CN217388543U - 一种高频恒流驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高频恒流驱动器，涉及激光器泵浦源的恒流驱动器技术领域。包括AC/DC变换器、DC/DC变换器，所述AC/DC变换器采用两相交错并联Boost PFC变换器，DC/DC变换器采用移相全桥ZVS变换器。所述两相交错并联Boost PFC包含两个boost升压电感L1和L2；两个升压MOS管Q1和Q2；输出整流二极管D1和D3；输入输出滤波电容C1和C2；负载电阻Ro。该高频恒流驱动器使用的功率开关器件采用第三代半导体材料SIC和GAN功率器件；实现AC/DC，DC/DC高频恒流激光器泵浦源的驱动器设计。去掉了第三级DC/DC恒流源功率变换。只需两级功率变换，输出自带恒流功能，可直接驱动激光器泵浦源。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光器泵浦源的恒流驱动器技术领域，具体为一种高频恒流驱动器。
背景技术
目前业内主流的激光器驱动器都分为ACDC电源和恒流电流源2个产品，内部有3级功率变换。ACDC电源包含(PFC和隔离DC/DC)，实现功能如下：第一级的PFC，将市电交流电压整流后经过PFC电路变换为400VDC，第二级的隔离DC/DC将400V隔离转换为30～200V直流电压源；恒流电流源为第三级非隔离DC/DC调节恒流电流源，然后再驱动激光器泵浦源。针对第三级非隔离DC/DC恒流电流源，业内有两种实现拓扑：一种是线性调节恒流源，半载工作效率低，功率器件散热难度大；一种是开关BUCK恒流源，半载工作效率高，但成本高。有源PFC电路变换电路的工作频率大多为45～65KHZ，电流环带宽2KHZ，受制于输入功率因数校正的原因，电压环路慢，电压环带宽约几十HZ。直流输出负载在低频率状态下，空载和满载切换时，400V电解电容电压波动大，引起DC电路的输出电压过冲跌落大，导致恒流源输出电流上升、下降沿时间长。如果400V电压稳定，DCDC电路才能快速反应。DCDC变换电路的工作频率大多为100KHZ，按照十分之一的余量，电压环路带宽可以做到10KHZ。
多级电路转化会导致功率器件数量以及相应控制电路结构复杂，增加了生产加工的工时，且由于功率器件数量较多，会降低整体电路的可靠性，鉴于此，我们提出了一种高频恒流驱动器。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种高频恒流驱动器，解决了上述背景技术提到的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种高频恒流驱动器，包括AC/DC变换器、DC/DC变换器，所述AC/DC变换器采用两相交错并联Boost PFC变换器，DC/DC变换器采用移相全桥ZVS变换器。
优选的，所述两相交错并联Boost PFC包含两个boost升压电感L1和L2；两个升压MOS管Q1和Q2；输出整流二极管D1和D3；输入输出滤波电容C1和C2；负载电阻Ro。
优选的，所述移相全桥ZVS变换器包含主变压器T1；四个全桥开关MOS管Q3、Q4、Q5和Q6；谐振电感Lr；隔直电容Cb；钳位二极管D3和D4；输出整流二极管D5和D6；输出电感Lout；输入输出电容Cin；输入输出电容Cout；负载电阻Rload。
优选的，所述MOS管Q3和Q4组成了超前桥臂，MOS管Q5和Q6组成了滞后桥臂。
优选的，所述AC/DC变换器使用的控制芯片是UCC28220、UCC28070其中的一种，所述DC/DC变换器使用的控制芯片是UCC28950、ISL6752其中的一种。
优选的，所述升压MOS管Q2与升压电感L1、升压电感L2和升压MOS管Q1串联。
(三)有益效果
本实用新型提供了一种高频恒流驱动器。具备以下有益效果：
该高频恒流驱动器使用的功率开关器件采用第三代半导体材料SIC和GAN功率器件；实现AC/DC，DC/DC高频恒流激光器泵浦源的驱动器设计。去掉了第三级DC/DC恒流源功率变换。只需两级功率变换，输出自带恒流功能，可直接驱动激光器泵浦源。
附图说明
图1为本实用新型两相交错并联Boost PFC和移相全桥ZVS原理图；
图2为本实用新型两相交错并联Boost PFC变换器原理图；
图3为本实用新型移相全桥ZVS变换器原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供一种技术方案：一种高频恒流驱动器。
如图1所示，AC/DC变换器采用两相交错并联Boost PFC。所述两相交错并联BoostPFC包含两个boost升压电感L1和L2；两个升压MOS管Q1和Q2；输出整流二极管D1和D3；输入输出滤波电容C1和C2；负载电阻Ro。所述升压MOS管Q2与升压电感L1、升压电感L2和升压MOS管Q1串联。
交错并联Boost PFC能够降低输入电流纹波，降低开关管的电流应力。适用于大功率场合的输入功率因数校正。
如图2所示，DC/DC变换器采用移相全桥ZVS变换器，同时输出做恒流控制，直接驱动激光器泵浦源，省掉了一级DC/DC恒流源功率变换。所述移相全桥ZVS变换器包含主变压器T1；四个全桥开关MOS管Q3、Q4、Q5和Q6；谐振电感Lr；隔直电容Cb；钳位二极管D3和D4；输出整流二极管D5和D6；输出电感Lout；输入输出电容Cin；输入输出电容Cout；负载电阻Rload。
