CN103280979B - 推挽输出开关电源 - Google Patents

推挽输出开关电源 Download PDF

Info

Publication number
CN103280979B
CN103280979B CN201310262965.3A CN201310262965A CN103280979B CN 103280979 B CN103280979 B CN 103280979B CN 201310262965 A CN201310262965 A CN 201310262965A CN 103280979 B CN103280979 B CN 103280979B
Authority
CN
China
Prior art keywords
error amplifying
unit
power source
amplifying unit
recommend
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310262965.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103280979A (zh
Inventor
李泽宏
吴明进
刘广涛
宋洵奕
曾智
张仁辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201310262965.3A priority Critical patent/CN103280979B/zh
Publication of CN103280979A publication Critical patent/CN103280979A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103280979B publication Critical patent/CN103280979B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明涉及开关电源技术。本发明公开了一种推挽输出开关电源，解决了工作在电压控制模式下的推挽输出开关电源磁通不平衡问题。本发明的推挽输出开关电源，包括脉宽调制控制单元、第一误差放大单元、第二误差放大单元、第一开关器件、第二开关器件、推挽输出变压器和均值求差单元。本发明通过控制第一开关器件和第二开关器件的导通时间，减小伏秒数较大的初级半绕组的导通时间，增大伏秒数较小的初级半绕组的导通时间，使两个初级半绕组的伏秒数相等，实现对磁通平衡的控制。本发明的开关电源工作在电压控制模式下，不需要斜率补偿，不引入额外功耗，电路工作稳定。推挽输出变压器两个初级半绕组电流均衡，推挽输出变压器磁通平衡。

