CN209329965U - 一种交错并联双正激式升压电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种交错并联双正激式升压电路，包括输入滤波电路、交错正激电路及输出滤波电路，所述输入滤波电路的输入端与直流输入端连接，输入滤波电路的输出端与交错正激电路的输入端连接，交错正激电路的输出端经输出滤波电路与负载连接。本实用新型具有电路结构简单、可靠性高、功率密度高、效率高的优点，特别适用于直流低压输入、高压大电流输出的应用场合，能够解决在输出总功率相同情形下，交错正激技术选用开关管的额定峰值电流为单端正激变换器的一半，而且没磁通不平衡问题。在同样的纹波电流条件下，输出滤波电感值可减小一半，输出电压最大峰值越小，功率器件的电压应力也越小。

Description

一种交错并联双正激式升压电路

技术领域

本实用新型涉及电源设计领域，具体涉及一种交错并联双正激式升压电路。

背景技术

单端正激和推挽电路拓扑被广泛运用，但是也具有明显的缺点：单端正激变压器工作在一个象限，变压器利用率较低，且需要磁复位绕组，但不存在不平衡问题，可以选择高磁导率、低损耗的软磁铁芯。

推挽电路变压器初/次级都需分成两个绕组，加大了变压器的设计难度，且推挽电路存在不平衡现象，容易“偏磁”，解决偏磁问题，一种方法是初级采用峰值电流控制，另一种方法是采用高饱和磁感应强度的铁芯材料，这两种方法，第一种方法使电路复杂，另一种方法使变压器的体积增加；尤其是在要求功率密度和效率要求高的场合，单端正激和推挽电路已经不能满足需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种交错并联双正激式升压电路，能够用更小的变压器得到更高的功率输出,减少功率损耗和热应力外,从而使器件的功率损耗和热应力减少。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种交错并联双正激式升压电路，包括输入滤波电路、交错正激电路及输出滤波电路，所述输入滤波电路的输入端与直流输入端连接，输入滤波电路的输出端与交错正激电路的输入端连接，交错正激电路的输出端经输出滤波电路与负载连接；

所述交错正激电路包括第一正激电路和第二正激电路，所述第一路正激电路包括变压器T101，开关管Q1，二极管D1、D5、D7，所述开关管Q1的漏级与变压器T101的第二输入端连接，所述二极管D1的阳极与开关管Q1的源极连接，二极管D1的阴极经电感L3与变压器T101的第一输入端端连接，且所述变压器T101的第一输入端与输入滤波电路的正极输出端连接，所述二极管D5的阳极与变压器T101的第一输出端连接，二极管D5的阴极与输出滤波电路的输入端连接，所述二极管D7的阳极与二极管D5的阴极连接，二极管D7的阳极与变压器T101的第二输出端连接，开关管Q1的源极与输入滤波电路的负极输出端连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述第二正激电路包括变压器T102，开关管Q2，二极管D2、D6、D7，所述三极管Q2的漏级与变压器的第二输入端连接，所述二极管D2的阳极与开关管Q2的源极连接，二极管D2的阴极经电感L4与变压器T102的第一输入端端连接，且所述变压器T102的第一输入端与输入滤波电路的输出端连接，所述二极管D6的阳极与变压器T102的第一输出端连接，二极管D6的阴极与二极管D7的阴极连接，开关管Q2的源极与输入滤波电路的负极输出端连接。

所述第一正激电路还包括电阻R1、R3、R5，电容C4、C5、C8，所述电阻R1的一端与开关管Q1的漏级连接，电阻R1的另一端通过电阻C4与开关管Q1的源极连接；所述电容C5与电阻R3串联后并联在二极管D5的两端；所述电阻R5与电容C8串联后并联在二极管D7的两端。

所述输入滤波电路采用EMI滤波电路，包括共模电感L1，电容C1、C2、CY1、CY2，所述电容C1和电容C2并联在共模电感L1的两输入端，所述电容CY1与电容CY2串联后并联在共模电感L1的两输出端。

所述输出滤波电路采用π型滤波电路，包括电感L2、电容C9和电容C10，所述电感L2的一端与二极管D7的阴极连接，电感L2的另一端通过电容C10与二极管D7的阳极连接，所述电容C9并联在电阻R5与电容C3的两端。

还包括用于驱动开关管Q1和开关管Q2的驱动控制电路，所述驱动控制电路包括驱动芯片N201、电压器T201，三极管V201、V202、V203、V204，二极管C201、C202 、C203、C204，所述三极管V201和三极管V203的基极通过电阻R209与驱动芯片的第一输出端连接，三极管V201的集电极与电源及二极管D201的阴极连接，二极管D201的阳极与二极管D202的阴极连接，二极管D202的阳极与三极管V203的集电极连接，三极管V203的发射极与V201的发射极连接；