相对于普通PWM全桥变换，增加了谐振电感，利用谐振电感和开关管的结电容来完成谐振过程，实现开关管的ZVS，减小了开关损耗，提高了整机频率，保持了恒频控制，减小了开关管的电压电流应力，可实现高频化。
两相交错并联Boost PFC实为两个相同的Boost PFC并联而成，每一相的输入功率为单相Boost PFC输入功率的一半，将原来的一组功率器件也分为两组。降低单相BoostPFC功率器件的电流应力，有利于散热。从控制信号时序图可以看出开关管Q2的驱动信号gs2相对于Q1驱动gs1滞后180°。电感L1和L2的电流波形相同，相位相差180°。所以两支路的电流并联后会消除一部分电流纹波，使得总的纹波电流减小，输出高频纹波电流的频率为电感纹波电流频率的两倍。
如图3所示，MOS管Q3和Q4组成了超前桥臂，MOS管Q5和Q6组成了滞后桥臂。桥臂的上下管为180°互补驱动，每个功率管的导通时间固定，两个桥臂的导通角相差一个相位，即移相角。通过调节移相角的大小来控制加在变压器T1原边绕组两端电压的有效占空比，从而调节输出电压。Q3比Q6提前导通提前关断，Q4比Q5提前导通提前关断。当对管Q3，Q6或者Q4，Q5同时导通时初级变压器T1绕组两端才存在正向(或者负向)方波电压，由电感公式U＝L*di/dt，初级电流呈线性升高。Q3提前关断，Q4的DS电压开始下降，初级电流开始减小并且抽走Q4的DS结电容的电荷，同时给Q3的结电容进行充电，当Q4的DS电压下降为负压时体二极管导通，DS电压被钳位为二极管的压降近似为0。如果此时给出Q4的驱动就能实现ZVS。随后Q4和Q6同时导通时，初级变压器绕组上的电压为0，不传送能量，要保持电感电流不变初级处于环流状态，存在较大的导通损耗，电流再次下降。当Q4和Q5同时导通时，由于初级电流方向不能突变继续减小，次级绕组无法提供负载电流，次级的两个整流二极管同时处于导通和续流状态，次级绕组短路，因此初级的方波电压施加在谐振电感上，此时副边存在短暂的占空比丢失现象。之后Q4和Q5继续导通直到初级电流下降为零，电流开始反向，进入另一个桥臂的工作状态，以上描述了一个桥臂的工作过程，另一个桥臂的工作状态相同，两个钳位二极管可以减小副边整流管的电压尖峰。
AC/DC变换器使用的控制芯片是UCC28220或UCC28070，DC/DC变换器使用的控制芯片是UCC28950或ISL6752。
该高频恒流驱动器使用的功率开关器件采用第三代半导体材料SIC和GAN功率器件；实现AC/DC，DC/DC高频恒流激光器泵浦源的驱动器设计。去掉了第三级DC/DC恒流源功率变换。只需两级功率变换，输出自带恒流功能，可直接驱动激光器泵浦源。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种高频恒流驱动器，其特征在于：包括AC/DC变换器、DC/DC变换器，所述AC/DC变换器采用两相交错并联Boost PFC变换器，DC/DC变换器采用移相全桥ZVS变换器；
所述两相交错并联Boost PFC包含两个boost升压电感L1和L2；两个升压MOS管Q1和Q2；输出整流二极管D1和D3；输入输出滤波电容C1和C2；负载电阻Ro；
所述移相全桥ZVS变换器包含主变压器T1；四个全桥开关MOS管Q3、Q4、Q5和Q6；谐振电感Lr；隔直电容Cb；钳位二极管D3和D4；输出整流二极管D5和D6；输出电感Lout；输入输出电容Cin；输入输出电容Cout；负载电阻Rload。
2.根据权利要求1所述的一种高频恒流驱动器，其特征在于：所述MOS管Q3和Q4组成了超前桥臂，MOS管Q5和Q6组成了滞后桥臂。
3.根据权利要求1所述的一种高频恒流驱动器，其特征在于：所述AC/DC变换器使用的控制芯片是UCC28220、UCC28070其中的一种，所述DC/DC变换器使用的控制芯片是UCC28950、ISL6752其中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高频恒流驱动器，其特征在于：所述升压MOS管Q2与升压电感L1、升压电感L2和升压MOS管Q1串联。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116111854A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-05-12 | 深圳市联明电源有限公司 | 一种恒流驱动电路、恒流驱动器及恒流驱动控制方法 |
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2022
- 2022-03-25 CN CN202220684161.7U patent/CN217388543U/zh active Active
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| CN116111854A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-05-12 | 深圳市联明电源有限公司 | 一种恒流驱动电路、恒流驱动器及恒流驱动控制方法 |
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