CN211859950U

CN211859950U - 一种大电流电源转换电路

Info

Publication number: CN211859950U
Application number: CN202020391815.8U
Authority: CN
Inventors: 李建江
Original assignee: TANGSHAN SHANGXIN RONGDA ELECTRONIC PRODUCTS CO Ltd
Current assignee: TANGSHAN SHANGXIN RONGDA ELECTRONIC PRODUCTS CO Ltd
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2030-03-25

Abstract

本实用新型公开了一种大电流电源转换电路，属于开关电源、DC‑DC变换器以及保护电路领域，解决了现有技术中的主控制驱动电路结构复杂，成本较高的问题；其包括主功率电路单元、预充电电路单元、开关管驱动控制电路单元和整流管驱动控制电路单元；电阻分压及稳压管过压导通特性采集输出电压，通过三极管组合方式控制主功率开关管的导通和截止状态，实现输出电压的稳定调节；电压基准源配合三极管实现对输出电压的精确采集，并根据输出电压大小控制主功率电路单元中整流功率MOS管的导通和截止，实现大电流输出状态，采集电压精度高；通过稳压管降低三极管基极电压，控制三极管工作于线性区，实现对主功率开关MOS管的栅极驱动电平调节。

Description

一种大电流电源转换电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源、DC-DC变换器以及保护电路领域，特别是低成本大电流电子应用场合，具体是涉及一种大电流电源转换电路。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电源转换电路在各个领域得到了广泛的应用，开关电源更是逐步取代了线性电源，成为主流电源。目前开关电源转换电路以PWM主控芯片为主，通过采集输出电压大小，驱动控制主功率电路单元开关管，主控芯片调节驱动占空比大小以保证输出电压稳定。但在电动汽车和其他大批量低成本工业设备上，对成本要求较高，常用的主控制芯片及其辅助电路价格昂贵，很难把电源变换电路产品价格降到更低，并且在输出功率较大，大电流应用场合，输出二极管整流功耗大，发热高，难以满足高可靠特性要求，采用同步整流方案时其驱动芯片和驱动变压器等驱动相关电路方案复杂，涉及器件多，成本高，可靠性低，因此常规电源变换电路难以更好满足批量大、低成本、大电流、高可靠性的综合特性要求。

现有电源变换电路以PWM主控芯片为主，搭配辅助功能电路，电路结构复杂，占用空间大，并且成本较高，难以满足电子设备批量大，低成本，高可靠的应用场合要求，并且功率较大，大电流输出时，主功率管关断期间，采用二极管续流导通压降大则导通损耗大，功率二极管发热严重，如果采用功率MOS管续流，常用的驱动芯片或驱动变压器及其辅助电路结构复杂、成本高，难以满足电子设备批量大，低成本，高可靠的应用场合要求，所以急需同时解决这两个问题。

为此，本专利设计一种大电流电源转换电路，不仅解决常用开关电源变换器采用PWM 主控制芯片价格高、辅助电路复杂的问题，并且为了降低电路损耗，提高效率，提出一种同步整流控制电路设计方法，确保电源变换电路适用于大电流输出应有场合，降低功率器件发热，提高变换电路效率，确保大电流变换电路长时可靠稳定的工作。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种大电流降压变换电路以及其设计方法，用于解决现有技术中的主控制驱动电路结构复杂，成本较高，实现一种可靠、低成本的电压转换电路，以解决上述背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种大电流电源转换电路，其包括主功率电路单元、预充电电路单元、开关管驱动控制电路单元和整流管驱动控制电路单元。

主功率电路单元作为功率传递电路，通过对主功率电路单元功率器件开关斩波的作用，将输入母线电压变换为输出目标电压，开关管驱动控制电路单元通过一种简单有效的控制方式采集输出电压，控制主开关管的通断实现电能转换的过程；当开关管截止状态时，通过整流管续流为输出提供能量，保证输出电压的稳定性，为确保大电流输出时整流管功耗低，整流管采用功率MOS管，通过设计一种简洁可靠的整流管驱动电路，实现整流功率MOS管的开关特性，以达到在开关管关断期间为输出提供续流通路。为确保大电流电压变换电路上电时的初始电能输出能力，通过设计预充电电路单元实现功率开关管初始状态的导通。

