CN204131398U - 一种电源变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电源变换器，包括连接在电源输入端与电源输出端之间的变压器，变压器的初级绕组与电源输入负端之间具有第一开关，第一开关由第一控制电路的输出信号控制通断，变压器的初级绕组与电源输入负端之间还连接一条由电容、二极管串联的支路。该电源变换器能够降低其开关管关断时在开关管两端产生的高反向电压尖峰，降低开关损耗。

Description

一种电源变换器

技术领域

本实用新型涉及电子电路的控制技术领域，特别是涉及一种电源变换装置。

背景技术

电源变换器是一种涉及电源变换的控制装置，其中由所测相位得到与输入电压同相的交流正弦波参考信号。目前，在单端电源变换器中，因变压器存在漏感，电源变换器中的开关管关断时在开关管两端会产生很高的反向电压尖峰，有可能超过开关管的耐压而使开关管损坏，并且单端电源变换器为了提高转换效率，必须使开关管实现软开关才能降低开关损耗。

电源变换器中的开关管两个流经过大电流的端子之间存在输出电容，而且开关管的额定电流规格越大，其输出电容也越大，在开关管关断期间内，输出电容所储存的电荷也越多，当开关管导通时，输出电容将被开关管短路，输出电容所储存的电荷将快速泄放掉，导致过高的开通损耗。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种电源变换器。该电源变换器能够降低其开关管关断时在开关管两端产生的高反向电压尖峰，降低开关损耗。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案是：一种电源变换器，包括连接在电源输入端与电源输出端之间的变压器，变压器的初级绕组与电源输入负端之间具有第一开关，第一开关由第一控制电路的输出信号控制通断，变压器的初级绕组与电源输入负端之间还连接一条由电容、第一二极管串联的支路。

其中，所述第一二极管还并联第二开关，第二开关由第二控制电路的输出信号控制通断，第二控制电路在第一开关关断时间内，当变压器的漏感和第一开关的输出电容开始谐振时导通第二开关。

另外，第二控制电路在第一开关开始导通后关断第二开关。

另外，所述变压器还包括辅助绕组，辅助绕组两端之间连接有包括第二电阻和第三电阻的支路，第二电阻和第三电阻的连接点连接第一控制电路和/或第二控制电路的输入端。

特别地，第二控制电路包括第一反相器、第二反相器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、电压缓冲器、电压比较器、触发器、与门、电平移位和驱动电路、电源正端以及电源负端。第一反相器输入端连接到第一控制电路的第一开关驱动信号的同步信号输出端，第一反相器依次连接第二反相器和第六电阻，第六电阻另一端连接触发器的置0端，第一开关驱动信号的同步信号经第六电阻输出到触发器的置0端；电压缓冲器的输入连接到第二电阻和第三电阻的连接点，电压缓冲器的输出连接电压比较器的同相输入端，电压缓冲器的输出和电源输入负端之间接入第四电阻和第五电阻的串联支路，第四电阻和第五电阻的连接点与电压比较器的反相输入端连接，电压比较器的输出端连接到触发器的触发输入端；触发器的数据端连接电源正端，触发器的置1端连接电源负端，触发器的输出Q端连接与门的一个输入端，与门的另一个输入端接第一反相器的输出端，与门的输出接电平移位和驱动电路的输入端，电平移位和驱动电路的输出端连接第二开关的控制信号输入端。

第一反相器、第二反相器、电平移位和驱动电路、电压缓冲器、电压比较器、触发器以及与门的电源正端和辅助电源输入端VCC相连接，第一反相器、第二反相器、电压缓冲器、电压比较器、触发器以及与门的电源负端和电源输入负端相连接，电平移位和驱动电路的电源负端和第二开关的控制地端相连接。

其中，所述第二开关由由第一场效应管与第二场效应管以及第七电阻组成，所述第一场效应管的栅极和第二场效应管的栅极与第七电阻的一端连接于电平移位和驱动电路的输出端，第一场效应管的源极和第二场效应管的源极以及第七电阻的另一端连接于电平移位和驱动电路的电源负端，所述第一场效应管的漏极连接于电容与第一二极管阳极的连接点，第二场效应管的漏极连接于电源输入负端。

