CN203522561U - 全桥自激型组合驱动式开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全桥自激型组合驱动式开关电源，包括依次连接的交流输入电路、输入滤波电路、整流电路、PFC升压电路、全桥推挽斩波电路、耦合电路、输出电路，耦合电路的输出端连接有相移反馈电路，所述耦合电路和组合驱动电路形成有正激反馈电路；还包括防冲击限压启动电路，所述防冲击限压启动电路的输入端与PFC升压电路的输出端连接，所述防冲击限压启动电路的一输出端与全桥推挽斩波电路的输入端连接，另一输出端与组合驱动电路的输入端连接。本实用新型安全可靠而且具有良好浮动负载驱动能力，适合在市场上推广使用。

Description

全桥自激型组合驱动式开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源电路，特别是涉及一种全桥自激型组合驱动式开关电源。

背景技术

开关电源因电源中起调整稳压控制功能的器件始终以开关方式工作而得名。它是利用现代电力电子技术，通过控制开关管通断的时间比率来维持输出电压稳定的一种电源。因其具有体积小、重量轻、功耗低、效率高、纹波小、噪声低、智能化程度高、易扩容等优良特性，而广泛应用于各种电子设备上。

全桥驱动电路是大功率电源的常用电路，由四个功率开关管组成两个桥臂，两个桥臂分别导通激励高频功率变压器，进行能量变换。在全桥驱动电路之前通常还设置有PFC升压电路，通过PFC升压电路把整流滤波后的输入电压提升至所需电压值的方波，并通过功率开关管输出至全桥驱动电路，但存在启动瞬间峰值电压过高而烧毁功率开关管的危险。

此外，现有的高频开关稳压电源，通常是根据输出电压的变化，采用调宽或者调频的方式控制开关管的导通时间，从而达到稳定输出电压的目的，然而在调整开关管脉冲宽度或者脉冲频率的过程中，容易造成开关转换速率突变，进而出现负载大动态瞬间供电不足的情况。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种安全可靠而且具有良好浮动负载驱动能力的大功率全桥自激型组合驱动式开关电源。

本实用新型采用的技术方案是：

全桥自激型组合驱动式开关电源，包括依次连接的交流输入电路、输入滤波电路、整流电路、PFC升压电路、全桥推挽斩波电路、耦合电路、输出电路，耦合电路的输出端连接有相移反馈电路，所述相移反馈电路通过组合驱动电路与全桥推挽斩波电路的输入端连接，所述耦合电路和组合驱动电路形成有正激反馈电路，所述正激反馈电路的输出端与全桥推挽斩波电路连接；还包括防冲击限压启动电路，所述防冲击限压启动电路的输入端与PFC升压电路的输出端连接，所述防冲击限压启动电路的一输出端与全桥推挽斩波电路的输入端连接，另一输出端与组合驱动电路的输入端连接。

进一步，还包括防浪涌软吸合电路、检测电路、保护电路，防浪涌软吸合电路的输入端与输入滤波电路的输出端连接，防浪涌软吸合电路的输出端与整流电路的输入端连接，所述全桥推挽斩波电路的输出端依次通过检测电路、保护电路连接至防浪涌软吸合电路的输入端。

进一步，所述组合驱动电路包括变压器T1，所述耦合电路包括变压器T2。

进一步，所述PFC升压电路主要由电感L3、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C5、功率开关管Q1连接而成。

进一步，所述全桥推挽斩波电路主要由功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4、功率开关管Q5连接而成。

进一步，所述防冲击限压启动电路主要由电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R40、二极管D10、二极管D11、二极管D12、双向触发二极管VD2、电容C6、电容C7连接而成。

进一步，检测电路包括热敏电阻RT3、采压电阻R31、运算放大器IC21、运算放大器IC22；保护电路包括三极管Q6、三极管Q204、三极管Q205、光电耦合器IC3；防浪涌软吸合电路包括热敏电阻RT1和继电器J1。

本实用新型提供的全桥自激型组合驱动式开关电源的有益效果包括以下几点：

（1）本实用新型采用的防冲击限压启动电路，一方面在功率开关管启动前给全桥桥臂提供足够起动的直流电压，另一方面克服了现有技术中，全桥斩波模式的高频开关电源在启动瞬间由于峰值电压高而容易烧毁功率开关管的问题；

（2）本实用新型能随着负载的变化自动调整输出电压，无需设置控制芯片，克服了现有技术中需调整开关管脉冲宽度\脉冲频率而容易导致开关转换速率突变，造成对负载大动态瞬间供电不足的缺点。

（3）本实用新型通过检测电路、保护电路、防浪涌软吸合电路，在过压、过载、欠压、过热和短路等方面对开关电源实现全方位保护，使得该开关电源具有安全可靠、性能稳定的优点。

