CN220527892U - 一种双管正激隔离输出功率200w开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双管正激隔离输出功率200W开关电源，包括输入整流滤波电路、无复位电路正激变换电路、电源管理输出过压保护电路、输出反馈电路、温控智能散热保护电路、输出整流滤波电路，本实用新型采用特殊推拉驱动电路双管正激开关拓扑和温控智能散热电路，输入电网电压170VAC‑264VAC，输出12V16.7A，200W输出功率。

Description

一种双管正激隔离输出功率200W开关电源

技术领域

本实用新型属于开关电源技术领域，尤其涉及一种双管正激隔离输出功率200W开关电源。

背景技术

开关直流稳压电源。在各种工业设备中得到广泛的使用。将电网的交流电转换为直流电供给电子工业设备使用，很多工业设备都要直流电的供给，电源输出功率和电源的体积都有一定的要求，且要求可靠性高，平均无故障工作时间要达到几十万小时，开关电源是最具性价比的电子设备，但又是最关键的可靠性的保障，现有技术鲜有针对200W的技术要求的开关电源。

实用新型内容

为了得到200W输出功率开关电源最佳稳定可靠的设计，本实用新型的目的提供一种双管正激拓扑变换器的开关电源。输入电网电压170VAC-264VAC，输出12V 16.7A（200W输出功率）为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：特殊推拉驱动电路双管正激开关拓扑和温控智能散热电路。具体方案如下：

一种双管正激隔离输出功率200W开关电源，包括输入整流滤波电路、无复位电路正激变换电路、电源管理输出过压保护电路、输出反馈电路、温控智能散热保护电路、输出整流滤波电路；

所述无复位电路正激变换电路中，芯片IC1的六脚通过电阻R61连接到推拉三极管Q51的基极，推拉三极管Q52的基极和推拉三极管Q51的基极相连，推拉三极管Q51、推拉三极管Q52的发射极相连，推拉三极管Q51的集电极接芯片IC1的7脚，推拉三极管Q52的集电极接芯片IC1的五脚，推拉三极管Q51、推拉三极管Q52的发射极通过电容C19连接在变压器T2的初级侧绕组的一端，绕组的另一端接地；变压器T2的次级侧一个绕组的一端接电阻R11和二极管D12串联后再和电阻R10并联，接到高位开关MOSFET的栅极，变压器T2的次级侧一个绕组的另一端接在高位开关MOSFET的源极，变压器T2的次级侧另一个绕组的一端接电阻R15和二极管D15串联后再和电阻R14并联，接到低位开关MOSFET的栅极，变压器T2的次级侧另一个绕组的另一端接在低位开关MOSFET的源极，源极通过过流电阻R18、R19接地。

优选的，所述温控智能散热电路中，变压器T1的次级的一个绕组整流后连接到NPN三极管 Q200的集电极，NPN三极管Q200的基极和集电极之间连接电阻R205，NPN三极管Q200的基极连接稳压管ZD200的负极，电解电容C201的正极连接到NPN三极管Q200的发射极，电解电容C201的负极接地；NPN三极管Q200的发射极接到PNP三极管Q122的发射极，PNP三极管Q122的集电极接电解电容C221的正极，电解电容C221的正极接风机的红线，电解电容C221的负极接风机的黑线；PNP三极管Q122的基极和发射极接电阻R222，PNP三极管Q122的发射极接到热敏电阻RTH3的一端，另一端和电阻R219相连；电阻R219的另一端和精密稳压编程器IC3的一脚相连，一脚对次级地接有一电阻R220，精密稳压编程器IC3的二脚接次级地，精密稳压编程器IC3的三脚通过电阻R223和PNP三极管Q122的基极相连。

优选的，所述热敏电阻RTH3具有负温系数。

本实用新型的有益效果为：本实用新型用双管正激式拓扑形式，双管正激变换器由于开关管电压应力低、无桥臂直通带来的高可靠性等优点，是目前工业界应用最广泛的电路拓扑之一，使其在通信电源、焊接电源、计算机电源等工业领域得到了广泛的应用，双正激是两个管子同时导通，没有半桥存在驱动直通的风险，需要两路驱动间加入死区时间，而且没有单管正激的变压器的磁芯的复位释放能量的问题，更可靠。

