CN108199584B - 一种多管串联的正激电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多管串联的正激电源电路，包括正激式四管串联正激电路、变压器主电路、主控电路、驱动电路、整流续流电路、启动电路；正激式多管串联电路包括N个MOS管；本发明采用了多管串联的正激电源电路，实现了不同电压等级的场合，使用同一个控制电路，可以输出稳定的电压，提高了电路电源的使用性能，而且电路搭建简单可靠，节约了研发成本和研发时间。本发明采用了主控电路，实现了在不同电压等级下，对MOS管的不同开关状态的控制，提高了开关电源的适用范围和精确控制的能力，实现了对多路电压以及电流进行闭环控制，提高了开关电源的每路输出电压的稳定性。

Description

一种多管串联的正激电源电路
技术领域
本发明涉及一种多管串联的正激电源电路，属于开关电源技术领域。
背景技术
随着电力电子技术的发展，电源模块在各个领域得到了广泛的应用，开关电源更是逐步取代了线性电源，成为主流电源。开关电源的功率开关管在PWM的作用下，进行开通和关断动作，把母线电压斩波成脉冲电压。驱动控制电路控制PWM的占空比保证电压的稳定。在中小功率的DC-DC开关电源，最常用的电路拓扑结构是反激式开关电源和正激式电路。这两种电路中，电路的开关频率一般大于100KHz，最核心的部分就是控制电路、变压器、电源拓扑及外部电路的设计。变压器根据要求可以制作成3路或者多路，
目前现有的正激开关电源设计中，一般都用单个功率开关管作为母线电压斩波开关，电路的输入电压有限，每次需要根据不同的要求设计不同的功率开关、主要使研发成本高、研发周期变长；同时一般只用单个驱动控制芯片完成对输出电压的闭环控制，保护措施不完善、不能对其他多路进行闭环控制或者有效的监控、安全性比较低、使用不方便。
如何提供一种能够承受更高宽范围电压，且能实现多路闭环控制的正激电源是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多管串联的正激电源电路，可以在不同等级的母线电压场合，在不修改电路的前提下，继续使用，节约了研发成本和研发周期，同时本设计具有多重保护和控制功能，提高了开关电源的安全性，起到了很好的保护作用。
本发明目的通过如下技术方案予以实现：
提供一种多管串联的正激电源电路，包括正激式四管串联正激电路、变压器主电路、主控电路、驱动电路、整流续流电路、启动电路；
所述变压器主回路包括变压器，包括输入线圈和多个输出线圈，提供多个电压输出；其中一个电压输出经启动电路整流滤波后获得直流电压作为主控电路和驱动电路的电源电压；其他电压输出分别经整流续流电路整流滤波获得直流电压作为负载电压；
正激式多管串联电路包括N个MOS管，其中N/2个MOS管串联后连接在母线正极与变压器输入线圈的一端之间，其余N/2个MOS管串联后连接在变压器输入线圈的另一端与母线负极之间；N为偶数；
驱动电路检测启动电路输出的电压与流经MOS管的电流；驱动电路输出PWM脉冲至主控电路，当流经MOS管的电流或输出的电压大于设定阈值时，驱动电路停止输出PWM脉冲；
主控电路接收驱动电路输出的PWM脉冲，进行分频后作为驱动控制信号控制N个MOS管的通断；检测整流续流电路输出电压和电流，启动电路输出的电压与流经MOS管的电流，当任一电压或电流超过设定阈值时，减小输出的PWM脉冲的占空比。
优选的，主控电路对于流经MOS管的电流和输出的电压设定的阈值低于驱动电路设定的阈值。
优选的，主控电路控制N个MOS管的通断的方式为控制N个MOS管按照PWM脉冲的输出方式同时通或断；或者其中一个、两个…或N-1个MOS管常开，其他MOS管按照PWM脉冲的输出方式进行通断控制。
优选的，正激式多管串联电路还包括二极管D3和D4，二极管D3的正极连接变压器输入线圈的另一端与母线正极之间；二极管D4的正极连接变压器输入线圈的一端与母线负极之间。
优选的，启动电路包括电阻R1，电容C3、C4，电感L2，二极管D6；变压器一输出线圈(9,10)输出电压经二极管D6整流后，经电感L2、电容C3、C4储能滤波后输出直流电压。