附图说明

以下结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的电路原理框图；

图2是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型的一种全桥自激型组合驱动式开关电源，包括依次连接的交流输入电路1、输入滤波电路2、整流电路4、PFC升压电路5、全桥推挽斩波电路6、耦合电路7、输出电路8，耦合电路7的输出端连接有相移反馈电路14，所述相移反馈电路14通过组合驱动电路12与全桥推挽斩波电路6的输入端连接，所述耦合电路7和组合驱动电路12之间形成有正激反馈电路13，所述正激反馈电路13的输出端与全桥推挽斩波电路6连接；所述耦合电路7、正激反馈电路13、相移反馈电路14、组合驱动电路12、全桥推挽斩波电路6组成开关控制回路；还包括防冲击限压启动电路11，所述防冲击限压启动电路11的输入端与PFC升压电路5的输出端连接，所述防冲击限压启动电路5的一输出端与全桥推挽斩波电路6的输入端连接，另一输出端与组合驱动电路12的输入端连接。

本实用新型还包括防浪涌软吸合电路3、检测电路9、保护电路10，防浪涌软吸合电路3的输入端与输入滤波电路2的输出端连接，防浪涌软吸合电路3的输出端与整流电路4的输入端连接，所述全桥推挽斩波电路6的输出端依次通过检测电路9、保护电路10连接至防浪涌软吸合电路3的输入端。

以下结合图2对本实用新型的各部分电路的功能原理作进一步详细说明。

220V、50HZ的交流电压从交流输入电路1输入，先经输入滤波电路2滤除交流电网中的电磁干扰，再经整流电路4的整流桥D2整流后输出直流电压。由于进线电源合闸瞬间，电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流，特别是大功率开关电源，浪涌电流达100A以上，如此大的浪涌电流，容易导致合闸器件K和整流桥D2过流损坏，所以本开关电源在输入滤波电路2和整流电路4之间设置有防浪涌软吸合电路3。防浪涌软吸合电路3设置有热敏电阻RT1，在电源上电瞬间，热敏电阻RT1的阻值很大，流过电流很小，随着电阻发热，温度上升，电阻值呈指数关系下降，起到启动瞬间防止浪涌电流冲击，保护电路的作用。

所述组合驱动电路12包括变压器T1，变压器T1包括N1～N7绕组。组合驱动电路12主要用于驱动PFC升压电路5的功率开关管工作，以及驱动全桥推挽斩波电路6中每个桥臂上对位的功率开关管同步工作。

所述耦合电路7包括变压器T2，变压器T2包括N1～N11绕组。其作用主要是把全桥推挽斩波电路6输入的高压脉冲电压转换成与市电隔离的低压脉冲电压，经输出电路8供给负载。

所述PFC升压电路5主要由电感L3、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C5、功率开关管Q1连接而成，其中电感L3的一端连接整流滤波电路的输出端，另一端经二极管D5与电容C5连接；功率开关管Q1的栅极经二极管D4与组合驱动电路连接，漏极与电感L3连接，源极接地。开关电源刚启动时，由于功率开关管Q1并未导通，因此电感L3、二极管D5、电容C5构成一个不升压的无源功率因数校正电路，经电容C5滤波后输出的直流电压同时进入全桥推挽斩波电路6和防冲击限压启动电路11。

防冲击限压启动电路11主要由电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R40、二极管D10、二极管D11、二极管D12、双向触发二极管VD2、电容C6、电容C7连接而成。从PFC升压电路5输出的直流电压进入防冲击限压启动电路后分成两路，一路经电阻R40、二极管D11给电容C7充电，并且通过二极管D12连接于全桥桥臂A点上；另一路经电阻R8给电容C6充电，并且通过二极管D10连接于全桥桥臂B点上；电阻R9起限压作用。当电容C6上的电压充到足以使双向触发二极管VD2导通时，电容C6的电压就会通过电阻R10加到功率开关管Q5的栅极上，使功率开关管Q5饱和导通，那么B点电位就会经功率开关管Q5,又经电阻R27和电阻R28接于地电位上,这时电容C7储存的电能通过二极管D12流向耦合电路变压器T2的N2、N3绕组，又流过组合驱动电路12的变压器T1的N5绕组以及电感L4给电容C12充电，完成防冲击限压启动工作过程。本实用新型采用的防冲击限压启动电路11，一方面通过电容C6和电容C7储存能量，保证能为全桥桥臂提供足够起动的直流电压；另一方面，其解决了现有的全桥驱动开关电源在启动瞬间，由于峰值电压高而容易烧毁功率开关管的问题。