附图说明

图1示出的是双管正激隔离输出功率200W开关电源的拓扑结构示意图；

图2示出的是双管正激变换器的拓扑结构示意图；

图3示出的是变压器隔离驱动电路的拓扑结构示意图；

图4示出的是变压器隔离驱动电路的工作示意图；

图5示出的是双管正激推拉隔离驱动电路的拓扑结构示意图；

图6示出的是温控智能散热电路的拓扑结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。

图1示出的是双管正激隔离输出功率200W开关电源的拓扑结构示意图。该开关电源包括输入整流滤波电路、无复位电路正激变换电路、电源管理输出过压保护电路、输出反馈电路、温控智能散热保护电路、输出整流滤波电路。

本实用新型采用的技术方案为：特殊推拉驱动电路双管正激开关拓扑和温控智能散热电路。

对于双管正激推拉隔离驱动电路：

图2示出的是双管正激变换器的拓扑结构示意图。双管正激变换器就是有两个开关管组成的正激拓扑电路，如图2，双管正激有两个开关管，在下侧的称为低位开关，在上侧的称为高位开关，很显然，低位的更容易实现驱动控制，因为开关MOSFET的源极在初级侧地，而高位开关就没那么幸运，开关MOSFET在变压器一端，也就是说是浮动的通路。

要想开通高位开关时，需要在其开关MOSFET的栅极和源极间施加一定的开启电压，如图2，我们假设此部分设计为12V，当12V施加在高位开关MOSFET的栅极和源极之间时，高位开关MOSFET导通，则输入电压HV到达变压器同名端，也就是高位开关MOSFET的源极端，要想维持高位开关MOSFET的开通，需要栅极的电压为输入电压HV+12V才能实现。

针对这种浮地驱动的情况可以通过隔离变压器的方法进行驱动，由于次级绕组是浮动的，因此可以在电气连接上彼此独立，从而实现浮动控制高位开关MOSFET，参见图3，示出的是变压器隔离驱动电路的拓扑结构示意图。

在这种驱动电路中，初级侧电容是不可缺少的，因为假设没有这个电容，则当PWM输出低电平信号0V时，初级绕组无法释放能量，因为其两端电压为0V。当增加了此电容后，则当PWM输出低电平信号时，初级绕组被钳位在电容电压，可以释放能量，参见图4，图4示出的是变压器隔离驱动电路的工作示意图。

当PWM芯片的驱动能力不够时，不能让开关MOSFET完全导通和截至时，就还需要推拉的驱动的电路方式，参见图5，图5示出的是双管正激推拉隔离驱动电路的拓扑结构示意图，在变压器隔离驱动电路的隔离驱动的基础上加上了推拉电路，主要有一个NPN三极管和PNP三极管配对而成，当收到互补控制的信号控制，两个管子时钟一个在导通，一个在截止。推拉输出的最大特点是可以真正能真正的输出高电平和低电平，在两种电平下都具有驱动能力。对于推拉输出形式，输出高、低电平时电流的流向（也就是灌电流和拉电流的方式）。

使用隔离变压器驱动需要注意的另一个点是，不能忽视隔离变压器的漏感，假设我们选用的隔离变压器初级感量为L=264uH，漏感为Leakage=300nH，则耦合系数为0.9994，但是漏感的存在仍会引起驱动波形的震荡，次级侧，即开关管栅极侧的波形有较大的震荡，这个震荡就是漏感和栅极的结电容震荡引起的，针对这种状况，可以考虑在次级绕组和栅极之间串接电阻。次级驱动部分存在负压，要想消除此负压，需要增加二极管和电容，二极管的作用是钳住负压，而电容是提供负压能量的缓冲，避免次级绕组直接被二极管短路，此电容同时也用于吸收开关管关断时栅极结电容释放的能量。

双管正激推拉隔离驱动电路中具体的连接方式为：芯片IC1的六脚（驱动端）通过电阻R61连接到推拉三极管Q51的基极，推拉三极管Q52的基极和推拉三极管Q51的基极相连，推拉三极管Q51、推拉三极管Q52它们的发射极连接在一起，推拉三极管Q51的集电极接VCC（芯片IC1供电端7脚），推拉三极管Q52的集电极接地（芯片IC1的五脚），推拉三极管Q51、推拉三极管Q52的发射极通过电容C19连接在变压器T2（驱动变压器）的初级侧绕组的一端，绕组的另一端接地；变压器T2的次级侧一个绕组的一端接电阻R11和二极管D12串联后再和电阻R10并联，接到高位开关MOSFET的栅极，变压器T2的次级侧一个绕组的另一端接在高位开关MOSFET的源极，变压器T2的次级侧另一个绕组的一端接电阻R15和二极管D15串联后再和电阻R14并联，接到低位开关MOSFET的栅极，变压器T2的次级侧另一个绕组的另一端接在低位开关MOSFET的源极，源极通过过流电阻R18、R19接地。

