CN105471271A

CN105471271A - 一种叠加推挽电路

Info

Publication number: CN105471271A
Application number: CN201510823845.5A
Authority: CN
Inventors: 彭方涛; 高科; 何小斌; 董宇; 陈海涛; 朱春晓
Original assignee: Shanghai Institute of Space Power Sources
Current assignee: Shanghai Institute of Space Power Sources
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2016-04-06

Abstract

本发明公开了一种叠加推挽电路，包含：输入电源，负端接地；储能电感，输入端与输入电源的正端连接；功率变压器，功率变压器包含第一抽头、第二抽头、第三抽头、第四抽头、第五抽头、第六抽头，储能电感的输出端分别与第二抽头及第五抽头连接；输出滤波电容，与负载并联，正端分别与第一抽头、第三抽头、第四抽头及第六抽头连接，负端与输入电源的负端连接；第一MOSFET，漏极与第一抽头连接，源极与输入电源的负端连接；第二MOSFET，漏极与第三抽头连接，源极与输入电源的负端连接；驱动电路，分别连接第一MOSFET的栅极及第二MOSFET的栅极。本发明降低了电路中功率器件电压、电流的应力，解决了现有的叠加推挽功率调节拓扑无法满足高压大功率应用场合的问题。

Description

一种叠加推挽电路

技术领域

本发明涉及卫星电源***功率调节拓扑技术领域，具体涉及一种叠加推挽电路。

背景技术

卫星电源***的功率调节模块将太阳电池阵发出的功率按一定技术要求进行变换，调节为母线所需要的电压，直接为负载供电，并控制蓄电池的充放电，以维持卫星电源***母线电压的稳定性。随着卫星电源***母线电压越来越高，给功率器件的选取带来了较大的困难，尤其是宇航级mosfet，目前国内可选用适用于卫星电源***的宇航级mosfet最高电压应力只有250V，因此在高压母线的卫星电源***中，必须应用功率器件电压应力低的电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叠加推挽电路，降低了电路中MOSFET的电压应力及整流二极管的电压应力、电流应力，并把功率变压器漏感能量传递至负载端，提高功率变压器的效率，以提高该电路的功率等级，使其能够应用在卫星电源***中的高压大功率场合，解决了现有的叠加推挽功率调节拓扑无法满足高压大功率应用场合的问题。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种叠加推挽电路，用于向负载供电，其特点是，该叠加推挽电路包含：

输入电源，其负端接地；

储能电感，其输入端与所述输入电源的正端连接；

功率变压器，所述的功率变压器包含设置在原边的第一抽头、第二抽头、第三抽头及设置在副边的第四抽头、第五抽头、第六抽头，所述的储能电感的输出端分别与第二抽头及第五抽头连接；