优选的，启动电路还包括双体二极管D5，双体二极管D5与电感L2，电容C3、C4够成续流回路。
优选的，电容C3、C4其中一个为储能电容，另一个为滤波电容。
优选的，所述整流续流电路包括二极管D1、电感L1，电容C1，变压器输出电压经双体二极管D2整流后，通过电感L1，电容C1储能滤波后输出直流电压。
优选的，所述整流续流电路还包括双体二极管D2，双体二极管D2与电感L1，电容C1够成续流回路。
优选的，经输入线圈输出电压U为：U＝(Udc-2Vd-N*Vds)*D；
其中Udc为母线电压，Vd为二极管D3或D4的压降，Vds为单个MOS管的导通压降，D为PWM脉冲的占空比。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了多管串联的正激电源电路，实现了不同电压等级的场合，使用同一个控制电路，可以输出稳定的电压，提高了电路电源的使用性能，而且电路搭建简单可靠，节约了研发成本和研发时间。
(2)本发明采用了驱动电路，实现了对电流和一路输出电压的闭环控制，提高了整个电源电路的保护能力以及输出电压的稳定性。
(3)本发明采用了MCU主控电路，实现了在不同电压等级下，对MOS管的不同开关状态的控制，提高了开关电源的适用范围和精确控制的能力。
(4)本发明采用了MCU主控电路，实现了对多路电压以及电流进行闭环控制，提高了开关电源的每路输出电压的稳定性。
(5)本发明采用了MCU主控电路，实现了对驱动电路产生了的1路PWM脉冲进行多路转化，有利于对多个MOS管的控制，提高了开关电源的可控性。
(6)本发明采用了多管正激式串联电路，实现了在高电压大功率工作时，能够正常工作，对MOS管以及二极管起到了保护作用，降低了研发成本，提高了整个开关电源的安全系数和保护能力。
(7)本发明采用了驱动电路和主控电路，实现了对变压器多路输出的多路闭环控制以及对MOS管的精确控制，提高了电路系统的稳定，有利于对电路的保护。
(8)本发明采用四管串联正激电路，通过并联二极管(D3，D4)的个数，实现了流通电流的增大，提高了电路的耐流性能。
(9)本发明采用了整流滤波续流电路，且在二极管选择上，为了使温度系数达到一致性，选择了双体并联封装的二极管，实现了对二极管的耐流的同时，保证了其发热系数的一致性，提高了开关电源的寿命以及性能。
附图说明
图1为本发明多管串联的正激电源电路原理图。
具体实施方式
本发明提供一种多管串联的正激电源电路，包括正激式多管串联电路、变压器主电路、MCU主控电路、驱动电路、整流续流电路、启动电路。
结合图1，变压器主回路主要包括变压器T1；包括一个输入线圈1,5和第一输出线圈9,10和第二输出线圈12,16。根据实际需要可以增加输出线圈的数量，提供更多路的输出。
变压器主电路前一级是整流续流电路，整流滤波续流电路用于对变压器输出电压整流，平滑滤波后输出，且在MOS管全部关断时，双体二极管D1、电感L1，电容C1进行续流为继续提供一段时间能量；整流续流电路主要包括电阻双体二极管D1、D2，电感L1，电容C1；第二输出线圈12,16输出电压经双体二极管D2整流后，通过电感L1，电容C1储能滤波后输出25V直流电源。
四管串联正激电路主要是进行开通和关断动作，进行对母线电压的斩波；四管串联正激电路包括高压大电流MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，二极管D3、D4，电阻R2、R3，电容C2；MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极均连接到MCU主控电路的输出端，在MCU主控电路的控制下开启或关闭；MOS管Q1的漏极连接输入的高压直流电正端DC+，MOS管Q1的源极连接MOS管Q2的漏极，MOS管Q2的漏极连接变压器输入线圈的一个输入端，输入线圈的另一个输入端连接MOS管Q3的漏极，MOS管Q3的源极连接MOS管Q4的漏极，MOS管Q4的源极经电阻R3连接高压直流电负端DC-，电阻R2与电阻R3并联，二极管D3的正极连接MOS管Q3的漏极，二极管D3的负极连接高压直流电正端DC+，二极管D4的正极连接高压直流电负端DC-，二极管D4的负极连接MOS管Q2的漏极。二极管D3、D4用于续流吸收。
