零电压开关工作，开关管的动态损耗接近直通损耗。

所述的电源变换时差对工作电路3中的开关管由于它的控制回路都是独立的控制，因此能非常方便的改变程控方式设计成不同要求的产品。

综上所述的时差控制电源变换电路设计的具有本质安全型工作的交/直流调压、稳压器（见实施电路图8、图9）通过实施电路完成了二路一体的独立调压、稳压（4KW×2）1U标准尺寸的超薄模块。 

实施例中所述的开关管安装固定在开关管安装桥式固定散热架上，开关管安装桥式固定散热架作开关管安装固定兼散热之用，固定加中心开通孔并加有齿条作空气对流散热，开关管安装桥式固定散热架是由三部分组成：左固定架、右固定架、桥板，开关管安装在左右固定架侧面上，固定架是一个四方沿端面形状延长的条形体金属材料座，它的中心开通孔并孔内带散热齿条，桥板是一个沿端面形状延长的条形体平面上带散热齿条的金属材料平板，它连接固定在左右二个固定架上，组成一个开关管安装固定兼散热功能的桥式结构。

本发明实施产品例，使产品升级到原来同类产品体积的一半以下，开关管的动态工作电能损耗降低到原来同类产品的至少八分之一，产品电路结构简洁，产品总体成本大幅度下降，电压噪声极低轻松EMI测试通过，工作可靠性提升。

Claims (10)

1.一种时差控制电源变换电路，其特征在于：包括电源输入、变换输出节点、时差控制集成电路芯片（1）、开关管驱动电路（2）、电源变换时差对工作电路（3）, 其中时差控制集成芯片（1）包括二个控制输出口、一个时差控制输出口和一个编程控制输出口，时差控制输出口包括用于输出时差对的至少要有一组控制输出端，每一组控制输出端包括两个控制输出端，LG1、LG2是用于输出一组时差对的二个控制输出端、NG1、NG2是用于输出另一组时差对的两个控制输出端，时差对的控制输出端经开关管驱动电路（2）分别连接到电源变换时差对工作电路（3）中的开关管Q1、Q2和Q3、Q4对应的控制极G1、G2和G3、G4端；

时差对中开关管在开通控制期间，时差对中的时差控制信号输出使其中一个开关管超前开通，另一个开关管滞后开通形成时差控制，时差对中超前与滞后之间的时差值大于30ns；

时差对中所有开关管的关断控制是要求同时工作的没有时差，但关断时的最大时差包括器件误差小于20ns；

编程控制输出口至少有一个控制输出端，用于电路工作期间储能放电程控开关控制，LG3和NG3是它的二个控制输出端，控制输出端经开关管驱动电路（2）分别连接到开关管Q5和Q6的控制极G5和G6端； 

开关管驱动电路（2）是各开关管的控制驱动电路，可由光电耦合驱动器电路组成开关管开关控制的驱动工作电路，时差控制集成电路芯片（1）的时差控制输出口和编程控制输出口的每一个控制输出端都有一路相对独立的开关管驱动电路连接到开关管的控制极驱动控制，光电耦合驱动器的A端经限流电阻连接到时差控制集成电路芯片（1）的对应输出端，光电耦合驱动器的G端结合限流电阻、二极管器件连接到对应的开关管控制极；

电源变换时差对工作电路（3）由开关管Q1、Q2，Q3、Q4和Q5、Q6，电容C1、C2，C3、C4和C5，电感L1，电阻R1和R2组成，Li和Ni是电源输入节点，Lo和No是电源变换输出节点，G1、G2，G3、G4和G5、G6是开关管的控制极， 电容C5的一端连接到输入节点Li，电容C5的另一端连接到输入节点Ni；

开关管Q1、Q2的集电极连接到输入节点Li，开关管Q1、Q2和开关管Q5的发射极连接到输出节点Lo，开关管Q3、Q4和开关管Q6的发射极连接到输出节点No，开关管Q3、Q4的集电极连接到输入节点Ni，开关管Q5的集电极连接到电感L1的一端L1的另一端连接到开关管Q6的集电极，电容C1的一端连接到开关管Q5的发射极C1的另一端连接到开关管Q5的集电极，电容C3的一端连接到开关管Q6的发射极C3的另一端连接到开关管Q6的集电极，电容C2的一端连接到开关管Q6的集电极C2的另一端可通过电阻R1连接到输入节点Li,电容C4的一端连接到开关管Q5集电极C4的另一端可通过电阻R2连接到输入节点Ni或者开关管Q1、Q2的集电极连接到输入节点Li，开关管Q1、Q2的发射极连接到开关管Q3、Q4的发射极，开关管Q3、Q4的集电极和开关管Q5的集电极连接到输出节点Lo，开关管Q5的发射极连接到开关管Q6的发射极，开关管Q6的集电极连接到电感L1的一端L1的另一端连接到输出节点No ，电容C1的一端连接到开关管Q5的集电极和输出节点Lo，电容C1的另一端连接到电感L1的一端和开关管Q6的集电极，电容C2的一端连接到输出节点Lo，电容C2的另一端可通过电阻R1连接到输出节点No。

