CN217984864U

CN217984864U - 一种推挽式隔离型直流转换开关电源及其电路

Info

Publication number: CN217984864U
Application number: CN202122389003.7U
Authority: CN
Inventors: 张征熊
Original assignee: Anhui Hengfu Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Anhui Hengfu Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2031-09-30

Abstract

本实用新型公开一种推挽式隔离型直流转换开关电源及其电路，电源电路包括：PWM控制电路、推挽式DC/DC变换电路与次级检测限流电路；PWM控制电路用于产生交替工作的低压方波控制推挽式DC/DC变换电路工作；推挽式DC/DC变换电路用于接收PWM控制电路信号，使功率开关管Q4与功率开关管Q5交替导通在变压器初级绕组两端分别形成相位相反的交流电压；次级检测限流电路与电源电路输出负端连接，用于确保电子设备在过载情况下输出电流保持稳定。本实用新型一种推挽式隔离型直流转换开关电源，能量转换由两管交替控制，当输出相同功率时，电流仅是单端开关电源管的一半，因此开关损耗随之减小，效率更高。

Description

一种推挽式隔离型直流转换开关电源及其电路

技术领域

本实用新型涉及电源开关技术领域，具体涉及一种推挽式隔离型直流转换开关电源及其电路。

背景技术

开关电源作为新兴的能源提供设备，在各种工业能源领域得到广泛的应用。将一种直流电转换成其他不同电压的直流电，我们称为双向DC/DC变换器。它分为两种不同的形式，非隔离型和隔离型两种。大多数变换器都属于开关型变换器。电力变换技术是开关电源的基础和核心。由于生产技术的不断发展，双向DC/DC变换器的应用也越来越广泛，主要有直流不停电电源系统 (DC-UPS)、航空电源系统、电动汽车等车载电源系统、直流功率放大器以及蓄电池储能等应用场合。

现有的传统的开关电源变压器和滤波器工作效率不高。因此，有必要提出一种推挽式隔离型直流转换开关电源来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供了一种推挽式隔离型直流转换开关电源及其电路，具体技术方案如下：

一种推挽式隔离型直流转换开关电源电路，所述推挽式隔离型直流转换开关电源电路包括：PWM控制电路、推挽式DC/DC变换电路与次级检测限流电路；

所述PWM控制电路由UCC38083芯片及其外围电路构成，用于产生交替工作的低压方波控制推挽式DC/DC变换电路工作；

所述推挽式DC/DC变换电路包括功率开关管Q4与功率开关管Q5，用于接收PWM控制电路信号，使功率开关管Q4与功率开关管Q5交替导通在变压器初级绕组两端分别形成相位相反的交流电压；

所述次级检测限流电路与电源电路输出负端连接，用于确保电子设备在过载情况下输出电流保持稳定。

作为上述技术方案的改进，所述UCC38083芯片8脚VDD电源端口并连稳压二极管DZ11和电容C12，UCC38083芯片5脚GND接地，另一支路接输入电解电容的负极；UCC38083芯片4脚为振荡电路的编程端，UCC38083芯片4 脚连接电阻R25到地，和芯片内部的电容形成振荡电路；UCC38083芯片3脚 CS端是电流检测斜坡比较端，UCC38083芯片3脚接电阻R18到开关功率管Q4、Q5的源极，并且在3脚对地并接电容C14，形成滤波通路；UCC38083芯片2脚为Iset端口；UCC38083芯片1脚是芯片内部误差放大器输入的端口； UCC38083芯片1脚和8脚VDD之间连接电阻R65。

作为上述技术方案的改进，所述推挽式隔离型直流转换开关电源电路还包括光电耦合器PC1，所述光电耦合器PC14脚通过R22电阻和UCC38083芯片4脚相连，光电耦合器PC13脚接地。