图6示出的是温控智能散热电路的拓扑结构示意图。

凡是主动散热的开关电源，一般使用风机来散热降低电源腔体的温度。但是风机的噪声一直对设备工作环境有很大的影响。要按需让风机工作在可控的状态根据电源腔体内的温度，来智能调节风机转速，达到最佳散热效果，智能化的工作方式又可以减少风机的损耗，延长风机的寿命。通过温控智能散热电路做到上述的要求的智能化。温控智能散热电路中，通过变压器T1的次级的一个绕组整流后连接到NPN三极管 Q200的集电极，NPN三极管Q200的基极和集电极之间连接电阻R205，NPN三极管Q200的基极连接稳压管ZD200的负极（次级地），电解电容C201的正极连接到NPN三极管Q200的发射极，电解电容C201的负极接到（次级地）。NPN三极管Q200的发射极接到PNP三极管Q122的发射极，PNP三极管Q122的集电极接电解电容C221的正极，电解电容C221的正极接风机的红线+，负极（次级地）接风机的黑线-。PNP三极管Q122的基极和发射极接电阻R222，PNP三极管Q122的发射极又接到热敏电阻RTH3的一端，另一端和电阻R219相连。电阻R219的另一端和精密稳压编程器AZ431(IC3)的一脚相连，一脚对次级地有一电阻R220，精密稳压编程器AZ431(IC3)的二脚接次级地。精密稳压编程器AZ431(IC3)的三脚通过电阻R223和PNP三极管Q122的基极相连。通过负温系数的热敏电阻遇热后，电阻值下降后，让AZ431对供电风机的电压精确调整，让PNP三极管Q122的导通调整，让风机的供电电压随着检测腔体的温度而不断变化。当电源腔体温度低时，风机不转，随着发热的不断增加，智能调整风机的电压，确保电源内部的元器件正常工作。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。

Claims (3)

1.一种双管正激隔离输出功率200W开关电源，其特征在于，包括输入整流滤波电路、无复位电路正激变换电路、电源管理输出过压保护电路、输出反馈电路、温控智能散热保护电路、输出整流滤波电路；

所述无复位电路正激变换电路中，芯片IC1的六脚通过电阻R61连接到推拉三极管Q51的基极，推拉三极管Q52的基极和推拉三极管Q51的基极相连，推拉三极管Q51、推拉三极管Q52的发射极相连，推拉三极管Q51的集电极接芯片IC1的7脚，推拉三极管Q52的集电极接芯片IC1的五脚，推拉三极管Q51、推拉三极管Q52的发射极通过电容C19连接在变压器T2的初级侧绕组的一端，绕组的另一端接地；变压器T2的次级侧一个绕组的一端接电阻R11和二极管D12串联后再和电阻R10并联，接到高位开关MOSFET的栅极，变压器T2的次级侧一个绕组的另一端接在高位开关MOSFET的源极，变压器T2的次级侧另一个绕组的一端接电阻R15和二极管D15串联后再和电阻R14并联，接到低位开关MOSFET的栅极，变压器T2的次级侧另一个绕组的另一端接在低位开关MOSFET的源极，源极通过过流电阻R18、R19接地。

2.根据权利要求1所述的一种双管正激隔离输出功率200W开关电源，其特征在于，所述温控智能散热电路中，变压器T1的次级的一个绕组整流后连接到NPN三极管 Q200的集电极，NPN三极管Q200的基极和集电极之间连接电阻R205，NPN三极管Q200的基极连接稳压管ZD200的负极，电解电容C201的正极连接到NPN三极管Q200的发射极，电解电容C201的负极接地；NPN三极管Q200的发射极接到PNP三极管Q122的发射极，PNP三极管Q122的集电极接电解电容C221的正极，电解电容C221的正极接风机的红线，电解电容C221的负极接风机的黑线；PNP三极管Q122的基极和发射极接电阻R222，PNP三极管Q122的发射极接到热敏电阻RTH3的一端，另一端和电阻R219相连；电阻R219的另一端和精密稳压编程器IC3的一脚相连，一脚对次级地接有一电阻R220，精密稳压编程器IC3的二脚接次级地，精密稳压编程器IC3的三脚通过电阻R223和PNP三极管Q122的基极相连。

3.根据权利要求2所述的一种双管正激隔离输出功率200W开关电源，其特征在于，所述热敏电阻RTH3具有负温系数。