或者，所述第二开关由第二二极管、第三场效应管以及第八电阻组成，所述第三场效应管的栅极与第八电阻的一端连接于电平移位和驱动电路的输出端，第八电阻的另一端和第三场效应管的源极以及第二二极管的阳极连接于电平移位和驱动电路的电源负端，第二二极管的阴极连接于电容与第一二极管阳极的连接点，第三场效应管的漏极连接于电源输入负端。

另外，所述第一开关是包括小输出电容的三极管或者绝缘栅双极晶体管或者场效应管。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型提供一种电源变换器，使用输出电容非常小的第一开关，而变压器的初级绕组与电源输入负端之间连接了一条由容量比较大的电容、第一二极管串联的支路，这样，在第一开关关断期间，输入电源电压加上变压器漏感储能产生的反向电压经变压器初级绕组以及第一二极管给电容充电，第一开关两端因漏感储能产生的反向尖峰电压被电容吸收而降低，反向电压尖峰得到抑制。

第一二极管并联了第二开关，可以实现电源变换器的第一开关关断时间内，当变压器的漏感和第一开关的输出电容开始谐振时导通第二开关，使得变压器的漏感开始与第一开关的输出电容和外部并联的电容一起谐振，谐振频率变低，电容的电荷将回馈一部分到电源输入端，电容的电压降低，因此在下一个开关周期的第一开关关断时，变压器的初级绕组和第一开关的连接点与电源输入负端之间的电压将缓慢上升，第一开关软关断，关断损耗降低，同时，因变压器的漏感而引起的很高的反向电压尖峰被抑制；当第一开关导通时，第二开关将关断，第一开关外部并联的电容将不能通过第一开关放电，此时只有第一开关的非常小的输出电容通过第一开关放电，因此第一开关的开通损耗非常小，起到降低损耗，提高效率的作用。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施方式的电路结构框图；

图2是本实用新型中的低开关损耗第二控制电路的一种具体实施电路图；

图3是本实用新型中的低开关损耗第二开关的一种具体实施电路图；

图4是本实用新型中的低开关损耗第二开关的另一种具体实施电路图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本实用新型进行进一步详细描述。

应该理解，虽然术语第一、第二等在此用作描述不同的部件或单元，但是这些部件或单元可以不被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个部件或单元与另一个部件或单元区别开。例如，第一部件或单元可以被称为第二部件或单元，类似地，第二部件或单元也可以被称为第一部件或单元而不背离示范实施例的范围。如在此所用，术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。

应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接”到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。相反，当部件或单元被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一部件或单元时，则不存在中间部件或单元。用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。

如图1、2所示，一种低开关损耗的电源变换器，包括第一开关1、第二开关2、第一控制电路3、第二控制电路4、第一二极管5、电容6、第一电阻8、第二电阻9、第三电阻10、变压器7、电源输入正端和电源输入负端、辅助电源输入端VCC以及输出电压检测端FB。所述的电源输入正端和变压器7的初级绕组Np的一端31电连接，变压器7的初级绕组Np的另一端32和电容6的一端以及第一开关1的一端19电连接，第一开关1的另一端20和第一电阻8的一端以及第一控制电路3的电流侦测输入端15电连接，第一电阻8的另一端和电源输入负端电连接，第一开关1的控制端18和第一控制电路3的输出端14电连接；电容6的另一端和第一二极管5的阳极以及第二开关2的一端29电连接，第一二极管5的阴极和第二开关2的另一端30以及电源输入负端电连接；第二开关2的控制端27和第二控制电路4的输出端25电连接，第二开关2的控制地端28和第二控制电路4的输出地端26电连接；第二控制电路4的电源正端23和辅助电源输入端VCC电连接，第二控制电路4的电源负端24和电源输入负端电连接，第二控制电路4的输入端21和第一控制电路3的第一开关1驱动信号的同步信号输出端13电连接，第二控制电路4的输入端22和第二电阻9与第三电阻10串联连接点电连接；第二电阻9的另一端与变压器7的辅助绕组Nf的一端33电连接，第三电阻10的另一端与变压器7的辅助绕组Nf的另一端34以及电源输入负端电连接。

