CN110690819A - 一种推挽型开关电源钳位电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种推挽型开关电源钳位电路，所述电路包括：电源补偿模块、钳位控制模块和功率输出模块；所述电源补偿模块分别与所述钳位控制模块和电源连接，所述电源补偿模块用于在所述电源的电压发生波动时，为所述钳位控制模块提供补偿后的钳位控制电压；所述钳位控制模块与所述功率输出模块连接，所述钳位控制模块通过所述钳位控制电压对所述功率输出模块控制极进行反馈进而控制钳位电压。本发明通过上述电路不仅可以消除推挽型功率输出模块输出端的尖峰脉冲，还可以消除振铃信号，确保推挽型开关电源在功率输出模块输出截止时输出为0而不寄生任何杂散信号，输出的波形是标准的矩形波电压。

Description

一种推挽型开关电源钳位电路

技术领域

本发明涉及钳位电路技术领域，特别是涉及一种推挽型开关电源钳位电路。

背景技术

现代工业、医学等领域中超声波技术获得了广泛应用，但是，目前仍然存在不少难题：1、超声波振子一致性很差，时变性过大，使得功率超声波匹配比较困难；2、为了获得高效大功率输出，通常采用数字驱动的变压器输出方式，因为存在变压器漏感，导致输出的功率矩形波在功率输出模块截止期间波形附有各种难以消除的尖峰、振铃电压，致使驱动超声波的波形质量很差，降低了系统效率和工作效果。

现有技术中，通常的做法是在输出管的集电极(或者场效应管的漏极)并联RC串联吸收电路，虽然电路简单，成本低下，但是也仅仅能够消除漏感引起的过大的尖峰脉冲，无法消除振铃信号，输出波形仍然杂乱无章。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能消除尖峰脉冲，又能消除振铃信号的钳位电路。

为实现上述目的，本发明提供了一种推挽型开关电源钳位电路，所述电路包括：电源补偿模块、钳位控制模块和功率输出模块；

所述电源补偿模块分别与所述钳位控制模块和电源连接，所述电源补偿模块用于在所述电源的电压发生波动时，为所述钳位控制模块提供补偿后的钳位控制电压；

所述钳位控制模块与所述功率输出模块连接，所述钳位控制模块通过所述钳位控制电压对所述功率输出模块的控制极进行反馈进而控制钳位输出电压。

优选地，所述电源补偿模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一稳压二极管和第一三极管；

所述第一电阻的一端与所述电源连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端和所述第一稳压二极管的负极连接，所述第一稳压二极管的正极与所述第一三极管的基极连接；

所述第一三极管的集电极与所述钳位控制模块连接，所述第一三极管的发射极与所述第三电阻的一端连接；

所述第三电阻的另一端与所述第二电阻的另一端连接。

优选地，所述钳位控制模块包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第二稳压二极管、第二三极管、电容和稳压基准集成块；

所述第五电阻的一端分别与所述第六电阻的一端和钳位电压输出端连接，所述第五电阻的另一端分别与所述第一三极管的集电极、所述第四电阻的一端和所述稳压基准集成块的参考端连接；所述钳位电压输出端为所述第二三极管的发射极与所述功率输出模块的输出极连接处；

所述第六电阻的另一端分别与所述第七电阻的一端和所述稳压基准集成块的阴极连接；所述第七电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接；所述第二三极管的发射极与所述钳位电压输出端连接；

所述电容的一端和所述第八电阻的一端均与所述第二三极管的集电极连接；所述电容的另一端和所述第八电阻的另一端均与所述第九电阻的一端连接，且与所述功率输出模块的控制端、第二稳压二极管的负极连接；所述功率输出模块的输出极和所述钳位电压输出端连接；

所述功率输出模块的接地端、所述第九电阻的另一端、所述第二稳压二极管的正极、所述第四电阻的另一端均相连接，且与所述第三电阻的另一端和所述第二电阻的另一端连接。

优选地，所述功率输出模块为场效应管、IGBT或者其组合。

优选地，所述钳位电压计算公式为：

式中：R₄为第四电阻的电阻值，R₅为第五电阻的电阻值，V为钳位电压值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过电源补偿模块为钳位控制电压提供补偿，通过钳位控制模块对功率输出模块的控制端进行反馈控制，消除尖峰脉冲和振铃信号，同时结构简单，成本低，易于操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明推挽型开关电源钳位电路的结构图。

