CN110829557A - 一种隔离型无电解电容恒流充电电路及其切换方法 - Google Patents
一种隔离型无电解电容恒流充电电路及其切换方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110829557A CN110829557A CN201911062843.3A CN201911062843A CN110829557A CN 110829557 A CN110829557 A CN 110829557A CN 201911062843 A CN201911062843 A CN 201911062843A CN 110829557 A CN110829557 A CN 110829557A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- energy storage
- energy
- current
- loop
- switch tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 55
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 37
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 8
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000007600 charging Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/3353—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having at least two simultaneously operating switches on the input side, e.g. "double forward" or "double (switched) flyback" converter
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明一种隔离型无电解电容恒流充电电路，包含有主电路和辅助储能回路；辅助储能回路的供能回路二极管Ds2的阴极连接至桥式整流电路的正端及反激变换器T的原边绕组Np的同名端，供能回路二极管Ds2的阳极连接供能回路开关管Q3的漏极，供能回路开关管Q3的源极连接储能回路开关管Q2的漏极及储能电容Cb的正极，储能回路开关管Q2的源极连接辅助二极管Ds1的阴极，辅助二极管Ds1的阳极连接辅助绕组Ns2的异名端，辅助绕组Ns2的同名端连接原边绕组Np及储能电容Cb的负极。本发明一种隔离型无电解电容恒流充电电路，具有使用寿命长且充电效果佳的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种恒流充电电路及切换方法，尤其是涉及一种基于无电解电容的隔离式恒流充电电路及切换方法。
背景技术
近年来，电力电子技术的飞速发展带动了各类便携式电子产品推陈出新，便携式电子设备高度依赖储能电池。如今，笔记本电脑、便携大功率照明设备灯等便携式设备常采用的储能电池为锂电池，为延长锂电池使用寿命，常采用恒流充电模式。
但目前此类恒流充电式的充电器的体积较大，且为减小输出纹波，电路中大量采用了电解电容，而电解电容有寿命较短、体积较大、对温度敏感等缺点，从而不但制约着充电器的使用寿命，且充电效果不佳；为此，需要合理的电路设计实现替换常规恒流充电电路中的电解电容。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种隔离型无电解电容恒流充电电路及其切换方法，具有使用寿命长且充电效果佳的优点。
本发明的目的是这样实现的：
一种隔离型无电解电容恒流充电电路，包含有主电路和辅助储能回路；
主电路的交流输入源经过LC滤波器后接入桥式整流电路，桥式整流电路的正端连接反激变换器T的原边绕组Np的同名端，原边绕组Np的异名端与主开关管Q1的漏极相连接，主开关管Q1的源极连接至桥式整流电路的负端，反激变换器T的副边绕组Ns1的异名端连接副边开关管Q4的漏极，副边开关管Q4的源极连接至输出滤波电容二Co及锂电池BT的正极，输出滤波电容二Co及锂电池BT的负极连接至辅助绕组Ns1的同名端；
