CN114865925A - 前馈式谐振变换电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了前馈式谐振变换电源，包括第一整流电路、第一电容、半桥电路、谐振电路和第二整流电路，所述第一整流电路的输出端与所述第一电容并联，所述半桥电路的输入端与所述第一电容并联，所述半桥电路的输出端与所述谐振电路的输入端并联，所述谐振电路包括变压器，所述变压器的原边绕组与谐振电感和谐振电容串联，所述变压器的副边绕组与所述第二整流电路并联，还包括第一电感，所述第一电感的第一端连接交流电，第二端连接切换开关的动触点，所述切换开关的第一静触点连接所述变压器，所述切换开关的第二静触点连接所述半桥电路的桥臂中点。

Description

前馈式谐振变换电源
技术领域
本发明有关单级式交流直流变换电源，且特别是有关于前馈式谐振变换电源。
背景技术
使用110-130V电压等级的国家和地区有美国、加拿大、墨西哥、巴拿马等，使用220-230V的有中国、英国、德国、法国、新加坡等，为了适应不同国家和地区的电压等级，手机、电脑适配器需要做适应调整，以满足不同的电压需求。
发明内容
本发明提供一种前馈式谐振变换电源，检测输入电压的电压等级，并根据电压等级调整能量前馈的方式。从而能够在硬件电路不变的条件下适应不用电压等级的输入电压。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
前馈式谐振变换电源，包括第一整流电路、第一电容、半桥电路、谐振电路和第二整流电路，所述第一整流电路的输出端与所述第一电容并联，所述半桥电路的输入端与所述第一电容并联，所述半桥电路的输出端与所述谐振电路的输入端并联，所述谐振电路包括变压器，所述变压器的原边绕组与谐振电感和谐振电容串联，所述变压器的副边绕组与所述第二整流电路并联，还包括第一电感，所述第一电感的第一端连接交流电，第二端连接切换开关的动触点，所述切换开关的第一静触点连接所述变压器，所述切换开关的第二静触点连接所述半桥电路的桥臂中点。
上述交流电低于设定值时，所述动触点与所述第二静触点连接，所述交流电高于设定值时，所述动触点与所述第一静触点连接。
上述前馈式谐振变换电源还包括驱动电路，所述驱动电路驱动所述切换开关，所述驱动电路包括比较器，所述比较器的第一输入端输入所述设定值，第二输入端输入所述交流电，所述比较器的输出端连接第三开关的控制端，所述第三开关与所述切换开关的控制线圈串联，所述第三开关闭合，所述控制线圈通电。所述线圈不通电时，所述动触点与所述第一静触点连接，所述线圈通电后，所述动触点与所述第二静触点连接。
所述交流电小于设定时，所述第三开关闭合，所述交流电大于设定值时，所述第三开关关断。
所述比较器的第一输入端为正向输入端，第二输入端为反向输入端。所述比较器输出端输出高电平时，所述第三开关闭合，所述比较器输出端输低电平时，所述第三开关关断。
上述交流电经过整流后与所述第一电感的一端连接。
上述原边绕组包括中间抽头，所述第一静触点与所述中间抽头连接。
上述变压器包括第一变压器和第二变压器，所述第一变压器和第二变压器的原边绕组串联，所述第一静触点与所述第一变压器和第二变压器的原边绕组的串联中点连接。
上述第一变压器和第二变压器的副边绕组并联。
上述交流电经过整流后输入所述比较器的第二输入端。
上述比较器的第二输入端与所述第一电感的第一端连接。
上述半桥电路包括串联连接的第一开关和第二开关，所述谐振电路与所述第一开关或者所述第二开关并联。
本发明在输入交流电为低电压时，第一电感将交流电前馈至所述半桥电路的电路中点，这样所述第一电容两端的电压值较高，在输入交流电为高电压时，第一电感将交流电前馈至所述变压器的中间抽头，经过变压器部分绕组的分压作用降低了所述第一电容两端电压，便于保持所述第一电容两端的电压稳定。
为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明前馈式谐振变换电源的第一具体实施例。
图2为本发明前馈式谐振变换电源的第二具体实施例。
图3为本发明前馈式谐振变换电源的第三具体实施例。
图4为本发明前馈式谐振变换电源的第四具体实施例。
图5为图1至图4中切换开关K1的驱动电路的一具体实施例。
图6为图1至图4中切换开关K1的驱动电路的另一具体实施例。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
本发明中所述的“第一”、“第二”、“第三”等( 如果存在) 用于在类似要素之间进行区别，并且不一定是描述特定的次序或者按时间的顺序。要理解，这样使用的这些术语在适当的环境下是可互换的，使得在此描述的主题的实施例如是能够以与那些说明的次序不同的次序或者以在此描述的另外的次序来进行操作。另外，凡可能之处，在图示及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤，系代表相同或类似部件。
