CN204615657U - 一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路，包括推挽电路、整流滤波电路、和同步整流BUCK电路，所述推挽电路包括变压器、第一VMOS管和第二VMOS管；所述变压器的初级绕组两端分别与第一VMOS管和第二VMOS管的漏极相连，变压器的初级绕组中心触头外接电源输入回路，第一VMOS管和第二VMOS管的栅极与开关电源的控制电路相连，第一VMOS管和第二VMOS管的源极接地，变压器的次级绕组两端经整流滤波电路分别与同步整流BUCK电路的同步整流管、输出公共端相连。本实用新型利用了推挽拓扑的隔离和高效的特点，实现宽范围输入电压的隔离预稳压，使得多路低压输出电路的设计简化，电路的整体效率得到了提升，体积得到了减小。

Description

一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，具体涉及一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路。

背景技术

开关电源广泛用于工业及国防领域，在航天、航空、船舶、兵器、铁路、通信、医疗电子、工业自动化设备等军民用电子系统中得到广泛应用。开关电源自发明以来，得到飞速发展。新的应用要求伴随着新的技术不断涌现。概括起来，常用的电路拓扑就有几十种，如BUCK电路、BOOST电路、正激电路，反激电路，推挽电路，半桥电路，全桥电路拓扑等。BUCK电路、BOOST电路是非隔离DC/DC变换器中常用的电路拓扑；反激电路、正激电路、推挽电路、半桥电路、全桥电路是隔离DC/DC变换器中常用的电路拓扑，其中反激电路拓扑适合用于体积要求严，功率不大的开关电源中，正激电路拓扑适合用于体积要求严的中小功率开关电源中，推挽电路，半桥电路，全桥电路拓扑为双端输入拓扑结构，电路较单端输入拓扑结构复杂，变压器工作在1,3象限，变压器利用率较高。推挽电路拓扑适合用于中小功率开关电源中，半桥电路拓扑适合用于中大功率开关电源中，全桥电路拓扑适合用于大功率开关电源。另外，同步整流电路是低电压大电流输出场合常用的设计技术，在设计隔离型低压大电流输出的变换器时，常将同步整流技术与正反激及推挽或桥式电路拓扑结合使用，不同的组合适合不同的应用场合。但目前所采用的推挽电路拓扑结构存在电路较复杂，体积较大，输出效率较低等缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是通过采用推挽电路与适合低压大电流输出的同步整流BUCK技术相结合，设计出适合多路应用场合的一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路，该拓扑结构利用了推挽拓扑的隔离和高效的特点，实现宽范围输入电压的隔离预稳压，后级的同步整流BUCK电路实现多路低压的高效输出，使得多路低压输出电路的设计简化，电路的整体效率得到了提升，体积得到了减小。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路，包括推挽电路、整流滤波电路、以及同步整流BUCK电路，所述推挽电路包括变压器、第一VMOS管和第二VMOS管；所述变压器的初级绕组两端分别与所述第一VMOS管和第二VMOS管的漏极相连，变压器的初级绕组中心触头外接电源输入回路，所述第一VMOS管和第二VMOS管的栅极与开关电源的控制电路相连，第一VMOS管和第二VMOS管的源极接地，所述变压器的次级绕组两端经整流滤波电路后分别与同步整流BUCK电路的同步整流管、输出公共端相连。

所述整流滤波电路由第一二极管、第二二极管、第一电感和第一电容组成；所述变压器的次级绕组一端与第一二极管的阳极相连，其另一端与第二二极管的阳极相连，所述第一二极管的阴极经第一电感与同步整流BUCK电路的整流管相连，所述第二二极管的阴极连接在所述第一二极管和所述第一电感之间，变压器的次级绕组中心触头与BUCK电路的输出公共端相连，所述第一电容的一端连接在第一电感与同步整流BUCK电路之间，其另一端与变压器的次级绕组中心触头相连。