辅助储能回路的供能回路二极管Ds2的阴极连接至桥式整流电路的正端及反激变换器T的原边绕组Np的同名端，供能回路二极管Ds2的阳极连接供能回路开关管Q3的漏极，供能回路开关管Q3的源极连接储能回路开关管Q2的漏极及储能电容Cb的正极，储能回路开关管Q2的源极连接辅助二极管Ds1的阴极，辅助二极管Ds1的阳极连接辅助绕组Ns2的异名端，辅助绕组Ns2的同名端连接原边绕组Np及储能电容Cb的负极。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在传统反激变换器的基础上增加了辅助绕组，实现瞬时输入功率及输出功率能量差的吸收与释放；通过提高辅助储能电路中储能电容的平均电压以及电压的纹波，实现了降低电容容值，最终实现了非电解电容的替代；该隔离型无电解电容恒流充电拥有无电解电容、功率因数高、集成度高、效率高、使用寿命长等特点及优点。
附图说明
图1为本发明一种隔离型无电解电容恒流充电电路的拓扑结构图；
图2为本发明一种隔离型无电解电容恒流充电电路一个工频周期内主要工作波形。
图3和图4为本发明一种隔离型无电解电容恒流充电电路在一个开关周期内主要工作波形（图3为瞬时输入大于输出功率，图4为瞬时输入小于输出功率）。
图5~8、以及图9~12为本发明一种隔离型无电解电容恒流充电电路在一个开关周期内各开关模态等效电路（其中图5~8为输入大于输出功率阶段各工作模态等效电路图，图9~12为瞬时输入功率小于输出功率阶段各模态等效电路图）。
其中：
滤波电容一Cf、滤波电感Lf、桥式整流电路、反激变换器T、原边绕组Np、副边绕组Ns1、辅助绕组Ns2、主开关管Q1、副边开关管Q4、副边二极管Ds、滤波电容二Co、锂电池BT；
辅助储能电容Cb、辅助二极管Ds1、储能回路开关管Q2、供能回路二极管Ds2、供能回路开关管Q3。
具体实施方式
参见图1，本发明涉及的一种隔离型无电解电容恒流充电电路，包含有主电路和辅助储能回路；
主电路包含交流输入源、滤波电容一Cf、滤波电感Lf、桥式整流电路、反激变换器T、原边绕组Np、副边绕组Ns1、辅助绕组Ns2、主开关管Q1、副边开关管Q4、副边二极管Ds、滤波电容二Co及锂电池BT；
辅助储能回路包含有辅助储能电容Cb、辅助二极管Ds1、储能回路开关管Q2、供能回路二极管Ds2、供能回路开关管Q3；
主电路的交流输入源经过LC滤波器后接入桥式整流电路，桥式整流电路的正端连接反激变换器T的原边绕组Np的同名端，原边绕组Np的异名端与主开关管Q1的漏极相连接，主开关管Q1的源极连接至桥式整流电路的负端，反激变换器T的副边绕组Ns1的异名端连接副边开关管Q4的漏极，副边开关管Q4的源极连接至输出滤波电容二Co及锂电池BT的正极，输出滤波电容二Co及锂电池BT的负极连接至辅助绕组Ns1的同名端；
辅助储能回路的供能回路二极管Ds2的阴极连接至桥式整流电路的正端及反激变换器T的原边绕组Np的同名端，供能回路二极管Ds2的阳极连接供能回路开关管Q3的漏极，供能回路开关管Q3的源极连接储能回路开关管Q2的漏极及储能电容Cb的正极，储能回路开关管Q2的源极连接辅助二极管Ds1的阴极，辅助二极管Ds1的阳极连接辅助绕组Ns2的异名端，辅助绕组Ns2的同名端连接原边绕组Np及储能电容Cb的负极。
本发明采用在反激变换器中增加辅助绕组，构建辅助储能电路的方式，实现瞬时输入pin、输出po脉动功率差的储存与释放，在辅助储能回路设计中，通过合理增大辅助储能电容的电压平均值及提高电压纹波大小，实现了小容值非电解电容的有效替代，保证输出电流保持恒定，它的工作模式可以分成2工作阶段。
1、不同工作阶段的工作原理
1.1 输入功率大于输出功率阶段
瞬时输入功率大于输出功率阶段共有4种工作模态，各个工作模态对应的等效电路如图5~8所示。
工作模态一（t0-t1）
如图5所示为该工作模态等效电路，供能回路开关管Q3在此功率阶段保持常断状态。在t0之前，反激变换器原边电感电流iLm与副边电流iDs均为0，由输出滤波电容向LED负载供电。t0时刻，主开关管Q1导通，供能回路二极管Ds2及储能回路二极管Ds1在主开关管Q1开通期间内承受反向电压截止。主开关管Q1导通期间，原边电感电流iLm线性上升。在t1时刻，主开光管Q1关断，原边电感电流iLm达到峰值。
工作模态二（t1-t2）