其中，1-电源补偿模块，2-钳位控制模块，3-功率输出模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种高效率、结构简单、易操作推挽型开关电源钳位电路。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明推挽型开关电源钳位电路，与电源连接，所述电路包括：电源补偿模块1、钳位控制模块2和功率输出模块3。

所述电源补偿模块1分别与所述钳位控制模块2和所述电源连接，所述电源补偿模块1用于在所述电源的电压发生波动时，为所述钳位控制模块2提供补偿后的钳位控制电压；所述钳位控制模块2分别与所述功率输出模块3和所述电源补偿模块1连接，所述钳位控制模块2通过所述钳位电压V__CTL对所述功率输出模块3的漏极电压进行钳位，使得所述功率输出模块3的漏极电压保持稳定。

作为一种可选的实施方式，本发明所述电源补偿模块1包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一稳压二极管DW1和第一三极管Q1。

所述第一电阻R1的一端通过V__BAT与所述电源连接，所述第一电阻R1的另一端分别与所述第二电阻R2的一端和所述第一稳压二极管DW1的负极连接，所述第一稳压二极管DW1的正极与所述第一三极管的基极连接。

所述第一三极管Q1的集电极与所述钳位控制模块2连接，所述第一三极管Q1的发射极与所述第三电阻R3的一端连接。

所述第三电阻R3的另一端与所述第二电阻R2的另一端连接。

作为一种可选的实施方式，本发明所述钳位控制模块2包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第二三极管Q2、电容C1和稳压基准集成块IC1。

优选地，本实施例中所述IC1采用TL431集成块。

所述所述第五电阻R5的一端分别与所述第六电阻R6的一端和钳位电压V__CTL端连接，所述第五电阻R5的另一端分别与所述第一三极管Q1的集电极、所述第四电阻R4的一端和所述稳压基准集成块IC1的参考端连接；所述钳位电压V__CTL端为所述第二三极管Q2的发射极与所述功率输出模块3的漏极连接处。

所述第六电阻R6的另一端分别与所述第七电阻R7的一端和所述稳压基准集成块IC1的阴极连接；所述第七电阻R7的另一端与所述第二三极管Q2的基极连接；所述第二三极管Q2的发射极与所述钳位电压V__CTL端连接。

所述电容C1的一端和所述第八电阻R8的一端均与所述第二三极管Q2的集电极连接；所述电容C1的另一端和所述第八电阻R8的另一端均与所述第九电阻R9的一端连接，且与所述功率输出模块3的栅极、第二稳压二极管的负极连接；所述功率输出模块3的漏极和所述钳位电压V__CTL端连接。

所述功率输出模块3的源极、所述第九电阻R9的另一端、所述第二稳压二极管的正极、所述第四电阻R4的另一端均相连接，且与所述第三电阻R3的另一端和所述第二电阻的另一端连接连接。

本发明开关电源钳位电路具体工作原理如下：

当所述电源的电压升高时，经所述第一电阻R1和所述第二电阻R2分压后，所述第一电阻R1的另一端的电压相应的升高，经过所述第一稳压二极管DW1减压后经第一三极管Q1反相放大，所述第一三极管Q1的集电极的电压相应的降低；使得所述稳压基准集成块IC1的负极电压升高，经过所述第二三极管Q2反相放大，所述功率输出模块3的栅极的电压降低，使得所述功率输出模块3的漏极的电压补偿性的相应升高，即所述钳位电压V__CTL升高；反之，当所述电源的电压降低时，通过上述方法实现所述钳位电压V__CTL与所述电源的电压匹配性的降低，实现钳位电压根据电源的电压变化进行相应调整。