图1所示，整流电路11对交流电vin进行整流，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成整流电路11，整流电路11的输出端并联电容C2经过二极管D7的隔离后再并联电容C1，半桥电路12与电容C1并联，谐振电路13与开关Q1并联，谐振电路13包括电容Cr、电感Lr和变压器T1，电容Cr和电感Lr串联后与变压器T1的原边绕组P1和P2串联，变压器T1的副边绕组S1和S2与整流电路14并联，所述整流电路14为全波整流电路，包括二极管D5和D6，输出直流电Vout。电感L1的第一端经过二极管D8和二极管D1或二极管D3与交流电vin连接，二极管D1和二极管D3将交流电vin整流为直流电Vin后提供给电感L1，电感L1的第二端与切换开关K1的动触点K1-1连接，切换开关K1的第一静触点K1-2连接所述变压器T1的中间抽头M1，切换开关K1的第二静触点K1-3与开关Q1和开关Q2的串联中点M2连接。
开机上电时以及其他默认情况开关K1的动触点K1-1与第一静触点K1-2连接，检测交流电vin，交流电vin电压大于设定值时，所述动触点K1-1与第一静触点K1-2连接，交流电vin电压小于所述设定值时，开关K1的动触点K1-1与第二静触点K1-3连接。
开关K1的动触点K1-1与第二静触点K1-3连接，开关Q2导通(导通时间为Ton)的时候，电感L1的伏秒为Ton*Vin （Vin为交流电vin整流后的馒头波），这样为了达到电感L1的伏秒平衡，在开关Q1导通时，电容C1上的电压就很高。开关K1的动触点K1-1与第一静触点K1-2连接，开关Q2导通的时候，L1上的伏秒就是Ton*(Vin-Vx) (Vx为中心抽头M1到原边地的电压)，这样为了达到电感L1的伏秒平衡，在开关Q1导通时，电容C1上的电压就会降低。
图2所示，整流电路21对交流电vin进行整流，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成整流电路21，整流电路21的输出端并联电容C2经过二极管D7的隔离后再并联电容C1，半桥电路22与电容C1并联，谐振电路23与开关Q1并联，谐振电路23包括电容Cr、电感Lr和变压器T1，电容Cr和电感Lr串联后与变压器T1的原边绕组P1和P2串联，变压器T1的副边绕组S1和S2与整流电路24并联，所述整流电路24为全波整流电路，包括二极管D5和D6，输出直流电Vout。电感L1的第一端经过二极管D8和第三整流电路25与交流电vin连接，所述第三整流正路25包括二极管D9或二极管D10，二极管D9和二极管D10将交流电vin整流为直流电Vin’后提供给电感L1，电感L1的第二端与切换开关K1的动触点K1-1连接，切换开关K1的第一静触点K1-2连接所述变压器T1的中间抽头M1，切换开关K1的第二静触点K1-3与开关Q1和开关Q2的串联中点M2连接。
图3所示，整流电路31对交流电vin进行整流，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成整流电路31，整流电路31的输出端并联电容C2经过二极管D7的隔离后再并联电容C1，半桥电路32与电容C1并联，谐振电路33与开关Q1并联，谐振电路33包括电容Cr、电感Lr、变压器T1和变压器T2，电容Cr、电感Lr、变压器T1的原边绕组P1和变压器T2的原边P2串联，变压器T1的副边绕组S1和变压器T2的副边绕组S2并联后与整流电路34并联，所述整流电路34为全桥整流电路，包括二极管D9和D10以及二极管D11和D12，与电容Co并联后输出直流电Vout。电感L1的第一端经过二极管D8和整流电路31与交流电vin连接，二极管D1和二极管D3将交流电vin整流为直流电Vin后提供给电感L1，电感L1的第二端与切换开关K1的动触点K1-1连接，切换开关K1的第一静触点K1-2连接所述变压器T1和变压器T2的原边绕组的串联中点M2，切换开关K1的第二静触点K1-3与开关Q1和开关Q2的串联中点M1连接。
图4所示，整流电路41对交流电vin进行整流，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成整流电路41，整流电路41的输出端经过二极管D7的隔离后再并联电容C1，半桥电路42与电容C1并联，谐振电路43与开关Q2并联，谐振电路43包括电容Cr、电感Lr和变压器T1，电容Cr和电感Lr串联后与变压器T1的原边绕组P1和P2串联，变压器T1的副边绕组S1与整流电路44并联，所述整流电路44为半波整流电路，包括二极管D13，与电容Co并联后输出直流电Vout。电感L1的第一端经过整流电路41与交流电vin连接，二极管D1和二极管D3将交流电vin整流为直流电Vin后提供给电感L1，电感L1的第二端与切换开关K1的动触点K1-1连接，切换开关K1的第一静触点K1-2连接所述变压器T1原边绕组的中间抽头M1，切换开关K1的第二静触点K1-3与开关Q1和开关Q2的串联中点M2连接。