如图图6所示为该工作模态等效电路，在t1时刻Q1关断后，储能回路开关管Q2开通，储能回路开始工作。在此开关周期内，除供给输出LED负载的能量外，多余的能量通过储能回路，储存在Cb中。在此模态内，原边电感电流持续下降，储能电容的电压升高。LED负载继续由输出滤波电容供能。
工作模态三（t2-t3）
如图7所示为该工作模态等效电路，在t2时刻，储能回路工作完毕，副边开关管Q4导通，其余开关管保持关断状态。变压器中储存的剩余能量通过反激变换器副边开关管Q4、副边二极管Ds2所在地输出回路向LED负载供电。
t2时刻，副边电流为工作模态三中的峰值，可根据工作模态二中辅助储能回路电流峰值计算获得。在t2到t3期间，副边电流由峰值线性下降，为LED负载供能。副边回路的电流持续下降，在t3时刻，变压器中所储存的能量完全释放，副边电流下降为0。
工作模态四（t3-t4）
如图8所示为该模态等效电路，在变压器内能量全部传递到输出，副边电流下降为0后，进入模态４。工作模态４中，原边电感电流iLm及副边电流iDs都为0。LED负载所需能量由输出滤波电容提供。
2.2 输入功率小于输出功率阶段
当进入瞬时输入功率大于输出功率阶段，任意开关周期内的主要波形如图4所示。瞬时输入功率和输出功率的大小关系转变，导致拓扑的工作模态、工作波形、能量流动方向、等效电路图都产生变化。
图9~12所示为瞬时输入小于输出功率阶段等效电路图。
工作模态一（t0-t1）：
如图9所示为该模态等效电路，储能回路开关管Q2保持常断状态，储能回路在这一阶段不工作，Cb在此工作阶段中仅供能，储能电容电压持续下降。在t0时刻，反激变换器原边电感电流iLm与副边电流iDs均已为0。主开关管Q1导通，副边二极管Ds1在主开关管Q1开通期间内承受反向电压截止。反激变换器原边电感电流iLm线性上升。
工作模态二（t1-t2）：
如图10所示为该工作模态等效电路，由于瞬时输入小于输出功率阶段期间，每个开周期内，输入功率无法为输出LED负载提供足够的能量。在此功率阶段t1时刻，关断主开关Q1并开通供能回路二极管Q3，副边开关管Q3保持关断状态。辅助储能电容Cb向反激变换器原边电感放电，原边电感电流上升，变压器中储存的能量增加。
工作模态三（t2-t3）：
如图11所示为该工作模态等效电路，在t2时刻，主开关管Q4导通，其余开关管保持断开。副边二极管Ds承受正向电压导通，经过工作模态二中供能回路的能量补充，原边电感中剩余的能量传递到副边供给输出。由于LED负载持续耗能，副边电流从工作模态二中的最大值开始线性下降，在t3时刻，副边输出回路的电流下降为0。
工作模态四（t3-t4）：
如图12所示为该工作模态等效电路，在副边电流下降为0后，进入工作模态４。LED负载所需能量由输出滤波电容提供，原边电感电流为0，工作于电感电流断续模式。
本发明采用在传统反激式恒流充电电路中，合理增加辅助绕组，构建了辅助储能电路，实现了高效率、高PF及恒流输出。通过辅助储能回路，实现了瞬时输入pin、输出po脉动功率差的储存与释放，合理增大辅助储能电容的电压平均值及提高电压纹波大小，实现了小体积、小容值非电解电容的有效替代。
另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种隔离型无电解电容恒流充电电路，其特征在于：包含有主电路和辅助储能回路；
主电路的交流输入源经过LC滤波器后接入桥式整流电路，桥式整流电路的正端连接反激变换器T的原边绕组Np的同名端，原边绕组Np的异名端与主开关管Q1的漏极相连接，主开关管Q1的源极连接至桥式整流电路的负端，反激变换器T的副边绕组Ns1的异名端连接副边开关管Q4的漏极，副边开关管Q4的源极连接至输出滤波电容二Co及锂电池BT的正极，输出滤波电容二Co及锂电池BT的负极连接至辅助绕组Ns1的同名端；
辅助储能回路的供能回路二极管Ds2的阴极连接至桥式整流电路的正端及反激变换器T的原边绕组Np的同名端，供能回路二极管Ds2的阳极连接供能回路开关管Q3的漏极，供能回路开关管Q3的源极连接储能回路开关管Q2的漏极及储能电容Cb的正极，储能回路开关管Q2的源极连接辅助二极管Ds1的阴极，辅助二极管Ds1的阳极连接辅助绕组Ns2的异名端，辅助绕组Ns2的同名端连接原边绕组Np及储能电容Cb的负极。
2.如权利要求1所述一种隔离型无电解电容恒流充电电路的切换方法，其特征在于：
当输入功率大于输出功率阶段时：
瞬时输入功率大于输出功率阶段共有四种工作模态：
工作模态一（t0-t1）