Description

推挽输出开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源技术，特别涉及电压控制模式下推挽输出开关电源，磁通平衡控制技术。
背景技术
脉宽调制下的推挽输出开关电源的基本结构通常包括脉宽调制控制单元、误差放大单元、第一开关器件、第二开关器件、推挽输出变压器及其整流滤波电路等。误差放大单元输出端与脉宽调制控制单元连接，输入端分别连接输出电压分压和参考电压，根据输出电压分压与参考电压的差异输出误差电压。脉宽调制控制单元根据误差放大单元输出的误差电压以及PWM信号，产生两路驱动信号分别驱动第一开关器件和第二开关器件。第一开关器件和第二开关器件分别通过推挽变压器的两个初级半绕组与电源电压连接，将电源电压转换成高频脉冲电压，最后通过整流滤波电路向负载提供直流电压。很多因素都会引起这类开关电源导通时的复位伏秒数与关断时的复位伏秒数不相等，从而数个周期后，推挽输出变压器的磁芯将偏离磁滞回线进入饱和区。磁芯饱和时，变压器不能承受电压，当下一周期开关器件再次导通时，开关器件将承受很大的电压和电流，导致开关器件损坏。磁通不平衡是电压控制模式下推挽输出开关电源控制电路失效的主要原因之一。
目前，推挽输出开关电源磁通不平衡的解决方法主要有：第一，在磁芯中增加气隙；第二，初级绕组串联电阻；第三，使用电流控制模式。但是，这些方法本身仍然存在很多缺点。磁芯中增加气隙可以增大磁芯承受的直流电流偏置，通过增大电流来增大开关器件的沟道电阻上的分压，进而降低该半绕组的伏秒数，使伏秒数相等。但是大电流一侧的开关器件发热大，易损坏。初级串联电阻的方法，可以使伏秒数大的初级半绕组上的串联电阻分压大，进而降低该半绕组的伏秒数，使电流恢复平衡，但是串联电阻引入了非常大的功耗，降低了开关电源的效率。使用电流控制模式是当今解决磁通不平衡的主要方法，但是，电流模式不稳定，需要斜率补偿。
发明内容
为了克服上述传统磁通不平衡解决方法的缺点，本发明提出了一种推挽输出开关电源，采用电压控制模式下的磁通平衡控制电路，解决了工作在电压控制模式下的推挽输出开关电源磁通不平衡问题，不需要斜率补偿，不引入额外功耗。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，推挽输出开关电源，包括脉宽调制控制单元、第一误差放大单元、第二误差放大单元、第一开关器件、第二开关器件和推挽输出变压器，所述第一误差放大单元和第二误差放大单元输出端与脉宽调制控制单元连接，输入端分别连接输出电压分压和参考电压，所述脉宽调制控制单元输出的驱动信号分别驱动第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件和第二开关器件分别通过推挽变压器的两个初级半绕组与电源电压连接，其特征在于，还包括均值求差单元，所述均值求差单元输入端分别连接第一开关器件和第二开关器件，对两个初级半绕组的平均电流分别进行采样，得到采样电压VS1和VS2，通过加减法运算，得到两个反映两个初级半绕组平均电流大小的电压V1和V2，将V1和V2分别输入到第一误差放大单元和第二误差放大单元，最后通过脉宽调制控制单元控制第一开关器件和第二开关器件的导通时间，减小伏秒数较大的初级半绕组的导通时间，增大伏秒数较小的初级半绕组的导通时间，使两个初级半绕组的伏秒数相等，实现对磁通平衡的控制。
推荐的，所述第一误差放大单元和第二误差放大单元结构相同。
具体的，所述第一开关器件和第二开关器件为IGBT。
具体的，所述第一开关器件和第二开关器件为场效应晶体管。
具体的，所述均值求差单元由两个运算放大器及其***电路构成。
本发明的有益效果是，开关电源工作在电压控制模式下，不需要斜率补偿，电路工作稳定。推挽输出变压器两个初级半绕组电流均衡，避免开关器件过流发热。推挽输出变压器磁通平衡，不会偏离磁滞回线进入饱和区。不引入串联电阻，无额外功耗，开关电源效率高。控制电路适合集成，适用于BCD集成电路工艺和BiCMOS集成电路工艺。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案更加清楚，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明电路图；
图2是误差放大单元电路图；
图3是脉宽调制控制单元电路图；
图4均值求差单元的电路图；
图5是未加磁通平衡控制电路时的两个半绕组的导通时间与导通电流波形；
图6是增加磁通平衡控制电路时的两个半绕组的导通时间与导通电流波形。
具体实施方式
如图1所示，本发明的推挽输出开关电源，包括脉宽调制控制单元、第一误差放大单元、第二误差放大单元、第一开关器件T1、第二开关器件T2和推挽输出变压器T。第一误差放大单元和第二误差放大单元输出端与脉宽调制控制单元连接，输入端分别连接输出电压VOUT的分压VB和参考电压Vref。脉宽调制控制单元输出的驱动信号Dr1和Dr2分别驱动第一开关器件T1和第二开关器件T2，本发明的开关器件T1和T2可以是场效应晶体管，也可以是IGBT。图1以IGBT作为开关器件。第一开关器件T1和第二开关器件T2分别通过推挽变压器T的两个初级半绕组与电源电压VIN连接，开关器件T1连接第一初级半绕组，开关器件T2连接第二初级半绕组。本发明的推挽输出开关电源，还包括均值求差单元，均值求差单元输入端分别连接第一开关器件T1和第二开关器件T2的发射极电流采样电阻R3、R4，对两个初级半绕组的平均电流分别进行采样，通过加减法运算，得到两个反映两个初级半绕组平均电流大小的电压V1和V2，将V1和V2分别输入到第一误差放大单元和第二误差放大单元，最后通过脉宽调制控制单元控制第一开关器件T1和第二开关器件T2的导通时间，减小伏秒数较大的初级半绕组的导通时间，增大伏秒数较小的初级半绕组的导通时间，使两个初级半绕组的伏秒数相等，实现对磁通平衡的控制。图1中，电阻R1、R2为IGBT的栅极电阻。电阻R5、R6为输出电压VOUT的分压电阻，电阻R5、R6的连接端输出分压VB。二极管D1、D2，电感L和电容C0构成整流滤波电路，电阻R0为负载电阻。
本发明的第一误差放大单元和第二误差放大单元结构相同，图2是其实现方式电路原理图，下面以第一误差放大单元为例进行说明。电阻R31一端接误差放大器EA1的反相输入端，另一端接参考电压Vref；电阻R32一端接误差放大器EA1的同相输入端，另一端接输出电压VOUT的分压VB；电阻R33一端接误差放大器EA1的同相输入端，另一端接均值求差单元输出电压V1；电阻R34一端接误差放大器EA1的同相输入端，另一端接地；电容C21一端接误差放大器EA1的反相输入端，另一端接误差放大器EA1的输出端。
图3是脉宽调制控制单元的一种实现方式电路原理图。运算放大器AMP22的反相输入端接第一误差放大单元输出的误差电压VEAO1，同相输入端接PWM信号。运算放大器AMP24的反相输入端接第二误差放大单元输出的误差电压VEAO2，同相输入端接PWM信号。二分频单元的输入端接方波振荡信号OSC，输出端Q和运算放大器AMP22的输出通过与门运算输出；输出端QN和运算放大器AMP24的输出通过与门运算输出。两个运算放大器AMP22和AMP24接不同的误差放大单元的输出，得到不同脉宽的输出。与PWM同频率的方波振荡信号OSC，通过二分频产生高低互补的两个电平Q和QN，交替屏蔽运算放大器AMP22和AMP24的输出，两个与门输出的驱动信号Dr1和Dr2使两个开关器件始终只有一个导通。
图4是均值求差单元的一种实现方式电路原理图，由两个运算放大器AMP13和AMP12及其***电路构成。电阻R11一端接第一初级半绕组的平均电流的采样电压VS1，另一端接电容C11和电阻R19、电阻R22，电容C11的另一端接地。电阻R19的另一端接运算放大器AMP12的同相输入端，电阻R22的另一端接运算放大器AMP13的反相输入端。电阻R12一端接第二初级半绕组的平均电流的采样电压VS2，另一端接电容C12和电阻R18、电阻R23，电容C12的另一端接地。电阻R18的另一端接运算放大器AMP12的反相输入端，电阻R23的另一端接运算放大器AMP13的同相输入端。电阻R20一端接地，另一端接运算放大器AMP12的同相输入端。电阻R25一端接地，另一端接运算放大器AMP13的同相输入端。电阻R21的一端接运算放大器AMP12的反相输入端，另一端接AMP12的输出和第一输出端。电阻R24的一端接运算放大器AMP13的反相输入端，另一端接AMP13的输出和第二输出端。采样电压VS1通过R11、C11构成的RC低通滤波器，采样电压VS2通过R12、C12构成的RC低通滤波器，经过滤波后再进行加减运算，其中，第一输出端V1的输出电压V1＝A(VS1av-VS2av)，第二输出端V2的输出电压V2＝A(VS2av-VS1av)。其中，R18＝R19＝R22＝R23，R20＝R21＝R24＝R25；VS1av是采样电压VS1的平均值，VS2av是采样电压VS2的平均值；是均值求差单元的放大倍数。
图5是未加磁通平衡控制电路时的两个半绕组的导通时间与导通电流波形。如图所示，d1是第一初级半绕组(与开关器件T1连接的半绕组)的导通关断波形，导通时间15.601us，i(r.r1)是第一初级半绕组的电流波形，峰值电流6.9348A；d2是第二初级半绕组(与开关器件T2连接的半绕组)的导通关断波形，导通时间14.893us，i(r.r17)是第二初级半绕组的电流波形，峰值电流4.9142A。两个初级半绕组的导通时间相差只有708ns，但是峰值电流相差2.0206A，是两个初级半绕组平均峰值电流的34％。由于采样电阻和开关器件沟道电阻的存在，两个初级半绕组电流相差较大时，采样电阻和开关器件沟道电阻承受较大压降，最终使磁通平衡，避免其中一个初级半绕组的电流无限增大。但是，电流较大一侧的采样电阻和开关器件沟道电阻承受较大压降和电流，使该侧发热严重，减小该侧开关器件和采样电阻的寿命，严重情况下，会使该侧开关器件和采样电阻直接热损坏。
图6是增加磁通平衡控制电路时的两个半绕组的导通时间与导通电流波形。如图所示，d1是第一初级半绕组的导通关断波形，导通时间15.267us，i(r.r1)是第一初级半绕组的电流波形，峰值电流5.9579A；d2是第二初级半绕组的导通关断波形，导通时间15.297us，i(r.r17)是第二初级半绕组的电流波形，峰值电流5.8953A。两个初级半绕组的导通时间基本上相等，峰值电流也基本上相等。