所述三极管V204和三极管V202的基极通过电阻R212与驱动芯片的第二输出端连接，三极管V204的集电极与二极管D202的阳极连接，所述三极管V204的发射极与二极管V203的阴极及三极管V202的发射极连接，二极管V204的阳极与二极管D203的阴极连接，二极管D204的阴极与三极管V202的集电极连接；

所述变压器T201包括一原边绕组和两副边绕组，所述变压器T201的原边绕组的第一端经电容C210与三极管V201及二极管D201的阳极连接，其第二端经与三极管V204及二极管D203的阴极连接，变压器T201副边绕组的第一端经电阻R210与二极管Z203的阴极连接，二极管Z203的阳极与二极管Z201的阳极连接，二极管Z201的阴极与副边绕组的第二端连接，二极管Z202的阴极经电阻R211与副边绕组的第三端连接，二极管Z202的阳极与二极管Z204的阳极连接，二极管Z204的阴极与变压器T201的副边绕组的第四端连接。

由上述技术方案可知，本实用新型本实用新型所述的并联双正激式升压电路，能够解决在输出总功率相同情形下，交错正激技术选用开关管的额定峰值电流为单端正激变换器的一半，而且没磁通不平衡问题。在同样的纹波电流条件下，输出滤波电感值可减小一半，输出电压最大峰值越小，功率器件的电压应力也越小。本实用新型具有电路结构简单、可靠性高、功率密度高、效率高的优点，特别适用于直流低压输入、高压大电流输出的应用场合。

附图说明

图1是本实用新型的电路图；

图2是本实用新型的驱动控制电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，本实施例的交错并联双正激式升压电路，包括输入滤波电路1、交错正激电路2及输出滤波电路3，输入滤波电路1的输入端与直流输入端连接，输入滤波电路1的输出端与交错正激电路2的输入端连接，交错正激电路2的输出端经输出滤波电路3与负载连接；

该交错正激电路2包括第一正激电路和第二正激电路，第一路正激电路包括变压器T101，开关管Q1，二极管D1、D5、D7，开关管Q1的漏级与变压器T101的第二输入端连接，二极管D1的阳极与开关管Q1的源极连接，二极管D1的阴极经电感L3与变压器T101的第一输入端端连接，且变压器T101的第一输入端与输入滤波电路1的正极输出端连接，二极管D5的阳极与变压器T101的第一输出端连接，二极管D5的阴极与输出滤波电路3的输入端连接，二极管D7的阳极与二极管D5的阴极连接，二极管D7的阳极与变压器T101的第二输出端连接，开关管Q1的源极与输入滤波电路1的负极输出端连接。

第二正激电路包括变压器T102，开关管Q2，二极管D2、D6、D7，三极管Q2的漏级与变压器的第二输入端连接，二极管D2的阳极与开关管Q2的源极连接，二极管D2的阴极经电感L4与变压器T102的第一输入端端连接，且变压器T102的第一输入端与输入滤波电路1的输出端连接，二极管D6的阳极与变压器T102的第一输出端连接，二极管D6的阴极与二极管D7的阴极连接，开关管Q2的源极与输入滤波电路1的负极输出端连接。

第一正激电路还包括电阻R1、R3、R5，电容C4、C5、C8，电阻R1的一端与开关管Q1的漏级连接，电阻R1的另一端通过电阻C4与开关管Q1的源极连接；电容C5与电阻R3串联后并联在二极管D5的两端；电阻R5与电容C8串联后并联在二极管D7的两端。

输入滤波电路1采用EMI滤波电路，包括共模电感L1，电容C1、C2、CY1、CY2，电容C1和电容C2并联在共模电感L1的两输入端，电容CY1与电容CY2串联后并联在共模电感L1的两输出端。EMI滤波电路能阻止输入浪涌电压和尖峰电压影响电源工作，又能吸收电源高频开关噪声，以免高频噪声对母线产生干扰。

输出滤波电路3采用π型滤波电路，包括电感L2、电容C9和电容C10，电感L2的一端与二极管D7的阴极连接，电感L2的另一端通过电容C10与二极管D7的阳极连接，电容C9并联在电阻R5与电容C3的两端。该π型滤波电路能阻止输入浪涌电压和尖峰电压影响电源工作，又能吸收电源高频开关噪声，以免高频噪声对母线产生干扰，有效降低输出电压的纹波，保证负载的供电平稳。