作为上述技术方案的改进，所述推挽式DC/DC变换电路还包括推挽变压器 T1，所述功率开关管Q4和功率开关管Q5的源极相连，推挽变压器T1的N1 初级绕组的一端接Q4的漏极，推挽变压器T1的N1初级绕组的另一端接Q5的漏极，推挽变压器T1的N1初级绕组的中心抽头点连接输入电容的正极；功率开关管Q4与功率开关管Q5的源极通过过流电阻R14、电阻R10、电阻R9、电阻R3、电阻R2、电阻R1接到输入电容的负极；功率开关管Q4的栅极接驱动电阻R27和二极管D5并联后连接到图腾柱输出驱动NPN三极管Q7，驱动PNP 三极管Q8接到UCC38083的7脚驱动信号；Q5的栅极接驱动电阻R11和二极管D4并联后连接到图腾柱输出驱动NPN三极管Q9，驱动PNP三极管Q6接到 UCC38083的6脚驱动信号。

作为上述技术方案的改进，所述次级检测限流电路包括：取样电阻JM1、取样电阻JM1、AZ431、电阻R40、电容CD25、电阻R39、LM385运放器、电阻R41与电容C5A；所述取样电阻JM1与取样电阻JM1的一端接地，取样电阻JM1的另一端和输出电感L2相连，所述R40和R39分压后连接在LM385运放器的同相输入端；R39的另一端接在AZ431精密稳压器的阴极，所述AZ431 阴极和参考极相连，形成2.5V的精密稳压源，所述AZ431的阳极接地；所述 LM385运放器的反向输入端通过R38接地，所述电容CD25为运放供电，正极接LM385运放器，负极接地；电阻R41与电容C5A串联接在LM385运放器的反向输入端和运放输出端之间；LM385运放器输出端对地接电容C7，LM385 运放器的输出端接二极管D15和电阻R23串联连接到光耦PC1的2脚。

为解决上述技术问题，本实用新型还提出一种推挽式隔离型直流转换开关电源，包括上述任一种推挽式隔离型直流转换开关电源电路。

本实用新型与现有技术相比较，其技术效果如下：

本实用新型所述一种推挽式隔离型直流转换开关电源，采用推挽式变换形式，属于双端式变换电路，高频变压器的磁芯工作在磁滞回线的两侧；电路使用两个功率开关管Q4与Q5，两个开关管在外激励方波信号的控制下交替的导通与截止，在变压器T1次级绕组得到方波电压，经整流滤波变为所需要的直流电压，两个开关管更容易驱动，能量转换由两管交替控制，当输出相同功率时，电流仅是单端开关电源管的一半，因此开关损耗随之减小，效率更高。

附图说明

图1为本实用新型所述一种推挽式隔离型直流转换开关电源电路及其电路整体结构示意图；

图2为本实用新型所述推挽式DC/DC变换电路结构示意图；

图3为本实用新型所述PWM控制电路结构示意图；

图4为本实用新型所述次级检测限流电路结构示意图；

图5为本实用新型所述UCC38083的引脚定义图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

实施例

如图1所示，本实用新型所述一种推挽式隔离型直流转换开关电源电路及其电路，所述电源电路包括：PWM控制电路、推挽式DC/DC变换电路与次级检测限流电路；所述PWM控制电路由UCC38083芯片及其外围电路构成，用于产生交替工作的低压方波控制推挽式DC/DC变换电路工作；所述推挽式DC /DC变换电路包括功率开关管Q4与功率开关管Q5，用于接收PWM控制电路信号，使功率开关管Q4与功率开关管Q5交替导通在推挽变压器T1初级绕组两端分别形成相位相反的交流电压；所述次级检测限流电路与电源电路输出负端连接，用于确保电子设备在过载情况下输出电流保持稳定。

如图3、图5所示，所述UCC38083芯片8脚VDD电源端口并联稳压二极管DZ11和电容C12，进而防止电源端电压过高及干扰对芯片的损坏；5脚GND 接地，另一支路接输入电解电容的负极；4脚为振荡电路的编程端，4脚连接电阻R25到地，和芯片内部的电容形成振荡电路；3脚CS端是电流检测斜坡比较端，将3脚接电阻R18到开关功率管Q4、Q5的源极，并且在3脚对地并接电容C14，形成滤波通路，从而通过对初级峰值电流的采样，准确检测变压器T1及开关功率管Q4、Q5的瞬间电流，形成对逐个电流脉冲的检测，只要电流到达一定的预定幅度，电流检测回路动作，使得脉冲的宽度改名，实现对输出电压的调整，起到控制保护的作用。2脚Iset端口，斜坡补偿采用从Iset端流出一部分的电流，通过外接电阻R24对地来监视芯片内部的斜坡补偿幅度，减少了电流检测的延迟；1脚是芯片内部误差放大器输入的端口，并到达内部的PWM 比较器；1脚和8脚VDD之间连接电阻R65。