Claims (5)

1.推挽输出开关电源，包括脉宽调制控制单元、第一误差放大单元、第二误差放大单元、第一开关器件、第二开关器件和推挽输出变压器，所述第一误差放大单元和第二误差放大单元输出端与脉宽调制控制单元连接，输入端分别连接输出电压分压和参考电压，所述脉宽调制控制单元输出的驱动信号分别驱动第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件和第二开关器件分别通过推挽变压器的两个初级半绕组与电源电压连接，其特征在于，还包括均值求差单元，所述均值求差单元输入端分别连接第一开关器件和第二开关器件，对两个初级半绕组的平均电流分别进行采样，得到采样电压VS1和VS2，通过加减法运算，得到两个反映两个初级半绕组平均电流大小的电压V1和V2，将V1和V2分别输入到第一误差放大单元和第二误差放大单元，最后通过脉宽调制控制单元控制第一开关器件和第二开关器件的导通时间，减小伏秒数较大的初级半绕组的导通时间，增大伏秒数较小的初级半绕组的导通时间，使两个初级半绕组的伏秒数相等，实现对磁通平衡的控制。
2.根据权利要求1所述的推挽输出开关电源，其特征在于，所述第一误差放大单元和第二误差放大单元结构相同。
3.根据权利要求1所述的推挽输出开关电源，其特征在于，所述第一开关器件和第二开关器件为IGBT。
4.根据权利要求1所述的推挽输出开关电源，其特征在于，所述第一开关器件和第二开关器件为场效应晶体管。
5.根据权利要求1所述的推挽输出开关电源，其特征在于，所述均值求差单元由两个运算放大器及其***电路构成。
CN201310262965.3A 2013-06-27 2013-06-27 推挽输出开关电源 Expired - Fee Related CN103280979B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310262965.3A CN103280979B (zh) 2013-06-27 2013-06-27 推挽输出开关电源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310262965.3A CN103280979B (zh) 2013-06-27 2013-06-27 推挽输出开关电源