如图2所述，本实施例采用驱动控制电路驱动开关管Q1和开关管Q2，该驱动控制电路包括驱动芯片N201、电压器T201，三极管V201、V202、V203、V204，二极管C201、C202 、C203、C204，三极管V201和三极管V203的基极通过电阻R209与驱动芯片的第一输出端连接，三极管V201的集电极与电源及二极管D201的阴极连接，二极管D201的阳极与二极管D202的阴极连接，二极管D202的阳极与三极管V203的集电极连接，三极管V203的发射极与V201的发射极连接；

三极管V204和三极管V202的基极通过电阻R212与驱动芯片的第二输出端连接，三极管V204的集电极与二极管D202的阳极连接，三极管V204的发射极与二极管V203的阴极及三极管V202的发射极连接，二极管V204的阳极与二极管D203的阴极连接，二极管D204的阴极与三极管V202的集电极连接；

变压器T201包括一原边绕组和两副边绕组，变压器T201的原边绕组的第一端经电容C210与三极管V201及二极管D201的阳极连接，其第二端经与三极管V204及二极管D203的阴极连接，变压器T201副边绕组的第一端经电阻R210与二极管Z203的阴极连接，二极管Z203的阳极与二极管Z201的阳极连接，二极管Z201的阴极与副边绕组的第二端连接，二极管Z202的阴极经电阻R211与副边绕组的第三端连接，二极管Z202的阳极与二极管Z204的阳极连接，二极管Z204的阴极与变压器T201的副边绕组的第四端连接。该驱动控制电路为推挽式隔离驱动, 增强驱动信号的驱动能力，控制芯片选用定频PWM控制器SG3525，每个驱动信号之间相互隔离，其11脚，14脚输出互补的PWM波，占空比小于50%。经过推挽电路增强驱动信号驱动能力，驱动变压器实现驱动信号原副边隔离。为保证在输入电压和输出负载变化时，输出电压稳定，采用闭环控制。在发生故障时可以快速响应，关闭电源输出。

本实施例的开关管Q1与开关管Q2的驱动信号互补，两路正激交错导通，相位相差180°互补，高频变压器T101、T102将原副边隔离，主电路为两路正激变换器在原边并联，而副边采用交错并联。并将输入的直流电压通过交错并联双正激电路，进行输出升压。二极管D1、D2是两路正激电路的复位电路，该复位电路为常用的第三绕组磁复位电路，避免磁积累而造成磁芯饱和，磁复位的作用是在开关管截止期间将磁化能量转移，耗散或返回电源。

本实用新型的交错正激变换式升压电路，采用两个相同的单端正激变换器的交替工作，各占半个周期，其次级电流通过整流二极管相加，通过控制开关管Q1、Q2的导通脉冲，让两开关管轮流导通。其电路工作原理如下：

当控制开关导通的脉冲PWM1高电平时，开关管Q1承受正向电压导通，直流输入电压加在变压器T101原边两端，变压器的T101的1脚与2脚之间产生感应电动势，由于同名端关系，变压器T101的1脚与变压器T101的3脚电压上正下负，二极管D5因承受正压而导通，二极管D7因承受反压而截至，能量开始向负载端传递。

当开关管Q1关断后，开关管Q2并未因此马上导通，所以在开关管Q1和Q2都关断的过程中，电感L2由于自感的原因，极性反向，使二极管D5因承受反压而关断，二极管D7正向导通，为电感电流提供续流回路，以保持输出电压、电流的稳定；

当控制开关导通的脉冲PWM2高电平时，开关管Q2导通，直流输入电压加在变压器T102原边两端，T102的1脚与2脚之间产生感应电动势，由于同名端关系，T102的1脚与T102的3脚电压上正下负，二极管D6因承受正压而导通，二极管D7因承受反压而截至，能量开始向负载端传递。同样在开关管Q2关断后开关管Q1还未导通，此时同样存在上述的情况，这里不再赘述。

本实用新型的交错正激变换器和单端正激变换器一样，同属正激拓扑，所以要设置磁复位回路，此电路中还是采用常用的第三绕组磁复位电路，在图中二极管D1和磁复位绕组共同构成了磁复位回路。

本实用新型所述的并联双正激式升压电路，能够解决在输出总功率相同情形下，交错正激技术选用开关管的额定峰值电流为单端正激变换器的一半，而且没磁通不平衡问题。两个并联单元以相位相差180°互补方式工作，具有开关管电压应力低，不存在桥臂直通的危险及可靠性高的优点，两路正激的输出滤波电路3共用一个滤波电感L2，这样输出端的脉冲频率为开关频率的2倍。在同样的纹波电流条件下，输出滤波电感值可减小一半。双路交错导通，虽然每一路的占空比为0.45，两路交错导通，在输出滤波电感上得到的是占空比为0.9的脉冲波形，输出电压最大峰值越小，功率器件的电压应力也越小。

