CN2035934U - 通用型集成电路直流变换器 - Google Patents

Abstract

一种通用型集成电路直流变换器采用半桥双反激式功率转换电路和集成化控制电路。它克服了现有晶体管既要满足大功率输出，又要承受高反压工作的应用困难，能有效地将高电压转换成低电压输出，具有线路简单、可靠性高、输入电压范围宽、稳压精度高、输出功率大，空载、过载能力强、波纹小、体积小等优点。适用于在输入电网电压为150伏至780伏范围内。最大输出功率为360瓦的电器设备作直流电源。

Description

本实用新型属一种直流电源的变换器，特别是采用集成电路制成的直流变换器。

当前，矿山机车车灯、照明、喇叭用电采用直流电源，电压变换采用直流变换器。目前晶体管直流变换器克服了可控硅直流变换器稳压精度低、噪音大、体积大、转换效率低、可控性差、维护困难等缺点，但在现有技术条件下，由于要求晶体管直流变换器中的晶体管既要满足大功率输出，又必须承受高反压工作，这是一个十分突出的矛盾，它使晶体管直流变换器仅局限于应用在小功率输出或低电压转换范围内，对矿山机车用户使用仍不能完全满足要求。

本实用新型的目的是提供一种高可靠、大功率、小体积、无噪音，能适用较宽较高输入电压范围的通用型直流变换器。

本实用新型是以如下方式完成的：本通用型集成电路直流变换器同晶体管直流变换器一样有整流滤波电路、高频整流电路和辅助启动电路。本直流变换器特点是在整流滤波电路（1）与高频整流电路（3）之间电接有功率转换电路（2），由集成电路IC及其外围电路组成的脉冲调宽控制电路（4）分别与高频整流电路（3）和驱动电路（5）以及辅助启动电路（6）相电接。由晶体三极管电接高频变压器、电容、电阻组成两组对称电路构成半桥双反激式功率转换电路，且两组电路各有两个电接点。集成电路IC内部包括误差放大器、时钟振荡器、脉宽调制器、触发器、脉冲输出级、过流保护电路和基准稳压电源。由晶体三极管电接脉冲变压器、电阻、电容、晶体二极管组成两个相同的单极性脉冲变压器驱动电路。在功率转换电路中的两组对称电路的电接点可根据输入电压不同采用串联电接或并联电接，并有由电容、电阻、压敏电阻组成的阻容吸收网络同晶体三极管集电极电接，以吸收集电极的尖峰电压。在驱动电路中有两组由晶体二极管、电阻和脉冲变压器组成的能量回授和钳位电路，用以抑制晶体三极管截止时的集电极尖峰电压和迅速抽出脉冲变压器的磁场储存能量。

图1    为集成电路直流变换器线路原理方框图。

图2    为集成电路直流变换器的电原理图。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

参见图1，本实用新型有输入整流滤波电路（1）、功率转换电路（2）、高频整流电路（3）、脉冲调宽控制电路（4）、驱动电路（5）和辅助启动电路（6）等六大部分线路组成。

参见附图2，该线路适用于在输入电网电压为330伏至780伏时，要求供电直流电压为6伏至90伏的电器设备作直流电源。电接点J₂和J₃电接，J₁同电感线圈L₁电接，电接，J₄接地。

输入整流滤波电路（1）由压敏电阻RV₁、晶体二极管D₁、电感线圈L₁、电容C₁、C₂组成，其作用是将输入的脉动直流电压转变成平滑直流电压，同时防止合闸浪涌电流和对输入过电压进行吸收。高压开关功率晶体三极管BG₁、BG₂和高频变压器B₁、B₂，电容C₁、C₂、C₃、C₄，电阻R₁、R₂、R₃、R₄和压敏电阻RV₂、RV₃组成功率转换电路（2），这是一个半桥双反激式功率转换电路。在该电路中，高压开关功率晶体管BG₁、BG₂在控制脉冲驱动作用下交替工作，在无控制脉冲驱动时，晶体管BG₁、BG₂都截止，其电路工作过程如下：开关K₁接通电源后，由于电容C₁、C₂的容量相等，而且电路对称，则电容C₁、C₂的中点（即电接点J₂和J₃）的电压为输入电源电压的一半。当晶体管BG₁被基极脉冲变压器B₄以脉宽调制（PWM）方式激励导通时，电容C₁将通过高频变压器B₁的初级和晶体管BG₁放电，同时输入电源电压通过高频变压器B₁、晶体管BG₁对C₂充电，BG₁的基极驱动脉冲消失后，进入一个死区阶段，BG₁被关断，这时晶体管BG₁、晶体管BG₂都处于截止状态，此时晶体管BG₁（或BG₂）的集——射极间电压和电容C₁（或C₂）的电压都接近输入电源电压的一半。当晶体管BG₂被脉冲变压器B₃激励导通时，电容C₂通过高频变压器B₂的初级和晶体管BG₂放电，同时输入电源电压通过高频变压器B₂的初级、晶体管BG₂对电容C₁充电，这样依次循环。由于脉冲变压器B₃、B₄的激励脉冲是交替输出，因而晶体管BG₁、BG₂也交替导通，在高频变压器B₁、B₂的次级绕组上感应产生交变的方波，从而实现了功率转换。