输出滤波电容，与所述负载并联，所述输出滤波电容的正端分别与所述功率变压器的第一抽头、第三抽头、第四抽头及第六抽头连接，负端与所述输入电源的负端连接；

第一MOSFET，其漏极与所述功率变压器的第一抽头连接，源极与所述输入电源的负端连接；

第二MOSFET，其漏极与所述功率变压器的第三抽头连接，源极与所述输入电源的负端连接；

驱动电路，分别连接第一MOSFET的栅极及第二MOSFET的栅极。

所述的叠加推挽电路还包含一第一整流元件，所述的第一整流元件设置在所述功率变压器的第四抽头与输出滤波电容的正端之间。

所述的叠加推挽电路还包含一第二整流元件，所述的第二整流元件设置在所述功率变压器的第六抽头与输出滤波电容的正端之间。

所述的叠加推挽电路还包含一第三整流元件，所述的第三整流元件设置在所述功率变压器的第一抽头与输出滤波电容的正端之间。

所述的叠加推挽电路还包含一第四整流元件，所述的第四整流元件设置在所述功率变压器的第三抽头与输出滤波电容的正端之间。

所述的第一整流元件为一第一二极管，所述的第一二极管的阳极与所述功率变压器的第四抽头连接，阴极与输出滤波电容的正端连接。

所述的第二整流元件为一第二二极管，所述的第二二极管的阳极与所述功率变压器的第六抽头连接，阴极与输出滤波电容的正端连接。

所述的第三整流元件为一第三二极管，所述的第三二极管的阳极分别与所述功率变压器的第一抽头及第一MOSFET的漏极连接，阴极与输出滤波电容的正端连接。

所述的第四整流元件为一第四二极管，所述的第四二极管的阳极分别与所述功率变压器的第三抽头及第二MOSFET的漏极连接，阴极与输出滤波电容的正端连接。

所述的叠加推挽电路用于卫星电源***的高压大功率场合。

本发明一种叠加推挽电路与现有技术相比具有以下优点：将储能电感从电路输出端移至电路输入端，可以将MOSFET的漏极电压与整流二极管的反向电压从两倍的输入电压降低为输出电压，并且消除了叠加推挽电路中功率变压器的偏磁现象；第一MOSFET和第二MOSFET的漏极分别通过整流二极管连接至电路输出端，不仅可以减小整流二极管的电流应力，而且在MOSFET关断时可以将功率变压器漏感能量传递至负载，提高功率变压器的效率。

附图说明

图1为现有技术中叠加推挽电路的整体结构示意图；

图2为本发明一种叠加推挽电路的整体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图2所示，一种叠加推挽电路，用于向负载R供电，尤其是卫星电源***的高压大功率场合，该叠加推挽电路包含：输入电源U_in，其负端接地；储能电感L，其输入端与所述输入电源U_in的正端连接；功率变压器T，所述的功率变压器T包含设置在原边的第一抽头1、第二抽头2、第三抽头3及设置在副边的第四抽头4、第五抽头5、第六抽头6，所述的储能电感L的输出端分别与第二抽头2及第五抽头5连接；输出滤波电容C，与所述负载R并联，所述输出滤波电容C的正端分别与所述功率变压器T的第一抽头1、第三抽头3、第四抽头4及第六抽头6连接，负端与所述输入电源U_in的负端连接；第一MOSFETQ1，其漏极与所述功率变压器T的第一抽头1连接，源极与所述输入电源U_in的负端连接；第二MOSFETQ2，其漏极与所述功率变压器T的第三抽头3连接，源极与所述输入电源U_in的负端连接；驱动电路，分别连接第一MOSFETQ1的栅极及第二MOSFETQ2的栅极。

在本实施例中，所述的叠加推挽电路还包含一第一整流元件，所述的第一整流元件设置在所述功率变压器T的第四抽头4与输出滤波电容C的正端之间，较佳地，所述的第一整流元件为一第一二极管D1，所述的第一二极管D1的阳极与所述功率变压器T的第四抽头4连接，阴极与输出滤波电容C的正端连接。

在本实施例中，所述的叠加推挽电路还包含一第二整流元件，所述的第二整流元件设置在所述功率变压器T的第六抽头6与输出滤波电容C的正端之间，较佳地，所述的第二整流元件为一第二二极管D2，所述的第二二极管D2的阳极与所述功率变压器T的第六抽头6连接，阴极与输出滤波电容C的正端连接。

在本实施例中，所述的叠加推挽电路还包含一第三整流元件，所述的第三整流元件设置在所述功率变压器T的第一抽头1与输出滤波电容C的正端之间，较佳地，所述的第三整流元件为一第三二极管D3，所述的第三二极管D3的阳极分别与所述功率变压器T的第一抽头1及第一MOSFETQ1的漏极连接，阴极与输出滤波电容C的正端连接。

在本实施例中，所述的叠加推挽电路还包含一第四整流元件，所述的第四整流元件设置在所述功率变压器T的第三抽头3与输出滤波电容C的正端之间，较佳地，所述的第四整流元件为一第四二极管D4，所述的第四二极管D4的阳极分别与所述功率变压器T的第三抽头3及第二MOSFETQ2的漏极连接，阴极与输出滤波电容C的正端连接。

如图2，并结合图1所示，本发明相对于现有技术的改进在于：

将储能电感从电路输出端移至电路输入端，采用此种连接方式可以将MOSFET的漏极电压与整流二极管的反向电压从两倍的输入电压降低为输出电压，并且消除了叠加推挽电路中功率变压器的偏磁现象；

从第一MOSFET和第一MOSFET漏极分别通过整流二极管连接至输出端，采用此种连接方式，不仅可以减小整流二极管的电流应力，而且在MOSFET关断时可以将功率变压器漏感能量传递至负载，提高功率变压器的效率。