所述同步整流BUCK电路至少为两路。

所述同步整流BUCK电路包括第三VMOS管、第四VMOS管、第二电感和第二电容；所述第三VMOS管的漏极连接在第一电感和第一电容之间，第三VMOS管的源极依次经第二电感、第二电容与变压器的初级绕组中心触头相连，所述第四VMOS管的漏极与第三VMOS管的源极相连，第四VMOS管的源极与变压器的初级绕组中心触头相连，所述第三VMOS管和第四VMOS管的栅极接地。

所述推挽电路还包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻的一端分别与第一VMOS管和第二VMOS管的栅极相连，其另一端与所述开关电源的控制电路相连。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型开关电源拓扑结构采用推挽电路拓扑与多个同步整流BUCK电路相串联。推挽电路拓扑的作用是：将输入回路的宽范围输入电压隔离预稳压在一个合适的电压范围内，此预稳压过程可以实现高效率的转换，同时简化和优化了隔离变压器的设计。

（2）同步整流BUCK电路的作用是：将隔离后的预稳压的电压转换成电路中需要的多路低电压，实现高效率的稳压功能。这种电路的结构简单，工作效率高，可以输出大电流，这样设计简化了多路隔离型低压输出变换器的总体电路结构，使隔离型多路输出低压变换器的整体效率得到了提高，降低了设计的难度，简化了电路形式、减少了所用的元器件。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如图1所示，包括推挽电路1、整流滤波电路2、以及同步整流BUCK电路3，该推挽电路1包括变压器T1、第一VMOS管V1、第二VMOS管V2；变压器T1的初级绕组两端分别与第一VMOS管V1和第二VMOS管V2的漏极相连，变压器T1的初级绕组中心触头外接电源输入回路，第一VMOS管V1和第二VMOS管V2的栅极与开关电源的控制电路相连，第一VMOS管V1和第二VMOS管V2的源极接地，变压器T1的次级绕组两端经整流滤波电路2后分别与同步整流BUCK电路3的同步整流管、输出公共端相连。

进一步，整流滤波电路2由第一二极管D1、第二二极管D2，第一电感L1和第一电容C1组成；变压器T1的次级绕组一端与第一二极管D1的阳极相连，其另一端与第二二极管D2的阳极相连，第一二极管D1的阴极经第一电感L1与同步整流BUCK电路3的整流管相连，第二二极管D2的阴极连接在第一二极管D1和第一电感L1之间，变压器T1的次级绕组中心触头与BUCK电路3的输出公共端相连，第一电容C1的一端连接在第一电感L1与同步整流BUCK电路3之间，其另一端与变压器T1的次级绕组中心触头相连。

在本实施例中，同步整流BUCK电路3可为一路、两路或多路，具体电路根据实际需要设置，在本实施例中同步整流BUCK电路3为两路。如图1所示，其中同步整流BUCK电路3包括第三VMOS管V3、第四VMOS管V4、第二电感L3和第二电容C3；第三VMOS管V3的漏极连接在第一电感L1和第一电容C1之间，第三VMOS管V3的源极依次经第二电感L3、第二电容C3与变压器T1的次级绕组中心触头相连，第四VMOS管V4的漏极与第三VMOS管V3的源极相连，第四VMOS管V4的源极与变压器T1的次级绕组中心触头相连，第三VMOS管V3和第四VMOS管V4的栅极接地。另一路同步整流BUCK电路3包括VMOS管V5、V6，第三电感L2和第三电容C2；第五VMOS管V5的漏极连接在第一电感L1和第一电容C1之间，第五VMOS管V5的源极依次经第三电感L2、第三电容C2与变压器T1的次级绕组中心触头相连，第六VMOS管V6的漏极与第五VMOS管V5的源极相连，第六VMOS管V6的源极与变压器T1的次级绕组中心触头相连，第五VMOS管V5和第六VMOS管V6的栅极接地。

为了消除电路产生的震荡，提高电路的转换效率，该推挽电路1还包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2的一端分别与第一VMOS管V1、第二VMOS管V2的栅极相连，其另一端与开关电源的控制电路相连。

