CN106992687A - 一种单管正反激倍压整流电源电路 - Google Patents

一种单管正反激倍压整流电源电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电源技术领域，公开了一种单管正反激倍压整流电源电路，包括：脉冲宽度调制控制电路、功率开关管、变压器和倍压电路，其中，所述脉冲宽度调制控制电路的输出端与所述功率开关管的控制端连接，所述功率开关管的一端接地，所述功率开关管的另一端与所述变压器的初级线圈的异名端连接，所述变压器的初级线圈的同名端与电源输入端连接，所述变压器的次级线圈与所述倍压电路连接，通过一个功率开关管实现电源变换，结构简单、易于控制，成本较低。

Description

一种单管正反激倍压整流电源电路
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种单管正反激倍压整流电源电路。
背景技术
倍压整流电路可以把较低的交流电压通过耐压较低的二极管给电容充电后相叠加产生一个较高的直流电压。传统的隔离型倍压整流变换器如图1所示，其存在的主要问题是需要两个功率开关管组成半桥式电路。使用两个功率开关管不仅电路复杂，成本高，上管和下管的驱动电路也较为复杂。由半桥电路的特点可知，输入到变压器初级电压只有输入电压的一半，若要求输出电压较高时，比如给磁控管供电要求4.2KV，变压器的匝比将增大，必然使变压器的次级绕组匝数过多，使得电源重量和体积增加。另外，由于变压器绕组的层间寄生电容和线间寄生电容的影响，在变压器工作中会出现很大的充放电电流和噪声，使变压器的初级开关管产生很大的损耗，甚至无法正常工作。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提出一种单管正反激倍压整流电源电路，通过一个功率开关管实现电源变换，结构简单、易于控制，成本较低。
为实现上述目的，提供了一种单管正反激倍压整流电源电路，包括：脉冲宽度调制控制电路、功率开关管、变压器和倍压电路，其中，所述脉冲宽度调制控制电路的输出端与所述功率开关管的控制端连接，所述功率开关管的一端接地，所述功率开关管的另一端与所述变压器的初级线圈的异名端连接，所述变压器的初级线圈的同名端与电源输入端连接，所述变压器的次级线圈与所述倍压电路连接。
可选地，所述倍压电路为二阶倍压整流电路。
可选地，所述二阶倍压整流电路包括：二极管D1、二极管D2、电容C1和电容C2，其中，所述二极管D1的正极与所述二极管D2的负极及所述变压器的次级线圈的异名端连接，所述电容C1的一端与所述电容C2的一端及所述变压器的次级线圈的同名端连接，所述二极管D1的负极与所述电容C1的另一端连接并作为电源电路的一个输出端，所述二极管D2的正极与所述电容C2的另一端连接并作为电源电路的另一个输出端。
可选地，所述电容C1和电容C2皆为无极性电容。
可选地，所述功率开关管的数量为一个。
可选地，所述功率开关管为绝缘栅双极型晶体管IGBT1，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1的栅极为所述控制端，与所述脉冲宽度调制控制电路的输出端连接，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1的源极与所述变压器的初级线圈的异名端连接，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1的漏极接地。
可选地，还包括谐振电容C3，所述谐振电容C3的一端与所述变压器的初级线圈的异名端连接，所述谐振电容C3的另一端与所述变压器的初级线圈的同名端连接。
可选地，所述脉冲宽度调制控制电路的控制方式为反激式，所述功率开关管和变压器的拓扑结构为正反激拓扑结构。
本发明提出的一种单管正反激倍压整流电源电路，包括：脉冲宽度调制控制电路、功率开关管、变压器和倍压电路，其中，所述脉冲宽度调制控制电路的输出端与所述功率开关管的控制端连接，所述功率开关管的一端接地，所述功率开关管的另一端与所述变压器的初级线圈的异名端连接，所述变压器的初级线圈的同名端与电源输入端连接，所述变压器的次级线圈与所述倍压电路连接，通过一个功率开关管实现电源变换，结构简单、易于控制，成本较低。
附图说明
图1为现有技术中倍压整流电源电路的电路图的电路图；
图2为本发明实施例一提供的一种单管正反激倍压整流电源电路的电路图；
图3为本发明实施例二提供的一种单管正反激倍压整流电源电路的电路图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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。
实施例一
如图2所示，本实施例提出一种单管正反激倍压整流电源电路，包括：脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)控制电路、功率开关管K1、变压器T和倍压电路，其中，所述脉冲宽度调制控制电路的输出端与所述功率开关管的控制端连接，所述功率开关管的一端接地，所述功率开关管的另一端与所述变压器的初级线圈的异名端连接，所述变压器的初级线圈的同名端与电源输入端连接，所述变压器的次级线圈与所述倍压电路连接。
在本实施例中，通过一个功率开关管实现电源变换，结构简单、易于控制，成本较低。
在本实施例中，所述功率开关管的数量为一个，与传统的半桥倍压整流电路相比，功率器件较少，驱动简单，成本较低，且能够输出较高的电压。
在本实施例中，该电源电路可用于微波炉电源，实现低压到高压的直流电源变换。
在本实施例中，所述倍压电路为二阶倍压整流电路。
在本实施例中，所述二阶倍压整流电路包括：二极管D1、二极管D2、电容C1和电容C2，其中，所述二极管D1的正极与所述二极管D2的负极及所述变压器的次级线圈的异名端连接，所述电容C1的一端与所述电容C2的一端及所述变压器的次级线圈的同名端连接，所述二极管D1的负极与所述电容C1的另一端连接并作为电源电路的一个输出端，所述二极管D2的正极与所述电容C2的另一端连接并作为电源电路的另一个输出端。