主功率电路单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1、电感L2、功率三极管VT1、MOS管VT2、电容C1和电容C2，开关管驱动控制电路单元包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、功率三极管VT3、功率三极管VT4和稳压管DZ1。

具体的，输入母线电压正端通过电阻R1连接到电感L1输入端，电感L1输出端连接到电容C1，电容C1另一端连接到输出母线负端，电感L1输出端连接功率三极管VT1的发射极，功率三极管VT1的集电极连接到功率MOS管VT2的漏极，MOS管VT2的源极连接到输出负端，驱动信号G1连接到MOS管VT2的栅极，电感L2连接在MOS管VT2漏极和输出电压正端，电容C2并联在输出电压正端和输出电压负端，电阻R2并联到功率三极管VT1 的发射极和基极两端，电阻R3串联在功率三极管VT1基极和功率三极管VT3集电极，功率三极管VT3的发射极通过电阻R4连接到输出电压负端，功率三极管VT3的基极连接到功率三极管VT4的集电极，电阻R5并联在功率三极管VT4发射极和基极两段，功率三极管VT4发射极连接到输出电压负端，功率三极管VT4基极连接到稳压管DZ1的阳极，稳压管DZ1的阴极连接到电阻R6一端和电阻R7一端，电阻R6另一端连接到输出电压负端，电阻R7连接到输出电压正端，功率三极管VT3基极通过电阻R8连接到输入电压正端。

整流管驱动控制电路单元包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13，电压基准源VZ1，稳压管DZ2、稳压管DZ3和三极管VT5。

具体的，电阻R9和电阻R10串联在输出电压正端和输出电压负端之间，电阻R9和电阻R10的连接公共端连接到电压基准源VZ1的基准端，电压基准源VZ1的阴极连接到输出电压负端，输出电压正端通过电阻R11连接到电压基准源VZ1的输出端和三极管VT5的基极，输入电压正端通过电阻R12连接到三极管VT5基极，稳压管DZ2一端连接到三极管VT5 基极，另一端连接到输出电压负端，三极管VT5集电极连接到输入电压正端，三极管VT5 发射极通过电阻R13连接到驱动信号G1，稳压管DZ3一点连接到三极管VT5发射极，另一端连接到输出电压负端。由于电路为非隔离电路，其中所述输入电压负端即为输出电压负端。

预充电电路单元包括电阻R14和电阻R15。

其中，电阻R14一端连接到输入电压正端，电阻R14另一端连接到电阻R15一端，电阻R15另一端连接到输出电压负端。

在上述的一种大电流电压转换电路，其所述的电阻R6和电阻R7以及稳压管DZ1实现输出电压大小控制，以实现当输出电压小于目标值驱动三极管VT1导通，实现向输出传递能量，当输出电压高于目标值，通过三极管VT4的导通和三极管VT3的断开实现控制停止向输出端传递能量。当主开关管VT1断开期间，通过控制功率MOS管VT2导通及其内部寄生二极管导通实现由储能电感L2向输出端传递能量，通过电阻R9和电阻R10以及电压基准源采集输出端电压，实现电压基准源输出端电压高低电平转换，实现控制三极管VT5的开关状态，最终控制整流功率MOS管的开关及关断，实现输出电压稳定控制。

在上述的一种大电流电压转换电路中通过电阻R11和稳压管DZ2控制三极管VT5进入线性区，以实现对整流功率MOS管驱动电平大小的调节，以确保不至于输入电压过大，无法正常驱动整流功率MOS管，提高设计电路多电压应用场合。

综上所述，本实用新型实施例与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本实用新型设计了电阻分压及稳压管过压导通特性采集输出电压，通过三极管组合方式控制主功率开关管的导通和截止状态，实现输出电压的稳定调节，解决电压转换电路中主控制PWM芯片价格高，外围电路结构复杂的问题，使电路成本降低。

(2)本实用新型设计了电压基准源配合三极管实现对输出电压的精确采集，并根据输出电压大小控制主功率电路单元中整流功率MOS管的导通和截止，实现大电流输出状态，电路结构简单，采集电压精度高。解决大电流输出时整流管采用二极管时损耗大，发热严重的问题，以及采用整流功率MOS管以驱动芯片或驱动变压器方式驱动的结构复杂，电路成本高的问题。