本实用新型的工作原理为：

推挽电路1的功率VMOS管V1、V2的栅极受控于脉宽调制器产生的高频脉冲信号，该信号控制VMOS管V1、V2的导通或截止，从而把输入直流电压变换成高频脉冲电压，经变压器T1耦合后，通过整流滤波电路2将脉冲电压转换成输出的直流电压。输出电压经过误差放大，去反馈控制脉宽调制器的占空比，形成一个闭环系统，该闭环控制中再通过控制策略控制最大稳压范围，从而实现高效的预稳压，稳定输出电压在一个较窄的范围内，方便后级电路实现高效精确稳压。

该预稳压的直流电压与同步整流BUCK电路3的输入相连，同步整流BUCK电路3里的VMOS管V3和同步整流管V4分别受脉宽调制器控制，脉宽调制器产生高频脉冲信号， 通过VMOS管V3、V4的栅极控制V3、V4的导通或截止。其中VMOS管V3、V4的栅极控制信号是交错互补型的两个信号，在VMOS管V3开通时，VMOS管V4截止，在VMOS管V3截止时，VMOS管V4开通，实现同步整流BUCK电路3的同步整流功能（V3的斩波和V4的续流功能）。由VMOS管V3、V4的导通或截止，在第二电感L3的输入端产生脉动直流电压，该电压经第二电感L3、第二电容C3滤波后成为需要的直流电压，该直流电压被反馈控制电路采样后，将误差电压放大后去控制脉宽调制器的输出高频脉冲信号的占空比，实现输出电压的精确稳压。另一路的同步整流BUCK电路3的工作原理同上。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路，其特征在于：包括推挽电路（1）、整流滤波电路（2）、以及同步整流BUCK电路（3），所述推挽电路（1）包括变压器（T1）、第一VMOS管（V1）和第二VMOS管（V2）；所述变压器（T1）的初级绕组两端分别与所述第一VMOS管（V1）和第二VMOS管（V2）的漏极相连，变压器（T1）的初级绕组中心触头外接电源输入回路，所述第一VMOS管（V1）和第二VMOS管（V2）的栅极与开关电源的控制电路相连，第一VMOS管（V1）和第二VMOS管（V2）的源极接地，所述变压器（T1）的次级绕组两端经整流滤波电路（2）后分别与同步整流BUCK电路（3）的同步整流管、输出公共端相连。

2.根据权利要求1所述的一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路，其特征在于：所述整流滤波电路（2）由第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第一电感（L1）和第一电容（C1）组成；所述变压器（T1）的次级绕组一端与第一二极管（D1）的阳极相连，其另一端与第二二极管（D2）的阳极相连，所述第一二极管（D1）的阴极经第一电感（L1）与同步整流BUCK电路（3）的整流管相连，所述第二二极管（D2）的阴极连接在所述第一二极管（D1）和所述第一电感（L1）之间，变压器（T1）的次级绕组中心触头与BUCK电路（3）的输出公共端相连，所述第一电容（C1）的一端连接在第一电感（L1）与同步整流BUCK电路（3）之间，其另一端与变压器（T1）的次级绕组中心触头相连。

3.根据权利要求1所述的一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路，其特征在于：所述同步整流BUCK电路（3）至少为两路。

4.根据权利要求1或3所述的一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路，其特征在于：所述同步整流BUCK电路（3）包括第三VMOS管（V3）、第四VMOS管（V4）、第二电感（L3）和第二电容（C3）；所述第三VMOS管（V3）的漏极连接在第一电感（L1）和第一电容（C1）之间，第三VMOS管（V3）的源极依次经第二电感（L3）、第二电容（C3）与变压器（T1）的次级绕组中心触头相连，所述第四VMOS管（V4）的漏极与第三VMOS管（V3）的源极相连，第四VMOS管（V4）的源极与变压器（T1）的次级绕组中心触头相连，所述第三VMOS管（V3）和第四VMOS管（V4）的栅极接地。

5.根据权利要求1所述的一种宽输入电压隔离型开关电源的拓扑电路，其特征在于：所述推挽电路（1）还包括第一电阻（R1）和第二电阻（R2），所述第一电阻（R1）和第二电阻（R2）的一端分别与第一VMOS管（V1）、第二VMOS管（V2）的栅极相连，其另一端与所述开关电源的控制电路相连。