供能回路开关管Q3在此功率阶段保持常断状态，在t0之前，反激变换器原边电感电流iLm与副边电流iDs均为0，由输出滤波电容向LED负载供电；t0时刻，主开关管Q1导通，供能回路二极管Ds2及储能回路二极管Ds1在主开关管Q1开通期间内承受反向电压截止；主开关管Q1导通期间，原边电感电流iLm线性上升；在t1时刻，主开光管Q1关断，原边电感电流iLm达到峰值；
工作模态二（t1-t2）
在t1时刻Q1关断后，储能回路开关管Q2开通，储能回路开始工作；在此开关周期内，除供给输出LED负载的能量外，多余的能量通过储能回路，储存在Cb中；在此模态内，原边电感电流持续下降，储能电容的电压升高；LED负载继续由输出滤波电容供能；
工作模态三（t2-t3）
在t2时刻，储能回路工作完毕，副边开关管Q4导通，其余开关管保持关断状态；变压器中储存的剩余能量通过反激变换器副边开关管Q4、副边二极管Ds2所在地输出回路向LED负载供电；
t2时刻，副边电流为工作模态三中的峰值，可根据工作模态二中辅助储能回路电流峰值计算获得；在t2到t3期间，副边电流由峰值线性下降，为LED负载供能；副边回路的电流持续下降，在t3时刻，变压器中所储存的能量完全释放，副边电流下降为0；
工作模态四（t3-t4）
在变压器内能量全部传递到输出，副边电流下降为0后，进入工作模态四，此时，原边电感电流iLm及副边电流iDs都为0；LED负载所需能量由输出滤波电容提供；
当输入功率小于输出功率阶段时：
工作模态一（t0-t1）：
储能回路开关管Q2保持常断状态，储能回路在这一阶段不工作，Cb在此工作阶段中仅供能，储能电容电压持续下降；在t0时刻，反激变换器原边电感电流iLm与副边电流iDs均已为0；主开关管Q1导通，副边二极管Ds1在主开关管Q1开通期间内承受反向电压截止；反激变换器原边电感电流iLm线性上升；
工作模态二（t1-t2）：
由于瞬时输入小于输出功率阶段期间，每个开周期内，输入功率无法为输出LED负载提供足够的能量；在此功率阶段t1时刻，关断主开关Q1并开通供能回路二极管Q3，副边开关管Q3保持关断状态；辅助储能电容Cb向反激变换器原边电感放电，原边电感电流上升，变压器中储存的能量增加；
工作模态三（t2-t3）：
在t2时刻，主开关管Q4导通，其余开关管保持断开；副边二极管Ds承受正向电压导通，经过工作模态二中供能回路的能量补充，原边电感中剩余的能量传递到副边供给输出；由于LED负载持续耗能，副边电流从工作模态二中的最大值开始线性下降，在t3时刻，副边输出回路的电流下降为0；
工作模态四（t3-t4）：
在副边电流下降为0后，进入工作模态四；此时，LED负载所需能量由输出滤波电容提供，原边电感电流为0，工作于电感电流断续模式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911062843.3A CN110829557A (zh) | 2019-11-04 | 2019-11-04 | 一种隔离型无电解电容恒流充电电路及其切换方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911062843.3A CN110829557A (zh) | 2019-11-04 | 2019-11-04 | 一种隔离型无电解电容恒流充电电路及其切换方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110829557A true CN110829557A (zh) | 2020-02-21 |
Family
ID=69552353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911062843.3A Pending CN110829557A (zh) | 2019-11-04 | 2019-11-04 | 一种隔离型无电解电容恒流充电电路及其切换方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110829557A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112448601A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-03-05 | Oppo广东移动通信有限公司 | 电源提供装置、电路控制方法及供电系统 |