结合图2，对本发明的工作过程进行描述，Q1、Q2交错导通：

(1)Q1导通Q2关断时：

储能电感的电流有三个流向，分别为经功率变压器绕组21(第一抽头1与第二抽头2之间的绕组，下同)至Q1到功率地；经功率变压器绕组23至D4到负载；经功率变压器绕组56至D2到负载，此时D1、D3、Q2的电压应力为母线电压。

(2)Q2导通Q1关断时：

储能电感的电流有三个流向，分别为经功率变压器绕组23至Q2到功率地；经功率变压器绕组21至D3到负载；经功率变压器绕组54至D1到负载，此时，D2、D4、Q1的电压应力为母线电压。

(3)Q1、Q2均关断时：

储能电感的电流有四个流向，分别为经过功率变压器绕组54至D1到负载；经过功率变压器绕组56至D2到负载；经过功率变压器绕组21至D3到负载；经过功率变压器绕组23至D4到负载，此时Q1、Q2的电压应力为母线电压。

(4)Q1、Q2均开通时：

储能电感的电流通过Q1、Q2流至功率地。

输出电压推导：

当单管(功率管Q1或功率管Q2)占空比D≤0.5时，对储能电感由伏秒平衡，

(V_{i n} - \frac{V_{O}}{2}) \times 2 D T = (V_{O} - V_{i n}) (1 - 2 D) T

V_{O} = \frac{V_{i n}}{1 - D}

式中，Vin表示输入电压，Vo表示输出电压，T表示功率管的开关周期，D表示单管占空比；

当单管占空比0.5≤D≤1时，对储能电感由伏秒平衡，

V_{i n} \times 2 (D - 0.5) T = {\frac{1}{2} V_{O} - V_{i n}) \times 2 (1 - D) T

V_{O} = \frac{V_{i n}}{1 - D}

式中，Vin表示输入电压，Vo表示输出电压，T表示功率管的开关周期，D表示单管占空比；T表示功率管的开关周期，D表示单管占空比；

从而推导出，在全占空比范围内，改进后的叠加推挽电路输出电压为：

V_{O} = \frac{V_{i n}}{1 - D}

式中，Vin表示输入电压，Vo表示输出电压D表示单管占空比。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种叠加推挽电路，用于向负载供电，其特征在于，该叠加推挽电路包含：

输入电源，其负端接地；

储能电感，其输入端与所述输入电源的正端连接；

驱动电路，分别连接第一MOSFET的栅极及第二MOSFET的栅极。

2.如权利要求1所述的叠加推挽电路，其特征在于，进一步包含一第一整流元件，所述的第一整流元件设置在所述功率变压器的第四抽头与输出滤波电容的正端之间。

3.如权利要求1所述的叠加推挽电路，其特征在于，进一步包含一第二整流元件，所述的第二整流元件设置在所述功率变压器的第六抽头与输出滤波电容的正端之间。

4.如权利要求1所述的叠加推挽电路，其特征在于，进一步包含一第三整流元件，所述的第三整流元件设置在所述功率变压器的第一抽头与输出滤波电容的正端之间。

5.如权利要求1所述的叠加推挽电路，其特征在于，进一步包含一第四整流元件，所述的第四整流元件设置在所述功率变压器的第三抽头与输出滤波电容的正端之间。

6.如权利要求2所述的叠加推挽电路，其特征在于，所述的第一整流元件为一第一二极管，所述的第一二极管的阳极与所述功率变压器的第四抽头连接，阴极与输出滤波电容的正端连接。

7.如权利要求3所述的叠加推挽电路，其特征在于，所述的第二整流元件为一第二二极管，所述的第二二极管的阳极与所述功率变压器的第六抽头连接，阴极与输出滤波电容的正端连接。

8.如权利要求4所述的叠加推挽电路，其特征在于，所述的第三整流元件为一第三二极管，所述的第三二极管的阳极分别与所述功率变压器的第一抽头及第一MOSFET的漏极连接，阴极与输出滤波电容的正端连接。

9.如权利要求5所述的叠加推挽电路，其特征在于，所述的第四整流元件为一第四二极管，所述的第四二极管的阳极分别与所述功率变压器的第三抽头及第二MOSFET的漏极连接，阴极与输出滤波电容的正端连接。

10.如权利要求1~9任意一项权利要求所述的叠加推挽电路，其特征在于，所述的叠加推挽电路用于卫星电源***的高压大功率场合。