所述的第二控制电路4包括第一反相器39、第二反相器40、电平移位和驱动电路44、第四电阻37、第五电阻38、第六电阻41、电压缓冲器35、电压比较器36、触发器42、与门43、电源正端23以及电源负端24。第一反相器39的输入端21连接到第一控制电路3的第一开关1驱动信号的同步信号输出端13，第一反相器39依次连接第二反相器40和第六电阻41，第六电阻41另一端连接触发器的置0端52；电压缓冲器35的输入端22连接到第二电阻9和第三电阻10的连接点，电压缓冲器35的一路输出连接电压比较器36的同相输入端，电压缓冲器35的另一路输出和电源输入负端之间接入第四电阻37和第五电阻38的串联分压电路，第四电阻37和第五电阻38的连接点与电压比较器36的反相输入端连接，电压比较器36的输出端连接到触发器42的触发输入端49；触发器42的数据端50连接电源正端23，触发器42的置1端53连接电源负端24，触发器42的输出Q端55连接与门43的一个输入端56，与门43的另一个输入端57接第一反相器39的输出端，与门43的输出端58接电平移位和驱动电路44的输入端59，电平移位和驱动电路44的输出端25连接第二开关2的控制信号输入端27；第一反相器39、第二反相器40、电平移位和驱动电路44、电压缓冲器35、电压比较器36、触发器42以及与门43的电源正端23和辅助电源输入端VCC相连接，第一反相器39、第二反相器40、电压缓冲器35、电压比较器36、触发器42以及与门43的电源负端24和电源输入负端相连接，电平移位和驱动电路44的电源负端26和第二开关的控制地端28相连接。

所述的第一开关1必须是输出电容比较小的晶体三极管或场效应管或绝缘栅场效应管等功率开关管。

如图3所示，第二开关由第一场效应管47与第二场效应管48以及第七电阻46组成，所述第一场效应管47的栅极和第二场效应管48的栅极与第七电阻46的一端连接于电平移位和驱动电路44的输出端，第一场效应管47的源极和第二场效应管48的源极以及第七电阻46的另一端连接于电平移位和驱动电路44的电源负端，所述第一场效应管47的漏极连接于电容6与第一二极管5阳极的连接点，第二场效应管48的漏极连接于电源输入负端。

或者，如图4所示，第二开关由第二二极管61、第二场效应管48以及第七电阻46组成，所述第二场效应管48的栅极与第七电阻46的一端连接于电平移位和驱动电路44的输出端，第七电阻46的另一端和第二场效应管48的源极以及第二二极管61的阳极连接于电平移位和驱动电路44的电源负端，第二二极管61的阴极连接于电容与第一二极管阳极5的连接点，第二场效应管48的漏极连接于电源输入负端。

如图1、图2所示，本实用新型的低开关损耗电源变换器工作时，在第一开关1关断期内，输入电源电压加上变压器漏感储能产生的反向电压经变压器7初级绕组Np以及第一二极管5给电容6充电，第一开关1两端因漏感储能产生的反向尖峰电压被电容6吸收而降低，反向电压尖峰得到抑制；当变压器7的储能泄放完后，变压器7初级绕组Np的漏感和第一开关1的输出电容开始谐振，第一开关1两端电压开始按正弦曲线下降，第三电阻10两端的电压是跟随第一开关1两端电压变化而正比例变化的，经第二控制电路4内部电压缓冲器35缓冲后，输入电压比较器36，电压比较器36的反相输入端是存在电容的，当第三电阻10两端的电压跟随第一开关1两端电压下降而下降时，电压比较器36的反相输入端的电压将保持一段时间，电压比较器36的同相输入端电压是快速下降的，因此电压比较器36的输出将由低电平翻转为高电平，翻转的时刻触发触发器42输出高电平并保持，触发器42的置0端52输入的是经第一反相器39和第二反相器40两次反相后的和第一开关1控制信号同步的信号电压，因此，在第一开关1开始导通后，触发器42的输出Q端55复位成低电平，触发器42的输出Q端55输出的高电平输入到与门43的一个输入端，而与门43的另一个输入端接第一反相器39的输出，使得在第一开关1开始导通的时刻，与门43的输出变为高电平，与门43的输出经电平移位和驱动电路44后，输出的高电平驱动第二开关2导通，输出的低电平驱动第二开关2关断，第一开关1关断期内两端电压开始谐振下降的时刻到第一开关1导通的这段时间内，电平移位和驱动电路44输出高电平，第二开关2导通，电容6将和第一开关1的输出电容并联，并联的电容和变压器7初级绕组Np的漏感开始一起谐振，电容6两端电压将逐渐降低，当第一开关1开始导通后，第二开关2将关断，电容6的剩余电荷将不能通过第一开关1放电，由于第一开关1输出电容比较小，因此第一开关1的开通损耗比较小；当第一开关1由导通转为关断时，第一开关1两端电压开始上升到一个低电压值时，第一二极管5导通，电容6将充电，两端电压开始缓慢上升，因而第一开关1可以实现低损耗关断。达到低开关损耗的目的，提高了电源的转换效率。