所述电源电流还包括光电耦合器PC1，所述光电耦合器PC14脚通过R22 电阻和UCC38083芯片4脚相连，光电耦合器PC13脚接地。通过利用光耦PC11 脚的控制。使得主控电路输出脉冲宽度控制了输出电压的改变，从而实现对输出电压的精确调整。

如图2所示，所述推挽式DC/DC变换电路还包括推挽变压器T1，所述功率开关管Q4和功率开关管Q5的源极相连，推挽变压器T1的N1初级绕组的一端接Q4的漏极，N1初级绕组的另一端接Q5的漏极，N1初级绕组的中心抽头点连接输入电容的正极；功率开关管Q4、Q5的源极通过过流电阻R14、R10、 R9、R3、R2、R1接到输入电容的负极；Q4的栅极接驱动电阻R27和二极管 D5并联后连接到图腾柱输出驱动NPN三极管Q7，驱动PNP三极管Q8接到 UCC38083的7脚OUTA(驱动信号A端)；Q5的栅极接驱动电阻R11和二极管D4并联后连接到图腾柱输出驱动NPN三极管Q9，驱动PNP三极管Q6接到 UCC38083的6脚OUTB(驱动信号B端)；产生交替的驱动导通信号。

如图4所示，进一步的，有了初级电流的保护还不够，在过载的情况下一些电子设备使用时输出的电流也需要保证不要变化，因此就需要做次级限流保护的功能。首先在输出的低端，也就是负端，接入取样电阻JM1、JM1的一端接地(输出的负极)，JM1的另一端和输出电感L2相连R40和R39分压后连接在IC2运放的同相输入端；R39的另一端接在IC4AZ431精密稳压器的阴极，阴极和参考极相连，形成2.5V的精密稳压源。AZ431的阳极接地。IC2运放的反向输入端通过R38接地(输出的负极)，电容CD25为运放供电，正极接IC2 的8脚，负极接地(输出的负极)。阻容网络R41、C5A串联接在运放的反向输入端和运放输出端之间，提高运放工作的稳定性。运放输出端对地接电容C7、运放的输出端接二极管D15和电阻R23串联连接到光耦PC1的2脚，当次级的取样电阻上的电压发生变化，取样电压的信号就被送到IC2方法的同相端和反向端的电压误差放大后，输出的信号电压传送到PC1光耦的2脚，产生变化的电压，通过光耦将信号传递到初级端，也就是UC38083的1脚CTRL(误差放大器的输出端、PWM比较器的输入端)，调整初级导通的占空比，调节脉宽以达到限制电流的作用。

本实用新型所述一种推挽式隔离型直流转换开关电源具体调节原理如下：

直流输入电压18V～36V，经输入滤波器后加到推挽变压器T1的中心轴头端，由推挽式控制电路UCC3808产生交替工作的低压方波，驱动功率开关管 (Q5、Q4)交替导通，在变压器初级绕组两端分别形成相位相反的交流电压，此电压经脉冲变压器变换到预定电压值，再经过脉冲整流滤波电路后，获得预设的直流电压12V。振荡电阻电容和芯片4脚组成振荡电路，设定电阻、电容值，使振荡器的振荡频率约为100kHz，推挽驱动工作频率为75kHz；电阻、电容和芯片3脚组成初级峰值电流采样网络，经由电流内环实施逐个电流脉冲检测；6脚和7脚推挽驱动输出端接一个驱动电阻和下拉电阻直接驱动MOSFET 场效应管，下拉电阻是防止功率管的静态击穿；UCC38083构成的推挽变换器有两个反馈环，一个由接受输出电压采样信号的误差放大器构成的电压外环，一个由接受初级峰值电流采样信号的PWM比较器构成的电流内环。配合采用光电耦合器和可编程精密基准源构成误差放大器，利用光耦对UCC3808的1脚控制，使主控电路的输出脉冲宽度敏感于输出电压的改变，从而实现输出电压的精确调整。同时，输入电压的变化和输出负载的变化可通过初级峰值电流采样电阻及时、准确地检测变压器以及开关管中的瞬态电流，形成逐个电流脉冲检测电路。只要电流脉冲达到了预定的幅度，电流控制回路就动作，使得脉冲宽度发生改变，实现输出电压的调整。也正因为电流模式拓扑具有逐周期限流功能的电流内环，解决了推挽电路的偏磁问题。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还是包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种推挽式隔离型直流转换开关电源电路，其特征在于：所述推挽式隔离型直流转换开关电源电路包括：PWM控制电路、推挽式DC/DC变换电路与次级检测限流电路；