由电容C₃、电阻R₃和压敏电阻RV₂（或电容C₄、电阻R₄和压敏电阻RV₃）组成阻容吸收网络，当晶体管BG₁（或BG₂）关断瞬间，由于高频变压器B₁（或B₂）有漏感存在，并有磁场存贮能量释放，在晶体管BG₁（或BG₂）的集电极上产生尖峰电压，由于上述吸收网络的作用，使晶体管BG₁（或BG₂）的集电极尖峰电压被限制在容许值以内，从而保护了晶体管BG₁（或BG₂），提高了器件的可靠性，电阻R₁、R₂在电路中起均压作用。

由晶体二极管D₂、D₃，电容C₅、C₆、C₇、C₈组成高频整流电路（3）。将高频变压器B₁、B₂次级交变的方波电压。整流滤波成平滑的低纹波输出直流电压，电阻R₇为输出端固定负载电阻。

集成电路IC（选用CW3524）及其外围电路组成脉冲调宽控制电路（4）。该IC内部包括误差放大器、时钟振荡器、脉宽调制器、触发器、脉冲输出级、过流保护电路和基准稳压源。集成电路CW3524各插脚作用说明如下：15脚为为电源输入端，电接电阻R₁₂为限流电阻，电接稳压二极管D₆用来保护集成电路。16脚为基准稳压输出端，基准电压经电阻R₁₀、R₁₁分压后加到2脚作为内部误差放大器的比较基准，电容C₁₀可延缓2脚电压建立起电路缓启动作用。1脚为误差放大器的反相输入端，通过外接电阻R₁₆、R₁₇、R₁₈获得取样电压。6脚和7脚分别电接有电阻R₁₅和电容C₁₂，决定振荡器工作频率。9脚为误差放大器的输出端，其电压的变化可以调制脉冲宽度变化。5脚为过流保护放大器同相输入端，4脚为反相输入端，10脚为禁止端，8脚为公共接地端，12脚、13脚分别为内部脉冲输出级两个功率管的集电极，外接负载电阻R₁₃、R₁₄。11脚、14脚分别为内部脉冲输出功率管的发射极输出端，外接电阻R₁₉、R₂₀和R₂₁、R₂₂向驱动电路提供PWM脉冲。

稳压过程如下：由于某种原因使输出电压升高时，1脚取样电压随之升高△V，此△V值与2脚基准电压进行比较放大，使误差放大器的输出端的脚电压下降，脉宽调制器输出脉宽随之减小，因此控制开关功率晶体管BG₁、BG₂导通时间缩短，输出电压下降，反之，当输出电压降低时，通过上述的反馈调节作用，使开关功率晶体管BG₁、BG₂导通时间加长，输出电压升高，这样可以保护输出电压稳定不变，调节R₁₇可调节输出电压整定值。

本实用新型过流保护设计成两级保护方式。第一级是限流保护，电阻R₆为限流取样电路，当输出电流超过额定值时，过流保护电流动作，晶体管BG₁、BG₂的导通时间被自动调节减小 输出电压下降，调节R₆可调节限流整流值。第二级为截止式过流保护，当输出短路时，控制电路失压，无驱动脉冲输出，使功率转换主电路停止工作，短路故障排除后，需重新启动开关K₂，电路才能再次工作。