2.根据权利要求1所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是所述的时差控制集成芯片（1）由现场可编程门阵列电路CPLD、FPGA或者制造专业的集成电路实现，它有二个控制输出口，一个时差控制输出口和一个编程控制输出口，包括用于输出时差对的时差控制输出口至少要有一组时差对，每组时差对至少要有二个控制输出端，LG1、LG2是用于输出一组时差对的二个控制输出端、NG1、NG2是用于输出另一组时差对的两个控制输出端，时差对中控制输出有二种输出工作状态，一种是开通状态、另一种是关断状态，在开通状态期间时差对中时差控制输出，其中一个超前开通，另一个滞后开通，控制输出端LG1超前于LG2或者LG1滞后于LG2，时差对中超前与滞后之间的时差值大于30ns，在关断状态期间，时差对中所关断控制输出要求是同时工作的没有时差，但关断时的最大时差包括器件误差小于20ns；

编程控制输出口，它的控制输出端用于电路工作期间储能放电程控开关控制，由一个以上控制输出端组成，LG3和NG3是编程控制输出口的二个输出端。

3.根据权利要求1所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是所述的电源变换时差对工作电路（3）由开关管Q1、Q2，Q3、Q4和Q5、Q6，电容C1、C2，C3、C4和C5，电感L1，电阻R1和R2组成，Li和Ni是电源输入节点，Lo和No是电源变换输出节点，G1、G2，G3、G4和G5、G6是开关管的控制极， 其中电容C5的一端连接到输入节点Li，电容C5的另一端连接到输入节点Ni，开关管Q1、Q2的集电极连接到输入节点Li，开关管Q1、Q2和开关管Q5的发射极连接到输出节点Lo，开关管Q3、Q4和开关管Q6的发射极连接到输出节点No，开关管Q3、Q4的集电极连接到输入节点Ni，开关管Q5的集电极连接到电感L1的一端L1的另一端连接到开关管Q6的集电极，电容C1的一端连接到开关管Q5的发射极C1的另一端连接到开关管Q5的集电极，电容C3的一端连接到开关管Q6的发射极C3的另一端连接到开关管Q6的集电极，电容C2的一端连接到开关管Q6的集电极C2的另一端可通过电阻R1连接到输入节点Li,电容C4的一端连接到开关管Q5集电极C4的另一端可通过电阻R2连接到输入节点Ni。

4.根据权利要求1所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是所述的电源变换时差对工作电路（3）由开关管Q1、Q2，Q3、Q4和Q5、Q6，电容C2，C1、C3和C5，电感L1，电阻R1和R2组成，Li和Ni是电源输入节点，Lo和No是电源变换输出节点，G1、G2，G3、G4和G5、G6是开关管的控制极，其中 电容C5的一端连接到输入节点Li，C5的另一端连接到输入节点Ni，开关管Q1、Q2的集电极连接到输入节点Li，开关管Q1、Q2的发射极连接到开关管Q3、Q4的发射极，开关管Q3、Q4的集电极连接到输出节点Lo；

开关管Q5的集电极连接开关管Q3、Q4的集电极和输出节点Lo开关管Q5的发射极连接到开关管Q6的发射极，开关管Q6的集电极连接到电感L1的一端L1的另一端连接到输出节点No或者电感L1的一端连接开关管Q3、Q4的集电极和输出节点Lo，电感L1的另一端连接到开关管Q5的集电极，开关管Q5的发射极连接到开关管Q6的发射极，开关管Q6的集电极连接到No；

电容C1的一端连接到开关管Q5的集电极，电容C1的另一端连接到开关管Q6的集电极或者电容C1的一端连接到开关管Q5的集电极，电容C1的另一端连接到开关管Q5的发射极，电容C3的一端连接到开关管Q6的集电极，电容C3的另一端连接到开关管Q6的发射极。