启动电路主要是用于电源启动之后给驱动和控制电路等提供稳定的工作电源VCC，同时控制电路对此电源进行闭环控制。启动电路主要包括电阻R1，电容C3、C4，电感L2，双体二极管D6。通过第一输出线圈9,10获取变压器输出电压经双体二极管D6整流后，经电感L2、电容C3、C4储能滤波后输出工作电源VCC。在MOS管全部关断时，双体二极管D5、电感L2，电容C3、C4进行续流为继续提供一段时间能量。
驱动电路主要是发出单路PWM脉冲，以及检测启动电源Vcc和流经MOS管的电流；驱动电路输出PWM脉冲至主控电路，当流经MOS管的电流或输出的电压VCC大于设定阈值时，驱动电路停止输出PWM脉冲。
MCU主控电路主要用于PWM控制、电压检测、电流检测等多路闭环控制以及保护；MCU主控电路接收驱动电路输出的PWM脉冲，进行分频后作为MOS管的驱动控制信号。MCU主控电路检测变压器各路输出(包括Vcc)的电压整流滤波后的直流电压和电流，当任一路的直流电压或电流超过设定阈值时，减小输出的PWM脉冲的占空比。MCU主控电路对于Vcc一路的电压和电流设置的阈值低于驱动电路设定的阈值，控制更为精确。MCU主控电路控制MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的通断，控制方式可以为，控制四个MOS管按照PWM脉冲的输出方式同时进行通断控制；也可以为一个、两个或三个MOS管常开，其他MOS管按照PWM脉冲的输出方式同时进行通断控制。
MCU主控电路主要控制芯片U1；驱动电路主要包括驱动芯片U2。
输出电压U的公式U＝(Udc-2Vd-N*Vds)*D
Udc为母线电压，Vd为二极管D3或D4的压降，Vds为单个MOS管的导通压降，D为PWM的占空比，N为串联的MOS管数量，此处为4。
在上述的一种多管串联的正激电源电路，所述的驱动电路主要用于PWM脉冲信号的产生以及对变压器某一路输出电压和电流进行闭环控制。
在上述的一种多管串联的正激电源电路，所述的MCU主控电路主要是对驱动电路产生的PWM波形，进行控制，产生四路可控的、可以驱动多管正激串联电路中MOS管的PWM脉冲，同时对其他回路电流以及对各个输出电压进行闭环控制。保证了控制的可靠性。
在上述的一种多管串联的正激电源电路，所述的MCU主控电路中的四路PWM脉冲，可以根据不同的电压等级对MOS管实现不同的控制方式，保证了驱动的可控性。
在上述的一种多管串联的正激电源电路，所述的多管正激式串联电路中由于本设计要适合大范围的输入电压，所以Q1，Q2，Q3，Q4以及D3，D4要选择高耐压，大电流的管子及二极管，同时二极管的响应速度要快，避免能量损耗，电阻R2，R3为采样电阻，用于检测管子是否过流，C3为高频滤波和吸收电容，用于吸收MOS管开通和关短是产生的毛刺。本发明采用四个MOS管，每个MOS管的耐压值为200V，则可以承受的总电压为800V。根据实际需要的总的耐压值的需要，以及单个MOS管的耐压值，选择串联的MOS管数量N。MCU主控电路控制N个MOS管的通断，控制方式可以为，控制N个MOS管按照PWM脉冲的输出方式同时进行通断控制；也可以为一个、两个、三个…N-1个MOS管常开，其他MOS管按照PWM脉冲的输出方式同时进行通断控制。为了保证电路的对称性，N应为偶数。
在上述的一种多管串联的正激电源电路，所述的变压器主回路，主要是变压器T1的设计，变压一定要选择参数匹配的磁性元件及骨架，同时在制作过程中要选择合理的绕线的粗细，及缠绕方式。保证输入电压等级。
在上述的一种多管串联的正激电源电路，所述的启动电路主要是母线电压通过电阻R1和电容C3，进行充电，给驱动电路和MCU主控电路供电。其中双体二极管D5、D6要选择快速恢复的、温度系数相同二极管，同时导通电阻、电压足够小；电感L2要符合储能的需求；充电电阻R1要选择大功率电阻，电容C3要选择适当容量的，等级高，内阻小的。
