CN110445386A - 一种两级隔离电源 - Google Patents

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Abstract

一种两级隔离电源，包括都是用变压器隔离的前级隔离电路和后级隔离电路，后级隔离电路的输入端连接到前级隔离电路的输出端；前级隔离电路的初次级之间的等效电容C11与前级外加初次级跨接电容C12一起构成前级隔离电路的等效隔离电容C1，后级隔离电路的初次级之间的等效电容C21与后级外加初次级跨接电容C22一起构成后级隔离电路的等效隔离电容C2；通过调整所述前级外加初次级跨接电容C12和所述后级外加初次级跨接电容C22的容值大小，也就改变了等效隔离电容C1和等效隔离电容C2的容值大小，可以改变等效隔离电容C1与等效隔离电容C2对于外界高电压的分压比例。

Description

一种两级隔离电源
技术领域
本发明涉及一种能通过绝缘耐压测试的电源，尤其涉及一种两级隔离电源。
背景技术
耐电压测试的实质是在被测产品电气上本不连接的两部分间施加一段时间的同频高压，以检验有无绝缘崩溃。测试电压须参照各相关的安规标准并视工作电压及绝缘等级而定，通常使用交流电压，若有电容器类零件横跨于待测绝缘上，则建议使用直流电压做测试，但测试电压须为1.414倍的交流测试电压。耐电压测试可以查出可能的瑕疵，譬如在制造过程期间造成的漏电距离和电气间隙不够。
高压通常是应用的在横跨被测试绝缘材料的二个部件之间，譬如，对介于电源的初级(Primary)和次级(Secondary)电路之间的绝缘材料进行测试，这时输出短接在一起。耐压测试仪的接地探针与短接在一起的输出相连，同时高压探针与L和N连接(L和N短接)，在耐电压测试期间被测产品不工作。如果绝缘材料在两个部件之间是足够的，那么加在两个由绝缘体分离的导体之间的大电压只能产生非常小的电流流过绝缘体。
在一些电源系统中，有时会有多个DC/DC变换器。
比如，主功率电源是一个变压器隔离的DC/DC变换器，辅助电源也是一个变压器隔离的DC/DC变换器，辅助电源的初级给主功率电源的初级的控制电路供电，辅助电源的次级给主功率电源的次级的控制电路供电；在这种情况下，对该电源系统的初次级之间进行耐电压测试，辅助电源的初次级之间与主功率电源的初次级之间一样，都会承受高电压。
还有一种情况是这样的，主功率电源是一个变压器隔离的DC/DC变换器，另外还有一个小功率电源，该小功率电源是一个变压器隔离的DC/DC变换器，小功率电源的输入端连接到主功率电源的输出端；为了让小功率电源体积减小，通常会减小小功率电源初次级之间的距离；这就可能造成耐电压测试不能通过的结果。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能通过绝缘耐压测试的电源，尤其涉及一种两级隔离电源，其有效解决了现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种两级隔离电源，包括前级隔离电路和后级隔离电路，前级隔离电路为一个用变压器隔离的DC/DC变换器电路，后级隔离电路为一个用变压器隔离的DC/DC变换器电路，后级隔离电路的输入端连接到前级隔离电路的输出端；前级隔离电路的初次级之间的等效电容C11与前级外加初次级跨接电容C12一起构成前级隔离电路的等效隔离电容C1，后级隔离电路的初次级之间的等效电容C21与后级外加初次级跨接电容C22一起构成后级隔离电路的等效隔离电容C2。
当外界高电压窜入到两级隔离电源的前级隔离电路的输入端与后级隔离电路的输出端之间，等效隔离电容C1与等效隔离电容C2串联，再与其他器件串联后一起承担外界高电压；通过调整所述前级外加初次级跨接电容C12和所述后级外加初次级跨接电容C22的容值大小，也就改变了等效隔离电容C1和等效隔离电容C2的容值大小，可以改变等效隔离电容C1与等效隔离电容C2对于外界高电压的分压比例。
一种两级隔离电源，还包括交流输入EMI滤波器、整流滤波电路，所述整流滤波电路的输出连接所述前级隔离电路的输入端。
对于下述情况：主功率电源是一个变压器隔离的DC/DC变换器，另外还有一个小功率电源，该小功率电源是一个变压器隔离的DC/DC变换器，小功率电源的输入端连接到主功率电源的输出端；为了让小功率电源体积减小，通常会减小小功率电源初次级之间的距离。
以上描述的也是一种两级隔离电源，主功率电源的等效隔离电容C1，小功率电源的等效隔离电容C2；改变等效隔离电容C1和等效隔离电容C2的容值大小，就可以改变等效隔离电容C1与等效隔离电容C2对于外界高电压的分压比例；具体的说，由于等效隔离电容C1与等效隔离电容C2串联，增大C2的容值，就会减小等效隔离电容C2对于外界高电压的分压比例，从而，即使小功率电源初次级之间的距离减小，也能保证小功率电源初次级之间不会出现被高电压击穿并引起绝缘崩溃的结果。
本发明具有以下有益技术效果：相较于现有技术，本发明通过调整前级等效隔离电容和后级等效隔离电容的容值大小，合理分配了前级等效隔离电容C1与后级等效隔离电容C2对于外界高电压的分压比例，从而满足了耐电压测试的要求。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的一种两级隔离电源的电路原理图；图中，201为输入交流电进入的交流输入EMI滤波器、整流滤波电路，整流滤波电路为整流桥D101后面接PFC电路，输出直流电压供给后面的电路，即前级隔离电路的输入端；PFC电路包括滤波电容C101，电感、MOS管、二极管、PFC输出电容，PFC保证了交流输入的高功率因数。