在图1至图4所示的实施例中切换开关K1在一优选实施例中为继电器，所述切换开关K1在默认状态下动触点K1-1和静触点K1-2连接。图5为切换开关K1的一驱动电路实施例示意图，所述驱动电路包括比较器U1和开关Q3，所述比较器U1的正向输入端输入设定值Vref，所述比较器U1的反向输入端输入交流电vin，交流电vin经过二极管D13和D14整流后输入比较器U1。所述比较器U1的输出端与开关Q3的控制端连接，所述开关Q3与所述切换开关K1的线圈KM串联，所述开关Q3闭合，线圈KM得电。开机上电后，比较器U1判断交流电vin电压，当交流电vin电压属于低电压，例如90-132V范围内时，比较器U1输出高电平，开关Q3闭合，所述切换开关K1在动触点K1-1和静触点K1-3连接，当交流电vin电压属于高电压，例如176-264V范围内时，比较器U1输出低电平，开关Q3关断，所述切换开关K1在动触点K1-1和静触点K1-2连接，当交流电vin电压属于中间区域时，例如132-176V范围内时，所述切换开关K1保持开关状态不变。
图6为切换开关K1的一驱动电路另一实施例示意图，所述驱动电路包括比较器U1和开关Q3，所述比较器U1的正向输入端输入设定值Vref，所述比较器U1的反向输入端输入直流电Vin’。所述比较器U1的输出端与开关Q3的控制端连接，所述开关Q3与所述切换开关K1的线圈KM串联，所述开关Q3闭合，线圈KM得电。开机上电后，比较器U1判断直流电Vin’电压，当直流电Vin’电压属于低电压，例如90-132V范围内时，比较器U1输出高电平，开关Q3闭合，所述切换开关K1在动触点K1-1和静触点K1-3连接，当直流电Vin’电压属于高电压，例如176-264V范围内时，比较器U1输出低电平，开关Q3关断，所述切换开关K1在动触点K1-1和静触点K1-2连接，当直流电Vin’电压属于中间区域时，例如132-176V范围内时，所述切换开关K1保持开关状态不变。
本发明的前馈式谐振变换电路能够使用高电压和低电压的应用场合，具有电压调节率很宽的技术优势。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.前馈式谐振变换电源，包括第一整流电路、第一电容、半桥电路、谐振电路和第二整流电路，所述第一整流电路的输出端与所述第一电容并联，所述半桥电路的输入端与所述第一电容并联，所述半桥电路的输出端与所述谐振电路的输入端并联，所述谐振电路包括变压器，所述变压器的原边绕组与谐振电感和谐振电容串联，所述变压器的副边绕组与所述第二整流电路并联，其特征在于，还包括第一电感，所述第一电感的第一端连接交流电，第二端连接切换开关的动触点，所述切换开关的第一静触点连接所述变压器，所述切换开关的第二静触点连接所述半桥电路的桥臂中点。
2.如权利要求1所述前馈式谐振变换电源，其特征在于，所述交流电低于设定值时，所述动触点与所述第二静触点连接，所述交流电高于设定值时，所述动触点与所述第一静触点连接。
3.如权利要求2所述前馈式谐振变换电源，其特征在于，包括驱动电路，所述驱动电路驱动所述切换开关，所述驱动电路包括比较器，所述比较器的第一输入端输入所述设定值，第二输入端输入所述交流电，所述比较器的输出端连接第三开关的控制端，所述第三开关与所述切换开关的控制线圈串联，所述第三开关闭合，所述控制线圈通电。
4.如权利要求2所述前馈式谐振变换电源，其特征在于，所述交流电经过整流后与所述第一电感的一端连接。
5.如权利要求4所述前馈式谐振变换电源，其特征在于，所述原边绕组包括中间抽头，所述第一静触点与所述中间抽头连接。
6.如权利要求4所述前馈式谐振变换电源，其特征在于，所述变压器包括第一变压器和第二变压器，所述第一变压器和第二变压器的原边绕组串联，所述第一静触点与所述第一变压器和第二变压器的原边绕组的串联中点连接。
7.如权利要求6所述前馈式谐振变换电源，其特征在于，所述第一变压器和第二变压器的副边绕组并联。
8.如权利要求3所述前馈式谐振变换电源，其特征在于，所述交流电经过整流后输入所述比较器的第二输入端。
9.如权利要求8所述前馈式谐振变换电源，其特征在于，所述比较器的第二输入端与所述第一电感的第一端连接。
10.如权利要求1所述前馈式谐振变换电源，其特征在于，所述半桥电路包括串联连接的第一开关和第二开关，所述谐振电路与所述第一开关或者所述第二开关并联。
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