全桥推挽斩波电路6主要由功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4、功率开关管Q5连接而成。开关电源经过防冲击限压启动后，由于耦合电路7的变压器T2的N2、N3绕组有电流流过，因此T2的绕组N1会感应产生脉冲电流，该电流经相移反馈电路14的电阻R30、电容C10、电容C22进行相移延迟后，流过变压器T1的N6绕组，使得变压器T1的N1、N2、N3、N4、N7绕组的带圆点同名端感应产生负相位驱动脉冲电压信号，因此功率开关管Q3、Q4的栅极电位为正,功率开关管Q1、Q2、Q5的栅极电位为负，进而使得功率开关管Q3、Q4导通，功率开关管Q1、Q2、Q5截止。这时电容C12开始通过变压器T1的N5绕组，电感L4，变压器T2的N2、N3绕组，再经过功率开关管Q3和电阻R25、R26对地电位放电，而直流电压同时又通过功率开关管Q4和电感L2给电容C12充电，这时变压器T2的N2、N3绕组中流过的电流方向正好与功率开关管Q5导通给电容C12充电的电流方向相反，结果使功率开关管Q3、Q4截止，而功率开关管Q2、Q5导通，并且同时驱动PFC升压电路5中的功率开关管Q1导通，从而完成功率变换的过程，而且这个功率变换过程将以80KHz的周期快速不断地进行下去，进一步实现了完整的全桥自激变换的工作过程。

在自激变换过程中，由于组合驱动电路12不断地驱动PFC升压电路5中的功率开关管Q1工作，因此整流电路4输出的电流与电感L3中储存的电磁能量一起通过二极管D5为电容C5充电，并向全桥推挽斩波电路6输出高压脉冲电压，而且通过功率开关管Q1的控制，交流电源在任何相位都可以有电流流过，所以交流电流为正弦波，并且和交流电压同相位，从而达到PFC升压电路5的功率校正以及升压的目的。

所述正激反馈电路13由组合驱动电路的变压器T1的N5绕组与耦合电路的变压器T2的N3绕组连接而成，当输出负载加大，也就是工作电流增大时，变压器T1的N5绕组电流也会相应增大，因变压器T1的N5绕组和N6绕组是同名端，在变压器T2的耦合作用下，因此变压器T1的N1、N2、N3、N4、N7绕组中的脉冲电流增大，从而加快了功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5的斩波速率和加大了其斩波幅度，完成正激反馈过程。

检测电路9包括热敏电阻RT3、采压电阻R31、运算放大器IC21、运算放大器IC22；保护电路10包括三极管Q6、三极管Q204、三极管Q205、光电耦合器IC3；防浪涌软吸合电路3包括热敏电阻RT1和继电器J1。全桥推挽斩波电路6给检测电路9的电阻R31提供采样电压，检测电路9给保护电路10电阻R39提供信号，保护电路10通过三极管Q205给防浪涌软吸合电路3的继电器J1提供吸合直流电流，继电器J1从而可控制开关电源进入大功率或小功率工作状态，从而起到更好的保护作用。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.全桥自激型组合驱动式开关电源，其特征在于：包括依次连接的交流输入电路、输入滤波电路、整流电路、PFC升压电路、全桥推挽斩波电路、耦合电路、输出电路，耦合电路的输出端连接有相移反馈电路，所述相移反馈电路通过组合驱动电路与全桥推挽斩波电路的输入端连接，所述耦合电路和组合驱动电路形成有正激反馈电路，所述正激反馈电路的输出端与全桥推挽斩波电路连接；还包括防冲击限压启动电路，所述防冲击限压启动电路的输入端与PFC升压电路的输出端连接，所述防冲击限压启动电路的一输出端与全桥推挽斩波电路的输入端连接，另一输出端与组合驱动电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的全桥自激型组合驱动式开关电源，其特征在于：还包括防浪涌软吸合电路、检测电路、保护电路，防浪涌软吸合电路的输入端与输入滤波电路的输出端连接，防浪涌软吸合电路的输出端与整流电路的输入端连接，所述全桥推挽斩波电路的输出端依次通过检测电路、保护电路连接至防浪涌软吸合电路的输入端。

3.根据权利要求2所述的全桥自激型组合驱动式开关电源，其特征在于：所述组合驱动电路包括变压器T1，所述耦合电路包括变压器T2。

4.根据权利要求3所述的全桥自激型组合驱动式开关电源，其特征在于：所述PFC升压电路主要由电感L3、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C5、功率开关管Q1连接而成。

5.根据权利要求3所述的全桥自激型组合驱动式开关电源，其特征在于：所述全桥推挽斩波电路主要由功率开关管Q2、功率开关管Q3、功率开关管Q4、功率开关管Q5连接而成。

6.根据权利要求3所述的全桥自激型组合驱动式开关电源，其特征在于：所述防冲击限压启动电路主要由电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R40、二极管D10、二极管D11、二极管D12、双向触发二极管VD2、电容C6、电容C7连接而成。

7.根据权利要求3所述的全桥自激型组合驱动式开关电源，其特征在于：检测电路包括热敏电阻RT3、采压电阻R31、运算放大器IC21、运算放大器IC22；保护电路包括三极管Q6、三极管Q204、三极管Q205、光电耦合器IC3；防浪涌软吸合电路包括热敏电阻RT1和继电器J1。

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