驱动控制电路采用推挽式隔离驱动电路，增强驱动信号的驱动能力，输出电压、电流采用闭环控制，实现输出电压的稳定；所有的功率管均为N沟道MOSFET，造价低廉。本实用新型具有电路结构简单、可靠性高、功率密度高、效率高的优点，特别适用于直流低压输入、高压大电流输出的应用场合。

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 (6)

1.一种交错并联双正激式升压电路，其特征在于：包括输入滤波电路、交错正激电路及输出滤波电路，所述输入滤波电路的输入端与直流输入端连接，输入滤波电路的输出端与交错正激电路的输入端连接，交错正激电路的输出端经输出滤波电路与负载连接；

所述交错正激电路包括第一正激电路和第二正激电路，所述第一正激电路包括变压器T101，开关管Q1，二极管D1、D5、D7，所述开关管Q1的漏级与变压器T101的第二输入端连接，所述二极管D1的阳极与开关管Q1的源极连接，二极管D1的阴极经电感L3与变压器T101的第一输入端端连接，且所述变压器T101的第一输入端与输入滤波电路的正极输出端连接，所述二极管D5的阳极与变压器T101的第一输出端连接，二极管D5的阴极与输出滤波电路的输入端连接，所述二极管D7的阳极与二极管D5的阴极连接，二极管D7的阳极与变压器T101的第二输出端连接，开关管Q1的源极与输入滤波电路的负极输出端连接。

2.根据权利要求1所述的交错并联双正激式升压电路，其特征在于：所述第二正激电路包括变压器T102，开关管Q2，二极管D2、D6、D7，所述开关管Q2的漏级与变压器的第二输入端连接，所述二极管D2的阳极与开关管Q2的源极连接，二极管D2的阴极经电感L4与变压器T102的第一输入端端连接，且所述变压器T102的第一输入端与输入滤波电路的输出端连接，所述二极管D6的阳极与变压器T102的第一输出端连接，二极管D6的阴极与二极管D7的阴极连接，开关管Q2的源极与输入滤波电路的负极输出端连接。

3.根据权利要求1所述的交错并联双正激式升压电路，其特征在于：所述第一正激电路还包括电阻R1、R3、R5，电容C4、C5、C8，所述电阻R1的一端与开关管Q1的漏级连接，电阻R1的另一端通过电阻C4与开关管Q1的源极连接；所述电容C5与电阻R3串联后并联在二极管D5的两端；所述电阻R5与电容C8串联后并联在二极管D7的两端。

4.根据权利要求1所述的交错并联双正激式升压电路，其特征在于：所述输入滤波电路采用EMI滤波电路，包括共模电感L1，电容C1、C2、CY1、CY2，所述电容C1和电容C2并联在共模电感L1的两输入端，所述电容CY1与电容CY2串联后并联在共模电感L1的两输出端。

5.根据权利要求1所述的交错并联双正激式升压电路，其特征在于：所述输出滤波电路采用π型滤波电路，包括电感L2、电容C9和电容C10，所述电感L2的一端与二极管D7的阴极连接，电感L2的另一端通过电容C10与二极管D7的阳极连接，所述电容C9并联在电阻R5与电容C3的两端。

6.根据权利要求2所述的交错并联双正激式升压电路，其特征在于：还包括用于驱动开关管Q1和开关管Q2的驱动控制电路，所述驱动控制电路包括驱动芯片N201、电压器T201，三极管V201、V202、V203、V204，二极管D201、D202 、D203、D204，所述三极管V201和三极管V203的基极通过电阻R209与驱动芯片的第一输出端连接，三极管V201的集电极与电源及二极管D201的阴极连接，二极管D201的阳极与二极管D202的阴极连接，二极管D202的阳极与三极管V203的集电极连接，三极管V203的发射极与V201的发射极连接；

所述三极管V204和三极管V202的基极通过电阻R212与驱动芯片的第二输出端连接，三极管V204的集电极与二极管D202的阳极连接，所述三极管V204的发射极与二极管V203的阴极及三极管V202的发射极连接，二极管V204的阳极与二极管D203的阴极连接，二极管D204的阴极与三极管V202的集电极连接；

所述变压器T201包括一原边绕组和两副边绕组，所述变压器T201的原边绕组的第一端经电容C210与三极管V201及二极管D201的阳极连接，其第二端经与三极管V204及二极管D203的阴极连接，变压器T201副边绕组的第一端经电阻R210与二极管Z203的阴极连接，二极管Z203的阳极与二极管Z201的阳极连接，二极管Z201的阴极与副边绕组的第二端连接，二极管Z202的阴极经电阻R211与副边绕组的第三端连接，二极管Z202的阳极与二极管Z204的阳极连接，二极管Z204的阴极与变压器T201的副边绕组的第四端连接。