5.根据权利要求1所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是设计成交流双边电源变换时差控制的调压、稳压工作电路，Lin、Nin是电源输入，Lout、Nout是工作输出连接负载，电感L6、L2和电容C8、C9组成输入滤波电路，电感L3、L5、L4、和电容C6、C7组成输出滤波电路，输入滤波电路分别连接到电源变换时差对工作电路（3）的输入节点Li和 Ni，电源变换时差对工作电路（3）的输出节点Lo连接到电感L3的一端L3的另一端连接到电感L5的一端和电容C6的一端，电感L5的另一端连接到电容C7的一端和调压输出Lout端，电源变换时差对工作电路（3）的输出节点No连接到电感L4的一端，L4的另一端连接到电容C6、C7的另一端和调压输出Nout端，输出滤波的储能电流经负载由电源变换时差对工作电路（3）中开关管Q5、Q6和它其中并联的二极管程控开关放电，时差控制集成芯片（1）的时差控制输出口和编程控制输出口的各控制输出端分别经光电耦合驱动器电路连接到电源变换时差对工作电路（3）中各开关管对应的控制极工作。

6.根据权利要求1所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是设计成交流单边电源变换时差控制的调压、稳压工作电路，Lin、Nin是电源输入，Lout、Nout是工作输出连接负载，电感L6、L2和电容C8、C9组成输入滤波电路，电感L3、L4、L5和电容C6、C7、C10组成输出滤波电路，输入滤波电路分别连接到电源变换时差对工作电路（3）的输入节点Li和 Ni，电源变换时差对工作电路（3）的输出节点Lo连接到电感L3的一端L3的另一端连接到电感L4的一端和电容C6的一端，电感L4的另一端连接到电感L5的一端和电容C7的一端，电感L5的另一端连接到电容C10的一端和输出Lout端，电源变换时差对工作电路（3）的输出节点No连接到电容C6、C7、C10的另一端和输出Nout端，输出滤波的储能电流经负载由电源变换时差对工作电路（3）中的开关管Q5、Q6和它其中并联的二极管程控开关放电，时差控制集成芯片（1）的时差控制输出口和编程控制输出口的各控制输出端分别经光电耦合驱动器电路连接到电源变换时差对工作电路（3）中各开关管对应的控制极工作。

7.根据权利要求1所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是所述的电源变换时差对工作电路（3）设计成直流电源变换时差控制电路，由开关管Q1、Q2和Q5电容C1、C2和C5电感L1电阻R1组成直流电源变换电路，Li和Ni是电源输入节点，Lo和No是电源变换输出节点，G1、G2和G5是开关管的控制极， 电容C5的一端连接到输入节点Li，电容C5的另一端连接到输入节点Ni，电容C2的一端连接到输出节点Lo ，电容C2的另一端可通过电阻R1连接到输出节点No，开关管Q1、Q2的集电极连接到输入节点Li， 开关管Q1、Q2的发射极连接到输出节点Lo，电容C1的一端连接到开关管Q5的漏极电容C1的另一端连接到开关管Q5的源极；

开关管Q5的漏极连接到输出节点Lo， 开关管Q5的源极连接到电感L1的一端L1的另一端连接到输出节点No或者电感L1的一端连接到输出节点Lo，电感L1的另一端连接到开关管Q5的漏极，Q5的源极连接到输出节点No。

8.根据权利要求1所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是所述的电源变换时差对工作电路（3）中的开关管是IGBT、MOSFET管，时差对中的开关管至少是二个开关管并联组成，时差对与时差对的连接是发射极连接的接点对发射极连接的接点相连接、集电极连接的接点对集电极连接的接点相连接，电路中的开关管Q5和Q6的连接作相反方向的串联连接，发射极与发射极连接或集电极与集电极连接。

9.根据权利要求1所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是所述的电源变换时差对工作电路（3）时差对中再并联一只二极管D1和D2，它的连接方式是正极连接到开关管的发射极，负极连接到开关管的集电极，正极分别连接到开关管Q1、Q2和开关管Q3、Q4的发射极，负极分别连接到开关管Q1、Q2和开关管Q3、Q4的集电极。

10.根据权利要求1、5、6所述的一种时差控制电源变换电路，其特征是所述的电源变换时差对工作电路（3）的开关管安装固定在开关管安装桥式固定散热架上，开关管安装桥式固定散热架是由三部分组成，左固定架、右固定架，桥板组成，开关管安装在左右固定架侧面上，固定架是一个四方沿端面形状延长的条形体金属材料座，它的中心开通孔并孔内带散热齿条，桥板是一个沿端面形状延长的条形体平面上带散热齿条的金属材料平板，它连接固定在左右二个固定架上，组成一个开关管安装固定兼散热功能的桥式结构。

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