由电阻R₈、R₉和隔离二极管D₅构成死区限制电路。当9脚电压超过规定值时。晶体二极管D₅导通。9脚电压被钳位在规定值上，使输出脉冲宽度限制在一定值内。调节电阻R₈、R₉的分压比可调节死区时间。电容C₁₁为滤波电容器。晶体三极管BG₃电接脉冲变压器B₃、电阻R₂₃R₂₄电容C₁₃、晶体二极管D₇以及晶体管BG₄电接脉冲变压器B₄、电阻R₂₅、R₂₆、电容C₁₄、晶体二极管D₈组成两个相同的单极性脉冲变压器驱动电路（5）。当控制脉冲列通过电阻R₁₉、R₂₀或电阻R₂₁、R₂₂分别加在晶体三极管BG₃或BG₄的基极时，晶体三极管BG₃和BG₄轮流导通和截止。控制脉冲列经晶体三极管BG₃或BG₄进行功功率放大后，由脉冲变压器B₃或B₄分别耦合传送到晶体三极管BG₁或BG₂基极，驱动控制晶体管BG₁、BG₂交替导通和截止，完成电压变换过程。二极管D₇和电阻R₂₄，二极管D₈和电阻R₂₆分别组成二个能量回授和钳位电路，在晶体管BG₃或BG₄截止时，用来抑制晶体管集电极尖峰电压和迅速抽出脉冲变压器的磁场储存能量。电容C₁₃、C₁₄在电路中起阻尼吸收作用，电阻R₂₃、R₂₅为驱动电路提供工作偏置，同时起限流作用。电容C₁₅和C₁₆分别为晶体三极管BG₁和BG₂的基极加速电容。电阻R₂₇、R₂₈、R₂₉、R₃₀分别电接在晶体三极管BG₁、BG₂基极回路中，改变这些电阻，可调节晶体三极管BG₁、BG₂的基极驱动能量。

电阻R₅和按钮开关K₂组成辅助启动电路（6）。该电路给控制电路提供瞬间启动工作电压，使控制电路很快从静止状态进入工作，输出控制脉冲列驱动功率转换电路工作，输出直流电压。迅速建立起的输出直流电压反过来又给控制电路提供工作电压，于是使整个电路处于正常工作状态。晶体二极管D₄在供电回路中起隔离作用，电容C₉储存电荷可防止输出短时过载使控制电路工作电压突然下降，起电压维持作用。

本实用新型直流变换器，改变电接点J₁、J₂、J₃、J₄的电接方式，可以适应较宽的输入电压范围。在图2中，如将电接点J与J断开，J与J电接，J与J电接，便可使该直流变换器变做为适应用于在输入 电网电压为150伏至350伏电压下，要求直流电压为6伏至90伏的电器设备的供电直流电源。

本实用新型具有线路简单、性能可靠，输入电压适应范围宽、稳压精度高，空载、过载能力强，波纹小，体积小等优点，适于输入电源电压为150伏至780伏时，要求供电直流电压为6伏至90伏，最大输出功率为360瓦的电器设备作直流电源使用。

Claims (4)

1、一种通用型集成电路直流变换器，由整流滤波电路、高频整流电路、辅助启动电路组成，其特征在于在整流滤波电路(1)与高频整流电路(3)之间电接有功率转换电路(2)，由集成电路IC及其外围电路组成的脉冲调宽控制电路(4)分别与高频整流电路(3)和驱动电路(5)以及辅助启动电路(6)相电接：

(1)由晶体三极管BG₁和BG₂分别电接高频变压器B₁和B₂以及电容C₁、C₃、电阻R₁、R₃、压敏电阻RV₂和电容C₂、C₄、电阻R₂、R₄、压敏电阻RV₃两组对称电路组成半桥双反激式功率转换电路，且两组对称电路各有电接点，J₁、J₂和J₃、J₄；

(2)集成电路IC内部包括误差放大器、时钟振荡器、脉宽调控器、触发器、脉冲输出级，过流保护电路和基准稳压源；

(3)由晶体三极管BG₃和BG₄分别电接脉冲变压器B₃、电阻R₂₃、R₂₄、电容C₁₃、晶体二极管D₇组成两个相同的单极性脉冲变压器驱动电路。

2、根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于功率转换电路中电接点（J₁、J₂、J₃、J₄）可根据输入电压不同采用串联电接或并联电接。

3、根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于功率转换电路中有两组相同的分别由电容C₃、电阻R₃、压敏电阻RV₂和电容C₄、电阻R₄、压敏电阻RV₃组成的阻容吸收网络，分别与晶体三极管BG₁和晶体三极管BG₂集电极电接，以分别吸收集电极的尖峰电压。

4、根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于驱动电路中有两组分别由晶体二极管D₇、电阻R₂₄、脉冲变压器B₃和晶体二极管D₈、电阻R₂₆、脉冲变压器B₄组成的能量回授和钳位电路，用以抑制晶体三极管BG₃或BG₄截止时的集电极尖峰电压和迅速抽出脉冲变压器的磁场储存能量。

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