CN2726210Y - 低功耗谐振式开关电源装置 - Google Patents

Abstract

一种低功耗谐振式开关电源装置，包括功率传输与谐振电路(1)、输出检测电路(2)和MA2830功率模块U1；所述功率传输与谐振电路(1)又包括主变压器T101，其初级绕组冷端连接MA2830功率模块U1；尤其是还包括与主变压器反馈绕组及输出检测电路(2)、功率模块U1分别相连的磁饱和电感延迟及反馈控制电路(3)。本实用新型提出了一种利用非晶磁环电感(磁饱和电感)的延迟电路型谐振式开关电源，在MA2830功率模块的驱动极(Pin5)接入磁饱和导通延迟电路，由此进行电压谐振(ZVS)工作。其有益效果是大大降低开关损耗，减少谐波分量和射频干扰及静电干扰，提高电源的可靠性。

Description

低功耗谐振式开关电源装置

技术领域

本实用新型属于交、直流电源变换装置，特别属于利用磁饱和电感(非晶磁环)改变延迟时间，使电路工作在电压谐振(ZVS)状态降低损耗，提高可靠性的开关电源装置。

背景技术

在开关电源中转换效率是提高能源利用率和经济效益的重要指标，同时要减小电源的干扰和稳定可靠工作。现有技术中，由MA2830功率模块组成的RCC变换电路如图1，MA2830功率模块的电压与电流波形如图2。图2中可见功率模块在电压降低的过程中提前导通，电压和电流有交叉开关时间Tk，因此发生开关损耗，降低效率。开关时间越长，开关频率越高，则开关损耗越大。由于电压和电流的突变，谐波分量显著增大，因此引起射频干扰(RFI)和静电干扰(EMI)大大增加。现有技术无法减小开关电源的损耗、干扰，因而不能稳定可靠的工作。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种利用非晶磁环电感(磁饱和电感)的延迟电路型谐振式开关电源，在MA2830功率模块的驱动极(Pin5)接入磁饱和导通延迟电路，由此进行电压谐振(ZVS)工作。其有益效果是大大降低开关损耗，减少谐波分量和射频干扰及静电干扰，提高电源的可靠性。

本实用新型的目的可以这样达到：设计、制造一种低功耗谐振式开关电源装置，包括功率传输与谐振电路、输出检测电路和MA2830功率模块U1；所述功率传输与谐振电路又包括主变压器T101，其初级绕组冷端连接MA2830功率模块U1；尤其是还包括与主变压器反馈绕组及输出检测电路、功率模块U1分别相连的磁饱和电感延迟及反馈控制电路。

附图说明

图1是功率模块MA2830的内部结构与现有技术的连接图；

图2是现有技术的RCC变换电路的工作波形；

图3是本实用新型低功耗谐振式开关电源装置的电原理图；

图4是所述低功耗谐振式开关电源功率模块的工作波形。

具体实施方式

以下结合附图详述本实用新型的实施例。

一种低功耗谐振式开关电源装置，包括功率传输与谐振电路1、输出检测电路2和MA2830功率模块U1；所述功率传输与谐振电路1又包括主变压器T101，其初级绕组冷端连接MA2830功率模块U1；尤其是还包括与主变压器反馈绕组及输出检测电路2、功率模块U1分别相连的磁饱和电感延迟及反馈控制电路3。

所述磁饱和电感延迟及反馈控制电路3的非晶态磁饱和电感LS1一端经电阻R104接所述MA2830第5脚，另一端经电阻R103接反馈绕组热端；所述LS1与电阻R104还经电容C101接地；所述LS1和电阻R103还接二极管D101的阳极，D3的阴极依次经稳压二极管Z1D1的阴极和阳极接地；所述D101的阴极还接所述输出检测电路2光耦合器U3的集电极，并经电容C102接MA2830的第6脚，经电容C103接地；所述光耦合器U3的发射极还连接MA2830的第6脚。

所述功率传输与谐振电路1的主变压器T101初级绕组的热端与输入电压Uin正极相连，所述Uin正极经电阻R101接MA2830的第3脚，主变压器初级绕组的冷端与MA2830的第2脚相连，并经电容Cr接地。

实际应用的电路如图3所示，功率模块工作波形如图4所示。功率模块MA2830主开关管Q01在截止期间蓄积在变压器T101中的能量在次级侧释放结束后，电容Cr与变压器励磁电感Lp以电源电压Uin为中心开始谐振。在反馈驱动部分接入磁饱和延迟电路LS1，这样在MA2830主开关管Q01的电压下降到零伏附近时使其导通，即可确保电路进行电压揩振(ZVS)工作。理想情况下，变压器的初级绕组匝数为Np，次级绕组匝数为Ns，则匝比N＝Np/Ns，若在输入直流电压Ui≤N·Uout的条件下决定匝比，则自由振荡的谷点降到零伏，主开关管延迟导通，其开关损耗就为零。因此在实际应用中，必须在输入最大电压Uimax≤N·Uout条件下决定匝比N。

磁饱和电感LS1的选用，在实际应用中可先根据主变压器初级电感量Lp，吸收回路电容容量Cr，主变压器初、次级绕组匝数Np、Ns和输入整流后直流电压Uin，按以下式子计算电压时间之积： $V$ $\·S=\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{Lp}\·\mathrm{Cr}}\·(\mathrm{Np}/\mathrm{Ns})\·\mathrm{Uin}$ 。然后根据该电压时间积与所需磁饱和电感量正相关的关系考虑材料特性选用接近的LS1值。要求更高的可用示波器观测MA2830第2脚的波形，调整LS1或Cr使之满足图4工作波形的要求。图4中的Tc为延迟时间，该延迟时间为谐振半周期，即 $\mathrm{Tc}=\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{Lp}\·\mathrm{Cr}}$ 时，自由振荡的第一周期达到谷点，使Vce降至最低时，开关管才导通，因而损耗最小。图中细线表示未加控制时，可能形成衰减振荡的波形。

Claims (3)

1、一种低功耗谐振式开关电源装置，包括功率传输与谐振电路(1)、输出检测电路(2)和MA2830功率模块U1；所述功率传输与谐振电路(1)又包括主变压器T101，其初级绕组冷端连接MA2830功率模块U1；其特征在于：

还包括与主变压器反馈绕组及输出检测电路(2)、功率模块U1分别相连的磁饱和电感延迟及反馈控制电路(3)。

2、根据权利要求1所述的开关电源装置，其特征在于：

所述磁饱和电感延迟及反馈控制电路(3)的非晶态磁饱和电感LS1一端经电阻R104接所述MA2830第5脚，另一端经电阻R103接反馈绕组热端；所述LS1与电阻R104还经电容C101接地；所述LS1和电阻R103还接二极管D101的阳极，D3的阴极依次经稳压二极管Z1D1的阴极和阳极接地；所述D101的阴极还接所述输出检测电路(2)光耦合器U3的集电极，并经电容C102接MA2830的第6脚，经电容C103接地；所述光耦合器U3的发射极还连接MA2830的第6脚。

3、根据权利要求2所述的开关电源装置，其特征在于：

所述功率传输与谐振电路(1)的主变压器T101初级绕组的热端与输入电压Uin正极相连，所述Uin正极经电阻R101接MA2830的第3脚，主变压器初级绕组的冷端与MA2830的第2脚相连，并经电容Cr接地。

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