2.根据权利要求1所述的一种推挽式隔离型直流转换开关电源电路，其特征在于：所述UCC38083芯片8脚VDD电源端口并连稳压二极管DZ11和电容C12，UCC38083芯片5脚GND接地，另一支路接输入电解电容的负极；UCC38083芯片4脚为振荡电路的编程端，UCC38083芯片4脚连接电阻R25到地，和芯片内部的电容形成振荡电路；UCC38083芯片3脚CS端是电流检测斜坡比较端，UCC38083芯片3脚接电阻R18到开关功率管Q4、Q5的源极，并且在3脚对地并接电容C14，形成滤波通路；UCC38083芯片2脚为Iset端口；UCC38083芯片1脚是芯片内部误差放大器输入的端口；UCC38083芯片1脚和8脚VDD之间连接电阻R65。

3.根据权利要求1所述的一种推挽式隔离型直流转换开关电源电路，其特征在于：所述推挽式隔离型直流转换开关电源电路还包括光电耦合器PC1，所述光电耦合器PC14脚通过R22电阻和UCC38083芯片4脚相连，光电耦合器PC13脚接地。

4.根据权利要求1所述的一种推挽式隔离型直流转换开关电源电路，其特征在于：所述推挽式DC/DC变换电路还包括推挽变压器T1，所述功率开关管Q4和功率开关管Q5的源极相连，推挽变压器T1的N1初级绕组的一端接功率开关管Q4的漏极，推挽变压器T1的N1初级绕组的另一端接功率开关管Q5的漏极，推挽变压器T1的N1初级绕组的中心抽头点连接输入电容的正极；功率开关管Q4与功率开关管Q5的源极通过过流电阻R14、电阻R10、电阻R9、电阻R3、电阻R2、电阻R1接到输入电容的负极；功率开关管Q4的栅极接驱动电阻R27和二极管D5并联后连接到图腾柱输出驱动NPN三极管Q7，驱动PNP三极管Q8接到UCC38083的7脚驱动信号；功率开关管Q5的栅极接驱动电阻R11和二极管D4并联后连接到图腾柱输出驱动NPN三极管Q9，驱动PNP三极管Q6接到UCC38083的6脚驱动信号。

5.根据权利要求1所述的一种推挽式隔离型直流转换开关电源电路，其特征在于：所述次级检测限流电路包括：取样电阻JM1、取样电阻JM1、AZ431、电阻R40、电容CD25、电阻R39、LM385运放器、电阻R41与电容C5A；所述取样电阻JM1与取样电阻JM1的一端接地，取样电阻JM1的另一端和输出电感L2相连，所述R40和R39分压后连接在LM385运放器的同相输入端；R39的另一端接在AZ431精密稳压器的阴极，所述AZ431阴极和参考极相连，形成2.5V的精密稳压源，所述AZ431的阳极接地；所述LM385运放器的反向输入端通过R38接地，所述电容CD25为运放供电，正极接LM385运放器，负极接地；电阻R41与电容C5A串联接在LM385运放器的反向输入端和运放输出端之间；LM385运放器输出端对地接电容C7，LM385运放器的输出端接二极管D15和电阻R23串联连接到光耦PC1的2脚。

6.一种推挽式隔离型直流转换开关电源，其特征在于：包括权利要求1-5 中任一项所述的一种推挽式隔离型直流转换开关电源电路。