在本实施例中，所述电源电路的另一个输出端接地。
在本实施例中，所述电容C1和电容C2皆为无极性电容，作为另一种实施例，所述电容C1和电容C2也可以为有极性电容。
在倍压整流电路中，变压器的次级线圈正反两种极性都在输出能量，并且是通过极性的转换过程实现次级线圈的电压叠加。
在本实施例中，所述脉冲宽度调制控制电路为PWM(Pulse WidthModulation)控制器，PWM控制器与功率开关管的控制端相连，控制方式如同反激。
而功率开关管开通和关断其作用于变压器则不同于反激或正激，开通和关断时，变压器都输出电压并且两个电压叠加起来输出。其中正激部分输出电压直接由输入电压和变压器变比影响，不可控，只有反激部分的电压受占空比影响，可控制。因此，这种拓朴在此称其为正反激拓朴。
假设变压器变比为k，占空比为D，变压器开适当气隙以储存能量。当正反激拓朴工作时，变压器次级线圈正反两种极性的电压是不相等的。初级线圈侧的功率开关管导通时，次级线圈处于上负下正状态，初级能量通过变压器给电容C2充电。此时电容C2上的电压为变压器次级电压Vin/k。当初级线圈侧的功率开关管关断时，极性反转，次级线圈为上正下负状态，次级线圈上电压为Vin*D/k*(1-D)，变压器里储存的能量向外释放，给电容C1充电。此时电容C1上的电压为Vin*D/k*(1-D)。输出电压为电容C1电压和电容C2电压之和，等于Vin/k*(1-D)。
本发明的单管正反激倍压整流电路是一种以单端反激做PWM控制，附带正激电压输出，在次级线圈侧通过电荷泵把反激电压和正激电压反复叠加起来，实现高压输出的开关电源电路。
本发明仅使用一个功率开关管驱动变压器初级绕组，使初级线圈得到接近输入Vin的电压，在输出同样电压情况下，变压器的匝比比半桥电路低，次级线圈匝数的减少有利于减少变压器绕组的层间寄生电容和线间寄生电容的影响，单管的PWM控制方式结构简单，稳定可靠，在获得高压输出的同时避免电源体积和重量过大，整体电路拓朴新颖，结构简结，具有较高市场推广价值。
实施例二
如图3所示，基于实施例一，在本实施例中，所述功率开关管K1为绝缘栅双极型晶体管IGBT1，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1的栅极为所述控制端，与所述脉冲宽度调制控制电路的输出端连接，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1的源极与所述变压器的初级线圈的异名端连接，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1的漏极接地。
在本实施例中，还包括谐振电容C3，所述谐振电容C3的一端与所述变压器的初级线圈的异名端连接，所述谐振电容C3的另一端与所述变压器的初级线圈的同名端连接。
在本实施例中，所述谐振电容C3的作用是，当开关管关断期间，电容C1与变压器励磁电感Lm并联谐振，谐振频率为f0＝1/2*π*(C1*Lm)^0.5。谐振结果使得开关管电压在关断期间，电压从零－最大－零的规律变化，当电压从最大降到零以后，PWM控制电路控制开关管再次开通，从而实现了开关管的零电压开通，减少开关损耗。
在本实施例中，所述脉冲宽度调制控制电路的控制方式为反激式，所述功率开关管和变压器的拓扑结构为正反激拓扑结构。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种单管正反激倍压整流电源电路，其特征在于，包括：脉冲宽度调制控制电路、功率开关管、变压器和倍压电路，其中，所述脉冲宽度调制控制电路的输出端与所述功率开关管的控制端连接，所述功率开关管的一端接地，所述功率开关管的另一端与所述变压器的初级线圈的异名端连接，所述变压器的初级线圈的同名端与电源输入端连接，所述变压器的次级线圈与所述倍压电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种单管正反激倍压整流电源电路，其特征在于，所述倍压电路为二阶倍压整流电路。
3.根据权利要求2所述的一种单管正反激倍压整流电源电路，其特征在于，所述二阶倍压整流电路包括：二极管D1、二极管D2、电容C1和电容C2，其中，所述二极管D1的正极与所述二极管D2的负极及所述变压器的次级线圈的异名端连接，所述电容C1的一端与所述电容C2的一端及所述变压器的次级线圈的同名端连接，所述二极管D1的负极与所述电容C1的另一端连接并作为电源电路的一个输出端，所述二极管D2的正极与所述电容C2的另一端连接并作为电源电路的另一个输出端。
4.根据权利要求3所述的一种单管正反激倍压整流电源电路，其特征在于，所述电容C1和电容C2皆为无极性电容。
5.根据权利要求1所述的一种单管正反激倍压整流电源电路，其特征在于，所述功率开关管的数量为一个。
6.根据权利要求5所述的一种单管正反激倍压整流电源电路，其特征在于，所述功率开关管为绝缘栅双极型晶体管IGBT1，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1的栅极为所述控制端，与所述脉冲宽度调制控制电路的输出端连接，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1的源极与所述变压器的初级线圈的异名端连接，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1的漏极接地。
7.根据权利要求6所述的一种单管正反激倍压整流电源电路，其特征在于，还包括谐振电容C3，所述谐振电容C3的一端与所述变压器的初级线圈的异名端连接，所述谐振电容C3的另一端与所述变压器的初级线圈的同名端连接。
8.根据权利要求1所述的一种单管正反激倍压整流电源电路，其特征在于，所述脉冲宽度调制控制电路的控制方式为反激式，所述功率开关管和变压器的拓扑结构为正反激拓扑结构。
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