以上为本实用新型的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种电源变换器，包括连接在电源输入端与电源输出端之间的变压器，变压器的初级绕组与电源输入负端之间具有第一开关，第一开关由第一控制电路的输出信号控制通断，变压器的初级绕组与电源输入负端之间还连接一条由电容、第一二极管串联的支路。

2.权利要求1所述的电源变换器，其特征在于，所述第一二极管还并联第二开关，第二开关由第二控制电路的输出信号控制通断，第二控制电路在第一开关关断时间内，当变压器的漏感和第一开关的输出电容开始谐振时导通第二开关。

3.权利要求2所述的电源变换器，其特征在于，第二控制电路在第一开关开始导通后关断第二开关。

4.权利要求3所述的电源变换器，其特征在于，所述变压器包括辅助绕组，辅助绕组两端之间连接有包括第二电阻和第三电阻的支路，第二电阻和第三电阻的连接点连接第一控制电路和/或第二控制电路的输入端。

5.权利要求4所述的电源变换器，其特征在于，第二控制电路包括第一反相器、第二反相器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、电压缓冲器、电压比较器、触发器、与门、电平移位和驱动电路、电源正端以及电源负端，第一反相器输入端连接到第一控制电路的第一开关驱动信号的同步信号输出端，第一反相器依次连接第二反相器和第六电阻，第六电阻另一端连接触发器的置0端，第一开关驱动信号的同步信号经第六电阻输出到触发器的置0端；电压缓冲器的输入连接到第二电阻和第三电阻的连接点，电压缓冲器的输出连接电压比较器的同相输入端，电压缓冲器的输出和电源输入负端之间接入第四电阻和第五电阻的串联支路，第四电阻和第五电阻的连接点与电压比较器的反相输入端连接，电压比较器的输出端连接到触发器的触发输入端；触发器的数据端连接电源正端，触发器的置1端连接电源负端，触发器的输出Q端连接与门的一个输入端，与门的另一个输入端接第一反相器的输出端，与门的输出接电平移位和驱动电路的输入端，电平移位和驱动电路的输出端连接第二开关的控制信号输入端。

6.权利要求5所述的电源变换器，其特征在于，所述第二开关包括第一场效应管与第二场效应管以及第七电阻，所述第一场效应管的栅极和第二场效应管的栅极与第七电阻的一端连接于电平移位和驱动电路的输出端，第一场效应管的源极和第二场效应管的源极以及第七电阻的另一端连接于电平移位和驱动电路的电源负端，所述第一场效应管的漏极连接于电容与第一二极管阳极的连接点，第二场效应管的漏极连接于电源输入负端。

7.权利要求5所述的电源变换器，其特征在于，所述第二开关包括第二二极管、第二场效应管以及第七电阻，所述第二场效应管的栅极与第七电阻的一端连接于电平移位和驱动电路的输出端，第七电阻的另一端和第二场效应管的源极以及第二二极管的阳极连接于电平移位和驱动电路的电源负端，第二二极管的阴极连接于电容与第一二极管阳极的连接点，第二场效应管的漏极连接于电源输入负端。

8.权利要求1至7中任一项所述的电源变换器，其特征在于，所述第一开关是包括小输出电容的三极管或者绝缘栅双极晶体管或者场效应管。