在上述的一种多管串联的正激电源电路，所述的整流滤波续流电路主要对变压器输出斩波信号的整流续流，其中双体二极管D5、D6要选择快速恢复的、温度系数相同的，同时导通电阻、电压足够小的二极管，电感L1以及电容C1大小的选择要满足储能滤波的要求。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种多管串联的正激电源电路，其特征在于，包括正激式多管串联电路、变压器主电路、主控电路、驱动电路、整流续流电路、启动电路；
所述变压器主回路包括变压器(T1)，包括输入线圈和多个输出线圈，提供多个电压输出；其中一个电压输出经启动电路整流滤波后获得直流电压(VCC)作为主控电路和驱动电路的电源电压；其他电压输出分别经整流续流电路整流滤波获得直流电压作为负载电压；
正激式多管串联电路包括N个MOS管，其中N/2个MOS管串联后连接在母线正极与变压器输入线圈的一端之间，其余N/2个MOS管串联后连接在变压器输入线圈的另一端与母线负极之间；N为偶数；所述的N为4，包括高压大电流MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，电阻R2、R3，电容C2；MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的栅极均连接到主控电路的输出端，在主控电路的控制下开启或关闭；MOS管Q1的漏极连接输入的高压直流电正端DC+，MOS管Q1的源极连接MOS管Q2的漏极，MOS管Q2的漏极连接变压器输入线圈的一个输入端，输入线圈的另一个输入端连接MOS管Q3的漏极，MOS管Q3的源极连接MOS管Q4的漏极，MOS管Q4的源极经电阻R3连接高压直流电负端DC-，电阻R2与电阻R3并联；
驱动电路检测启动电路输出的直流电压(VCC)与流经MOS管的电流；驱动电路输出PWM脉冲至主控电路，当流经MOS管的电流或输出的直流电压(VCC)大于设定阈值时，驱动电路停止输出PWM脉冲；
主控电路接收驱动电路输出的PWM脉冲，进行分频后作为驱动控制信号控制N个MOS管的通断；检测整流续流电路输出电压和电流，启动电路输出的直流电压(VCC)与流经MOS管的电流，当任一电压或电流超过设定阈值时，减小输出的PWM脉冲的占空比；主控电路对于启动电路输出的直流电压(VCC)和电流设置的阈值低于驱动电路设定的阈值；
主控电路控制N个MOS管的通断的方式为控制N个MOS管按照PWM脉冲的输出方式同时通或断；
正激式多管串联电路还包括二极管D3和D4，二极管D3的正极连接变压器输入线圈的另一端与母线正极之间；二极管D4的正极连接变压器输入线圈的一端与母线负极之间；二极管D3的正极连接MOS管Q3的漏极，二极管D3的负极连接高压直流电正端DC+，二极管D4的正极连接高压直流电负端DC-，二极管D4的负极连接MOS管Q2的源极；
启动电路包括电阻R1，电容C3、C4，电感L2，二极管D6；变压器一输出线圈(9,10)输出电压经二极管D6整流后，经电感L2、电容C3、C4储能滤波后输出直流电压；启动电路还包括双体二极管D5，双体二极管D5与电感L2，电容C3、C4构成续流回路，电容C3、C4其中一个为储能电容，另一个为滤波电容；
经输入线圈输出电压U为：U＝(Udc-2Vd-N*Vds)*D；
其中Udc为母线电压，Vd为二极管D3或D4的压降，Vds为单个MOS管的导通压降，D为PWM脉冲的占空比；
主控电路对于流经MOS管的电流和整流续流电路输出的直流电压设定的阈值低于驱动电路设定的阈值；
所述整流续流电路包括二极管D1、电感L1，电容C1，双体二极管D2，变压器输出电压经双体二极管D2整流后，通过电感L1，电容C1储能滤波后输出直流电压；双体二极管D2与电感L1，电容C1构成续流回路。
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GR01 Patent grant
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