图中的202为前级隔离电路，前级隔离电路为一个半桥DC/DC变换器电路，C102为其输出滤波电容，输出电压为Vd；图中的GND1为半桥DC/DC变换器的初级直流地，GND2为半桥DC/DC变换器的次级直流地；
C11为前级隔离电路的初次级之间的等效电容，C11主要是半桥DC/DC变换器的变压器的绕组之间的分布电容形成的，C11也包括半桥DC/DC变换器的初次级之间的其他器件之间形成的分布电容；C11与前级外加初次级跨接电容C12一起构成前级隔离电路的等效隔离电容C1。C1的容值为C11与C12的容值之和。
图中的203为后级隔离电路，后级隔离电路为一个反激DC/DC变换器电路，输出端分别为Vo+和Vo-；后级隔离电路的输入端连接到前级隔离电路的输出端；图中的GND2为反激变换器的初级直流地，Vo-为反激变换器的次级直流地；
C21为后级隔离电路的初次级之间的等效电容，C21主要是反激DC/DC变换器的变压器的绕组之间的分布电容形成的，C21也包括反激DC/DC变换器的初次级之间的其他器件之间形成的分布电容；C21与后级外加初次级跨接电容C22一起构成后级隔离电路的等效隔离电容C2。C2的容值为C21与C22的容值之和。
对图示的两级隔离电源进行耐电压测试，耐压测试仪的接地探针与短接在一起的输出相连，同时高压探针与L和N连接(L和N短接)，在耐电压测试期间被测产品不工作。
高压探针相对于接地探针为正电压的时候，假设该正电压为3600V，该正电压经过交流输入EMI滤波器、整流桥D101到达滤波电容C101的正端，再到C101的负端即GND1，经过前级隔离电路的等效隔离电容C1到达GND2，经过C102到达C102的正端即Vd，再经过后级隔离电路的等效隔离电容C2到达终点Vo-。交流输入EMI滤波器、整流桥D101的承担的压降很小，该正电压主要由C101、C102、C1、C2这4个电容串联承担；由于C101、C102的电容量是微法级的，C1、C2的电容量是纳法级的，所以，该正电压主要由C1、C2这2个电容串联承担。
高压探针相对于接地探针为负电压的时候，假设该负电压为-3600V，该负电压经过交流输入EMI滤波器、整流桥D101到达滤波电容C101的负端，即GND1，经过前级隔离电路的等效隔离电容C1到达GND2，经过C102到达C102的正端即Vd，再经过后级隔离电路的等效隔离电容C2到达终点Vo-。交流输入EMI滤波器、整流桥D101的承担的压降很小，该负电压主要由C102、C1、C2这3个电容串联承担；由于C102的电容量是微法级的，C1、C2的电容量是纳法级的，所以，该负电压主要由C1、C2这2个电容串联承担。
所以，无论高压探针相对于接地探针的电压为正或者为负，最终都是由C1、C2这2个电容串联承担高压；下面将不再区分高压探针相对于接地探针的电压的正负。
假设C11＝0.5nF，C21＝0.2nF；如果前级外加初次级跨接电容C12＝0.5nF，后级外加初次级跨接电容C22＝0.8nF，那么就有C1＝C2＝1nF，C1、C2这2个电容串联，分别承担1800V。
这时候，前级隔离电路的变压器与后级隔离电路的变压器也都是承担1800V的高压。
半桥DC/DC变换器是主功率电源，反激DC/DC变换器是小功率电源；小功率电源的变压器比较小，初次级之间的距离也比较小，为了保证小功率电源初次级之间不会出现被高电压击穿并引起绝缘崩溃的结果，可以按照如下方法：
仍然假设C11＝0.5nF，C21＝0.2nF，前级外加初次级跨接电容C12＝0.5nF，选择后级外加初次级跨接电容C22＝2.8nF，那么就有C1＝1nF，C2＝3nF，C1、C2这2个电容串联，分别承担2700V和900V；这时候，前级隔离电路的变压器承担2700V高压，后级隔离电路的变压器承担900V的高压，从而降低了小功率电源初次级之间的电压。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种两级隔离电源，其特征在于，包括前级隔离电路和后级隔离电路，前级隔离电路为一个用变压器隔离的DC/DC变换器电路，后级隔离电路为一个用变压器隔离的DC/DC变换器电路，后级隔离电路的输入端连接到前级隔离电路的输出端；前级隔离电路的初次级之间的等效电容C11与前级外加初次级跨接电容C12一起构成前级隔离电路的等效隔离电容C1，后级隔离电路的初次级之间的等效电容C21与后级外加初次级跨接电容C22一起构成后级隔离电路的等效隔离电容C2。
2.如权利要求1所述的一种两级隔离电源，其特征在于，外界高电压窜入到两级隔离电源的前级隔离电路的输入端与后级隔离电路的输出端之间，等效隔离电容C1与等效隔离电容C2串联，再与其他器件串联后一起承担外界高电压；通过调整所述前级外加初次级跨接电容C12和所述后级外加初次级跨接电容C22的容值大小，也就改变了等效隔离电容C1和等效隔离电容C2的容值大小，可以改变等效隔离电容C1与等效隔离电容C2对于外界高电压的分压比例。
3.如权利要求1所述的一种两级隔离电源，其特征在于，还包括交流输入EMI滤波器、整流滤波电路，所述整流滤波电路的输出连接所述前级隔离电路的输入端。
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