(3)本实用新型设计了通过稳压管降低三极管基极电压，控制三极管工作于线性区，实现对主功率开关MOS管的栅极驱动电平调节，以解决当输入电压过高时，难以适用于整流功率MOS管驱动的问题，使本实用新型适用于多电压等级应用场合。

为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1为实用新型实施例的电路示意图。

图2为实用新型实施例中整流管驱动控制电路单元的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

参见图1～图2所示，一种大电流电源转换电路，其包括主功率电路单元、预充电电路单元、开关管驱动控制电路单元和整流管驱动控制电路单元。

参见图1所示，主功率电路单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1、电感L2、功率三极管VT1、MOS管VT2、电容C1和电容C2，开关管驱动控制电路单元包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、功率三极管VT3、功率三极管VT4和稳压管DZ1。

预充电电路单元包括电阻R14和电阻R15。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理，仅是本实用新型的优选实施方式。本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种大电流电源转换电路，其特征在于，包括：

主功率电路单元，对主功率电路单元功率器件开关斩波，将输入母线电压变换为输出目标电压的功率传递电路；

开关管驱动控制电路单元，用于采集输出电压控制主开关管的通断，开关管截止状态时，通过整流管续流为输出提供能量的电路，所述整流管采用功率MOS管；

整流管驱动控制电路单元，用于在开关管关断期间整流功率MOS管的开关特性为输出提供续流通路的电路；

预充电电路单元，用于确保大电流电压变换电路上电时的初始电能输出能力而实现功率开关管初始状态的导通的电路。

2.根据权利要求1所述的大电流电源转换电路，其特征在于，所述主功率电路单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L1、电感L2、功率三极管VT1、MOS管VT2、电容C1和电容C2，开关管驱动控制电路单元包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、功率三极管VT3、功率三极管VT4和稳压管DZ1。

3.根据权利要求2所述的大电流电源转换电路，其特征在于，所述电感L1输入端通过电阻R1连接输入母线电压正端，电感L1输出端连接到电容C1，电容C1另一端连接到输出母线负端，电感L1输出端连接功率三极管VT1的发射极，功率三极管VT1的集电极连接到功率MOS管VT2的漏极，MOS管VT2的源极连接到输出负端，MOS管VT2的栅极连接驱动信号G1，电感L2连接在MOS管VT2漏极和输出电压正端，电容C2并联在输出电压正端和输出电压负端，电阻R2并联到功率三极管VT1的发射极和基极两端，电阻R3串联在功率三极管VT1基极和功率三极管VT3集电极，功率三极管VT3的发射极通过电阻R4连接到输出电压负端，功率三极管VT3的基极连接到功率三极管VT4的集电极，电阻R5并联在功率三极管VT4发射极和基极两段，功率三极管VT4发射极连接到输出电压负端，功率三极管VT4基极连接到稳压管DZ1的阳极，稳压管DZ1的阴极连接到电阻R6一端和电阻R7一端，电阻R6另一端连接到输出电压负端，电阻R7连接到输出电压正端，功率三极管VT3基极通过电阻R8连接到输入电压正端。

4.根据权利要求2所述的大电流电源转换电路，其特征在于，所述整流管驱动控制电路单元包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13，电压基准源VZ1，稳压管DZ2、稳压管DZ3和三极管VT5，所述电阻R9和电阻R10串联在输出电压正端和输出电压负端之间，电阻R9和电阻R10的连接公共端连接到电压基准源VZ1的基准端，电压基准源VZ1的阴极连接到输出电压负端，输出电压正端通过电阻R11连接到电压基准源VZ1的输出端和三极管VT5的基极，输入电压正端通过电阻R12连接到三极管VT5基极，稳压管DZ2一端连接到三极管VT5基极，另一端连接到输出电压负端，三极管VT5集电极连接到输入电压正端，三极管VT5发射极通过电阻R13连接到驱动信号G1，稳压管DZ3一点连接到三极管VT5发射极，另一端连接到输出电压负端。

5.根据权利要求4所述的大电流电源转换电路，其特征在于，输入电压负端即为输出电压负端。

6.根据权利要求4所述的大电流电源转换电路，其特征在于，所述预充电电路单元包括电阻R14和电阻R15，电阻R14一端连接到输入电压正端，电阻R14另一端连接到电阻R15一端，电阻R15另一端连接到输出电压负端。