| WO2021203870A1 (zh) * | 2020-04-10 | 2021-10-14 | 华为技术有限公司 | 一种充电装置及其控制方法、充电系统 |
-
2019
- 2019-11-04 CN CN201911062843.3A patent/CN110829557A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021203870A1 (zh) * | 2020-04-10 | 2021-10-14 | 华为技术有限公司 | 一种充电装置及其控制方法、充电系统 |
| CN112448601A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-03-05 | Oppo广东移动通信有限公司 | 电源提供装置、电路控制方法及供电系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102364859B (zh) | 开关电源控制装置及包含该控制装置的反激式开关电源 | |
| CN108601146B (zh) | 一种单级高功率因数和低输出纹波Flyback/Sepic LED驱动电路 | |
| CN203775058U (zh) | 一种基于单端反激变压器漏感能量利用的led驱动电源 | |
| CN103997248A (zh) | 具有高电压增益的开关耦合电感软开关单级可升压逆变器 | |
| WO2022110813A1 (zh) | 掉电延时保护电路及控制方法 | |
| CN111432524A (zh) | 一种单级非隔离高功率因数无电解电容led驱动电源 | |
| CN110829557A (zh) | 一种隔离型无电解电容恒流充电电路及其切换方法 | |
| CN104619076A (zh) | 一种无电解电容交错并联反激led驱动电源 | |
| CN110492737B (zh) | 一种单级隔离型无电解电容led驱动电源及切换方法 | |
| CN104768291A (zh) | 改进型Cuk无电解电容LED驱动电源 | |
| CN109068444B (zh) | 一种单级非隔离型无电解电容led驱动电源及切换方法 | |
| CN203645540U (zh) | 带耦合电感的高效率高增益dc-dc变换器 | |
| CN210780188U (zh) | 一种隔离型无电解电容恒流充电电路 | |
| US20200127553A1 (en) | Ac-dc power converter | |
| Hsu et al. | A single stage single switch valley switching Flyback-Forward converter with regenerative snubber and PFC for LED light source system | |
| US11817795B2 (en) | Switching power supply circuit | |
| CN109936888B (zh) | 高频驱动电路及使用该高频驱动电路的照明装置 | |
| CN115642800A (zh) | 一种非隔离高电压增益单开关dc-dc变换器及其控制方法 | |
| KR102142630B1 (ko) | 전압구동형 동기정류기 구동회로 | |
| TWI506938B (zh) | Single - switch - type load - sharing resonator | |
| Zawawi et al. | A single-stage power factor corrected LED driver with dual half-wave rectifier | |
| CN112601318A (zh) | 一种led驱动电路及其驱动方法 | |
| CN106787706B (zh) | 耦合电感混合举升压变换器 | |
| CN110707918A (zh) | 一种集成功率解耦电路的pfc ac/dc变换器控制电路 | |
| CN113099576B (zh) | 一种单级式两开关无电解电容led驱动电源及控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |