CN103944398A

CN103944398A - 一种高压输入的双管反激式开关电源

Info

Publication number: CN103944398A
Application number: CN201410146638.6A
Authority: CN
Inventors: 付靖; 苏潮; 黄关烧; 陈铭; 薛小波; 黎裕文; 周立专; 孙文艺
Original assignee: Guangdong Mingyang Longyuan Power Electronics Co Ltd
Current assignee: Guangdong Mingyang Longyuan Power Electronics Co Ltd
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2014-07-23

Abstract

本发明公开了一种高压输入的双管反激式开关电源，包括：一MOS管驱动电路，用于接收外部控制器输出的PWM信号并驱动双MOS管反激式主拓扑电路中的MOS管导通与关断；一双MOS管反激式主拓扑电路，其直接从功率单元直流母线上取电，并受MOS管驱动电路控制其双MOS管的导通与关断以实施变压器充电与反激式放电；一接触器电源供电电路，为双MOS管反激式主拓扑电路反激式放电的第一负载；一24V电源供电电路，为双MOS管反激式主拓扑电路反激式放电的第二负载。本发明采用双管反激式开关电源方案，直接从功率单元直流母线上取电，转换为控制***所需多种电压等级，无需外部隔离变压器，可实现高压直接输入，输入电压范围宽的效果，同时又解决了成本高、体积大、维护性差的问题。

Description

一种高压输入的双管反激式开关电源

技术领域

本发明涉及开关电源，尤其是一种高压输入的双管反激式开关电源。

背景技术

在高压变频、SVG中功率单元控制***工作时需多种电压等级电源供电，目前供电方式都是利用开关电源，主要方式为：1、利用外部高压隔离变压器供电，再使用普通开关电源将隔离变压器副边电压转换为所需电压。2、利用特种集成电源供电。

对于第一种方案，其缺点是价格高、高压隔离变压器体积大，制造工艺复杂，尤其是当开关电源输入电压范围很宽，输入最高直流电压达到1000V以上时，传统的单端反激式开关电源由于MOS管要承受最高两倍的输入电压，导致很难找到合适的开关管，同时也会使整个电源成本飙升。对于第二种方案，其缺点是价格高，供货期长，技术方案一般不公开，可维护性差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可以满足控制***中各等级电源需求，实现高可靠性和低成本的双管反激式开关电源。

本发明采用的技术方案是：

一种高压输入的双管反激式开关电源，其特征在于包括：

一MOS管驱动电路，用于接收外部控制器输出的PWM信号并驱动双MOS管反激式主拓扑电路中的MOS管导通与关断；

一双MOS管反激式主拓扑电路，其直接从功率单元直流母线上取电，并受MOS管驱动电路控制其双MOS管的导通与关断以实施变压器充电与反激式放电；

一接触器电源供电电路，为双MOS管反激式主拓扑电路反激式放电的第一负载；

一24V电源供电电路，为双MOS管反激式主拓扑电路反激式放电的第二负载。

进一步的，所述MOS管驱动电路包括NPN型第一三极管、PNP型第二三极管、第一电容、第一变压器、第一电阻、第二电阻，该第一三极管和第二三极管的基极同时与外部控制器输出的PWM信号端连接，第一三极管的发射极分别与第二三极管的发射极和第一电容连接，第一三极管的集电极连接电源VCC，第二三极管的集电极接地；第一变压器的原边绕组两端分别连接第一电容和地，其上副边绕组的上端连接第一电阻，下副边绕组的上端连接第二电阻。

进一步的，所述双MOS管反激式主拓扑电路包括第一MOS管、第二MOS管、第一二级管、第二二极管、第二变压器；第一MOS管的栅极与第一电阻连接，其源极分别与第一变压器的上副边绕组下端、第二二极管的阴极、第二变压器的原边绕组上端连接，其漏极分别与电源VDC和第一二级管的阴极连接；第二MOS管的栅极与第二电阻连接，其源极分别与第一变压器的下副边绕组下端及地连接，其漏极分别与第二变压器原边绕组下端和第一二级管的阳极连接，第二二极管的阳极接地。

进一步的，所述接触器电源供电电路包括第三二极管、第三电阻、第二滤波电容，第三二极管的阳极与第二变压器的上副边绕组上端连接，第三二极管的阴极连接第三电阻，第三电阻另一端与第二滤波电容的正极连接，第二滤波电容的负极分别与第二变压器的上副边绕组下端及地连接，第三电阻与第二滤波电容之间的连接点Q1为接触器电源供电端。

进一步的，所述接触器电源供电电路还包括与第二滤波电容并联的第五二极管，其中，第五二极管的阴极与第二滤波电容的正极连接。

进一步的，所述24V电源供电电路包括第四二极管和第三滤波电容，第四二极管的阳极与第二变压器的下副边绕组上端连接，第四二极管的阴极与第三滤波电容的正极相连且二者的连接点Q2为24V电源供电端，第三滤波电容的负极与第二变压器的下副边绕组下端及地连接。

本发明的有益效果：

本发明采用双管反激式开关电源方案，直接从功率单元直流母线上取电，转换为控制***所需多种电压等级，无需外部隔离变压器，可实现高压直接输入，输入电压范围宽的效果，同时又解决了成本高、体积大、维护性差的问题。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本发明高压输入双管反激式开关电源的电路原理图。

具体实施方式

参照图1所示，一种高压输入的双管反激式开关电源，包括：

MOS管驱动电路10，用于接收外部控制器输出的PWM信号并驱动双MOS管反激式主拓扑电路20中的MOS管导通与关断；该MOS管驱动电路10包括NPN型第一三极管Q1、PNP型第二三极管Q2、第一电容C1、第一变压器TR1、第一电阻R1、第二电阻R2，该第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极同时与外部控制器输出的PWM信号端连接，第一三极管Q1的发射极分别与第二三极管Q2的发射极和第一电容C1连接，第一三极管Q1的集电极连接电源VCC，第二三极管Q2的集电极接地；第一变压器TR1的原边绕组TR1A两端分别连接第一电容C1和地，其上副边绕组TR1B的上端连接第一电阻R1，下副边绕组TR1C的上端连接第二电阻R2；

双MOS管反激式主拓扑电路20，其直接从功率单元直流母线上取电，取电端为VDC，并受MOS管驱动电路10控制其双MOS管的导通与关断以实施变压器充电与反激式放电；该双MOS管反激式主拓扑电路20包括第一MOS管Q4、第二MOS管Q3、第一二级管D1、第二二极管D2、第二变压器TR2；第一MOS管Q4的栅极与第一电阻R1连接，其源极分别与第一变压器TR1的上副边绕组TR1B下端、第二二极管D2的阴极、第二变压器TR2的原边绕组TR2A上端连接，其漏极分别与电源VDC和第一二级管D1的阴极连接；第二MOS管Q3的栅极与第二电阻R2连接，其源极分别与第一变压器TR1的下副边绕组TR1C下端及地连接，其漏极分别与第二变压器TR2原边绕组TR2A下端和第一二级管D1的阳极连接，第二二极管D2的阳极接地；

接触器电源供电电路30，为双MOS管反激式主拓扑电路20反激式放电的第一负载；该接触器电源供电电路30包括第三二极管D3、第三电阻R3、第二滤波电容C2，第三二极管D3的阳极与第二变压器TR2的上副边绕组TR2B上端连接，第三二极管D3的阴极连接第三电阻R3，第三电阻R3另一端与第二滤波电容C2的正极连接，第二滤波电容C2的负极分别与第二变压器TR2的上副边绕组TR2B下端及地连接，第三电阻R3与第二滤波电容C2之间的连接点Q1为接触器电源供电端RELAY SUPPLY；此外，接触器电源供电电路30还包括与第二滤波电容C2并联的第五二极管D5，其中，第五二极管D5的阴极与第二滤波电容C2的正极连接，第五二极管D5为接触器线圈反并联二极管，在线圈电压反向时起续流作用，保护负载；

24V电源供电电路40，为双MOS管反激式主拓扑电路20反激式放电的第二负载；该24V电源供电电路40包括第四二极管D4和第三滤波电容C3，第四二极管D4的阳极与第二变压器TR2的下副边绕组TR2C上端连接，第四二极管D4的阴极与第三滤波电容C3的正极相连且二者的连接点Q2为24V电源供电端，第三滤波电容C3的负极与第二变压器TR2的下副边绕组TR2C下端及地连接。

本发明的工作原理为，PWM开关信号从A点输入，经三极管Q1，Q2构成的推拉结构放大电路以放大驱动电流，通过电容C1，推动驱动变压器TR1，控制开关管Q3，Q4同时开通、关断；当Q3，Q4开通时，输入电压加在变压器TR2原边TR2A上，TR2A第5脚为负，副边TR2B第6脚为负，TR2C第11脚为负，此时副边二极管D3、D4截止，无副边电流，原边TR2A表现为一电感，处于充电状态；当Q3，Q4断开时，所有原边、副边均同时改变极性（反激），副边TR2B第6脚为正，TR2C第11脚为正，副边二极管D3、D4导通，存储在原边电感中的磁场能量传输到副边。

因寄生漏感的作用，在关断时漏感能量使二极管D1，D2开通，将漏感能量返回电源；一般的单端反激式开关电源，使用一个高压开关管，此开关管在关断时所承受的最大电压）U_DSmax=U_DCmax+N*(U_O+V_D)+U_pkmax+U_S,其中U_DCmax为最高输入直流电压，U_O为输出电压，V_D为输出整流二极管压降，N为变压器原、副边匝比，U_pkmax为反射电压，U_S为电压安全裕量；故在输入电压比较高时，匝比N较大，考虑安全裕量，单端反激式开关电源开关管需选择可承受最大电压为两倍输入电压的器件。而双管反击式开关电源结构中，由于二极管D1，D2的钳位作用，使开关管Q3，Q4承受电压最高不会超过输入直流电压。

副边绕组TR2C通过二极管D4，滤波电容C3，提供控制***所需24V电压。副边绕组TR2B通过二极管D3，电阻R3，滤波电容C2，提供接触器控制线圈所需电压，R3为NTC热敏电阻，在电路中起上电时给电容C2充电时的限流作用。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高压输入的双管反激式开关电源，其特征在于包括：

一MOS管驱动电路（10），用于接收外部控制器输出的PWM信号并驱动双MOS管反激式主拓扑电路（20）中的MOS管导通与关断；

一双MOS管反激式主拓扑电路（20），其直接从功率单元直流母线上取电，并受MOS管驱动电路（10）控制其双MOS管的导通与关断以实施变压器充电与反激式放电；

一接触器电源供电电路（30），为双MOS管反激式主拓扑电路（20）反激式放电的第一负载；

一24V电源供电电路（40），为双MOS管反激式主拓扑电路（20）反激式放电的第二负载。

2.根据权利要求1所述的一种高压输入的双管反激式开关电源，其特征在于：所述MOS管驱动电路（10）包括NPN型第一三极管（Q1）、PNP型第二三极管（Q2）、第一电容（C1）、第一变压器（TR1）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2），该第一三极管（Q1）和第二三极管（Q2）的基极同时与外部控制器输出的PWM信号端连接，第一三极管（Q1）的发射极分别与第二三极管（Q2）的发射极和第一电容（C1）连接，第一三极管（Q1）的集电极连接电源VCC，第二三极管（Q2）的集电极接地；第一变压器（TR1）的原边绕组（TR1A）两端分别连接第一电容（C1）和地，其上副边绕组（TR1B）的上端连接第一电阻（R1），下副边绕组（TR1C）的上端连接第二电阻（R2）。

3.根据权利要求2所述的一种高压输入的双管反激式开关电源，其特征在于：所述双MOS管反激式主拓扑电路（20）包括第一MOS管（Q4）、第二MOS管（Q3）、第一二级管（D1）、第二二极管（D2）、第二变压器（TR2）；第一MOS管（Q4）的栅极与第一电阻（R1）连接，其源极分别与第一变压器（TR1）的上副边绕组（TR1B）下端、第二二极管（D2）的阴极、第二变压器（TR2）的原边绕组（TR2A）上端连接，其漏极分别与电源VDC和第一二级管（D1）的阴极连接；第二MOS管（Q3）的栅极与第二电阻（R2）连接，其源极分别与第一变压器（TR1）的下副边绕组（TR1C）下端及地连接，其漏极分别与第二变压器（TR2）原边绕组（TR2A）下端和第一二级管（D1）的阳极连接，第二二极管（D2）的阳极接地。

4.根据权利要求3所述的一种高压输入的双管反激式开关电源，其特征在于：所述接触器电源供电电路（30）包括第三二极管（D3）、第三电阻（R3）、第二滤波电容（C2），第三二极管（D3）的阳极与第二变压器（TR2）的上副边绕组（TR2B）上端连接，第三二极管（D3）的阴极连接第三电阻（R3），第三电阻（R3）另一端与第二滤波电容（C2）的正极连接，第二滤波电容（C2）的负极分别与第二变压器（TR2）的上副边绕组（TR2B）下端及地连接，第三电阻（R3）与第二滤波电容（C2）之间的连接点Q1为接触器电源供电端。

5.根据权利要求4所述的一种高压输入的双管反激式开关电源，其特征在于：所述接触器电源供电电路（30）还包括与第二滤波电容（C2）并联的第五二极管（D5），其中，第五二极管（D5）的阴极与第二滤波电容（C2）的正极连接。

6.根据权利要求3所述的一种高压输入的双管反激式开关电源，其特征在于：所述24V电源供电电路（40）包括第四二极管（D4）和第三滤波电容（C3），第四二极管（D4）的阳极与第二变压器（TR2）的下副边绕组（TR2C）上端连接，第四二极管（D4）的阴极与第三滤波电容（C3）的正极相连且二者的连接点Q2为24V电源供电端，第三滤波电容（C3）的负极与第二变压器（TR2）的下副边绕组（TR2C）下端及地连接。