当由于所述电源的电压稳定后，由其他原因造成所述V_CTL的升高时，经过所述第五电阻R5和所述第四电阻R4的分压后，所述稳压基准集成块IC1的参考端的电压升高；使得所述稳压基准集成块IC1的负极的电压降低，经所述第二三极管Q2反向放大，所述功率输出模块3的栅极电压升高，使得所述功率输出模块3的漏极电压降低；反之，由其他原因造成所述V_CTL的降低时，通过上述方法实现所述功率输出模块3的漏极电压升高，使得所述V_CTL保持稳定。因此，有且只有所述电源的电压变化才会触发V_CTL的同步跟踪变化。

优选地，所述功率输出模块3为IGBT、场效应管或者其组合。

进一步地，所述钳位电压V__CTL，计算公式为：

式中：R₄为第四电阻R4的电阻值，R₅为第五电阻R5的电阻值，V为钳位电压V__CTL值。

本发明推挽型开关电源钳位电路具体公开了如下有益效果：

1、不仅消除了功率输出模块3的漏极或集电极的尖峰脉冲，还消除了振铃信号。

2、通过调整第五电阻R5可以实现任意钳位电压的需求。

3、通过功率输出模块3作为输出最终钳位器件，由于散热方便，很容易配合大功率、超大功率钳位需求。

4、通过电源电压补偿模块，确保功率钳位电压能够跟踪工作电源的波动自动微调钳位电压，确保功率输出模块3截止期间输出为0。同时仅需改变第一电阻R1可以适应任何工作电压，即可匹配任何工作电压。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的电路及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种推挽型开关电源钳位电路，其特征在于，所述电路包括：电源补偿模块、钳位控制模块和功率输出模块；

所述电源补偿模块分别与所述钳位控制模块和电源连接，所述电源补偿模块用于在所述电源的电压发生波动时，为所述钳位控制模块提供补偿后的钳位控制电压；

所述钳位控制模块与所述功率输出模块连接，所述钳位控制模块通过所述钳位控制电压对所述功率输出模块的控制极进行反馈进而控制钳位输出电压。

2.根据权利要求1所述的一种推挽型开关电源钳位电路，其特征在于，所述电源补偿模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一稳压二极管和第一三极管；

所述第一电阻的一端与所述电源连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端和所述第一稳压二极管的负极连接，所述第一稳压二极管的正极与所述第一三极管的基极连接；

所述第一三极管的集电极与所述钳位控制模块连接，所述第一三极管的发射极与所述第三电阻的一端连接；

所述第三电阻的另一端与所述第二电阻的另一端连接。

3.根据权利要求2所述的一种推挽型开关电源钳位电路，其特征在于，所述钳位控制模块包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第二稳压二极管、第二三极管、电容和稳压基准集成块；

所述第五电阻的一端分别与所述第六电阻的一端和钳位电压输出端连接，所述第五电阻的另一端分别与所述第一三极管的集电极、所述第四电阻的一端和所述稳压基准集成块的参考端连接；所述钳位电压输出端为所述第二三极管的发射极与所述功率输出模块的输出极连接处；

所述第六电阻的另一端分别与所述第七电阻的一端和所述稳压基准集成块的阴极连接；所述第七电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接；所述第二三极管的发射极与所述钳位电压输出端连接；

所述电容的一端和所述第八电阻的一端均与所述第二三极管的集电极连接；所述电容的另一端和所述第八电阻的另一端均与所述第九电阻的一端连接，且与所述功率输出模块的控制端、第二稳压二极管的负极连接；所述功率输出模块的输出极和所述钳位电压输出端连接；

所述功率输出模块的接地端、所述第九电阻的另一端、所述第二稳压二极管的正极、所述第四电阻的另一端均相连接，且与所述第三电阻的另一端和所述第二电阻的另一端连接。

4.根据权利要求3所述的一种推挽型开关电源钳位电路，其特征在于，所述功率输出模块为场效应管、IGBT或者其组合。

5.根据权利要求3所述的一种推挽型开关电源钳位电路，其特征在于，所述钳位电压计算公式为：

式中：R₄为第四电阻的电阻值，R₅为第五电阻的电阻值，V为钳位电压值。