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103280979A CN103280979A (zh) 2013-09-04
CN103280979B true CN103280979B (zh) 2016-01-20

Family

ID=49063453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310262965.3A Expired - Fee Related CN103280979B (zh) 2013-06-27 2013-06-27 推挽输出开关电源

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103280979B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9819271B2 (en) * 2013-09-30 2017-11-14 O2Micro, Inc. Power converters
CN104534758B (zh) * 2014-12-12 2017-11-14 贵州永红航空机械有限责任公司 一种基于推挽变换器的制冷***
CN104901552A (zh) * 2014-12-13 2015-09-09 襄阳精圣科技信息咨询有限公司 一种压力控制通断的推挽变换器
CN104821728A (zh) * 2014-12-13 2015-08-05 襄阳精圣科技信息咨询有限公司 一种用于制冷***的推挽变换器
CN106877681B (zh) * 2017-02-17 2018-06-22 中南大学 一种用于电控空气制动***的电源变换器及磁通平衡调节方法
CN110658805B (zh) * 2019-09-30 2020-12-01 天津市盛丹电子技术发展有限公司 一种工业建筑消防***信号校准电路

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3737756A (en) * 1972-05-15 1973-06-05 Bell Telephone Labor Inc Converter circuit with balanced parallel switching paths
CN1479440A (zh) * 2002-06-05 2004-03-03 欧姆龙株式会社 推挽电路方式的变电装置
CN202818141U (zh) * 2012-09-24 2013-03-20 连云港杰瑞电子有限公司 一种适用于低压电池供电的逆变电源

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3737756A (en) * 1972-05-15 1973-06-05 Bell Telephone Labor Inc Converter circuit with balanced parallel switching paths
CN1479440A (zh) * 2002-06-05 2004-03-03 欧姆龙株式会社 推挽电路方式的变电装置
CN202818141U (zh) * 2012-09-24 2013-03-20 连云港杰瑞电子有限公司 一种适用于低压电池供电的逆变电源

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种新型的DC-DC转换器的分析设计;徐兵兵等;《微计算机信息》;20101015;第26卷(第10-2期);183-185 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103280979A (zh) 2013-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103280979B (zh) 推挽输出开关电源
KR102612384B1 (ko) Ｐｗｍ 커패시터 제어
CN105305848A (zh) 操作在边界导通模式中的无桥式升压pfc变换器的升压电感消磁检测
CN101350554A (zh) 一种多路隔离输出电源
TW201535943A (zh) 形成一電源控制器的方法及其結構
CN109391155B (zh) 一种用于双向全桥dc/dc变换器的直流偏磁抑制方法
CN107127422B (zh) 一种高功率因数技术的电弧焊机电源
JPH07222493A (ja) 電力用電子機器における直流アクチュエータの制御装置
CN103916036B (zh) 一种Buck高频隔离式五电平逆变器
CN104135154A (zh) 一种隔离型四元件谐振电路及控制方法
TWI580166B (zh) 交錯式升壓轉換器
CN203574903U (zh) 高功率因数恒流控制电路及led照明设备
CN103916015A (zh) 双模电源切换控制装置
CN103248226A (zh) 平均电流迟滞模式的开关电源控制器
CN203705525U (zh) 一种电流检测电路及其控制回路
CN103762839B (zh) 一种磁耦合型单相高增益无桥功率因数校正电路
Yusmarnita et al. Design and analysis of 1MHz class-E power amplifier
Saha et al. Power consumption reduction in high current closed loop Hall Effect current sensors using Class D Amplifier
CN105429494B (zh) 一种逆变电源装置及其控制方法
EP3167295A1 (en) Sensing current flowing through a capacitor
CN203056968U (zh) 一种电源电路
CN204669210U (zh) 一种电弧喷涂电源的脉冲驱动电路
CN209250489U (zh) 电源电路和家用电器
CN204179954U (zh) 一种便携式电子调压器
CN203691696U (zh) 一种无桥led驱动电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160120

Termination date: 20160627