CN106130328A - 一种双管串联反激式开关电源 - Google Patents

一种双管串联反激式开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双管串联反激式开关电源，包括：输入滤波电路，用于对直流母线的高电压进行滤波；双管串联反激电路，包括主变压器和两只串联的MOS管，从直流母线上取电，并受驱动变压器控制其两只MOS管的导通与关断以进行主变压器充电与反激式放电；输出滤波电路，用于对双管串联反激电路输出的电压进行滤波；回路控制电路，其输出端通过驱动变压器与双管串联反激电路的控制端连接，回路控制电路向驱动变压器发送PWM信号；驱动变压器，用于接收所述回路控制电路输出的PWM信号，并同时驱动双管反激电路中的两只MOS管。本发明在双管串联反激电路中串联两只MOS管，可以使整个回路承受的电压更大，本发明电压输入范围更宽、可靠性更高、故障率更低。

Description

一种双管串联反激式开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别是一种双管串联反激式开关电源。
背景技术
在光伏发电***、充电桩***、智能微电网***中，有着电压较高的直流母线或是电压波动范围大的直流母线，其直流电压可能在200VDC到1000VDC，甚至更高。因此对这些***中辅助电源的设计与要求带来挑战，这些***要求辅助电源的输入不仅能适应高的直流电压输入，还要能适应大范围波动直流母线电压。基于此原因，需要一种可以满足这两种情况的开关电源来作为这类些***的辅助电源，来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是，提出一种能够在直流母线电压在1000V的情况下工作、还能够满足直流母线电压宽范围波动时也可以正常工作输出的双管串联反激式开关电源。
为了实现上述目的，本发明提供的双管串联反激式开关电源，包括：
输入滤波电路，用于对直流母线的高电压进行滤波，其输出端与双管串联反激电路的输入端连接；
双管串联反激电路，包括主变压器和两只串联的MOS管，双管串联反激电路的输出端与输出滤波电路的输入端连接，双管串联反激电路从直流母线上取电，并受驱动变压器控制其两只MOS管的导通与关断以进行主变压器充电与反激式放电；
输出滤波电路，用于对双管串联反激电路输出的电压进行滤波，
回路控制电路，其输入端与输出滤波电路的输出端连接，回路控制电路的输出端通过驱动变压器与所述双管串联反激电路的控制端连接，回路控制电路向驱动变压器发送PWM信号；
驱动变压器，用于接收所述回路控制电路输出的PWM信号，并同时驱动双管反激电路中的两只MOS管。
本发明提供的双管串联反激式开关电源，在双管串联反激电路中串联两只MOS管，可以使整个回路承受的电压更大，本发明电压输入范围更宽，能够更加适用于电压较高的直流母线***中；每只MOS管所承受电压相对单管来说降低一半，本发明可靠性更高、故障率更低；此外，通过驱动变压器驱动串联的两支MOS管，控制驱动信号回路跟功率MOS管回路隔离，使驱动电路更加稳定可靠。
附图说明
图1为双管串联反激式开关电源的电路框图；
图2为双管串联反激式开关电源的输入滤波电路、双管串联反激电路、输出滤波电路和驱动变压器电路的原理图；
图3为双管串联反激式开关电源的回路控制电路原理图。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
参见图1和图2，双管串联反激式开关电源包括输入虑波电路1、双管串联反激电路2、输出滤波电路3、回路控制电路4和驱动变压器T1。输入虑波电路1的输入端连接直流母线，输出端与双管串联反激电路2的输入端连接，用于对直流母线的高电压进行滤波。输入虑波电路1包括三只并联连接的滤波电容C1、C2和C4，滤波电容C1的一端连接直流母线，滤波电容C4的一端接地，滤波电容C2的两端分别连接滤波电容C1的另一端和滤波电容C4的另一端。每只滤波电容可以承受更大的输入电压，最高达到1000V以上。每只滤波电容并联两只电阻，滤波电容C1与电阻R1、R2并联，滤波电容C2与电阻R3、R4并联，滤波电容C4与电阻R5、R6并联，三只滤波电容两端电压相等。输入虑波电路用于对直流母线的高电压进行滤波，采用多只滤波电容串联分压，并通过每只滤波电容并联的电阻来控制分压值。
双管串联反激电路2包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、主变压器T2、电流采样电阻R9、第一二极管D1和供电电路，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2均为N沟道MOS管，主变压器T2为高频变压器，包括二个初级绕组和一个次级绕组。第一MOS管Q1的漏极连接直流母线，主变压器T2的上初级绕组一端连接第一MOS管Q1的原极，另一端连接第二MOS管Q2的漏极。驱动变压器T1包括一个原边线圈和两个次副边线圈，驱动变压器T1的上次副边线圈的两端分别连接第一MOS管Q1的门极和源极，驱动变压器T1的下次副边线圈的两端分别连接第二MOS管Q2的门极和源极。第二MOS管Q2的源极串接电流采样电阻R9后接地，电流采样电阻R9用来采样主变压器T2初级的电流。第一二极管D1与主变压器T2的次级绕组串联，主变压器T2的次级绕组一端连接第一二极管D1的正极，另一端接地，第一二极管D1的负极端为双管串联反激电路的输出端，该输出端与输出滤波电路的输入端连接。双管串联反激电路2从直流母线上取电，并受驱动变压器T1控制其两只MOS管的导通与关断以进行主变压器T2充电与反激式放电。相比传统反激电路，本发明在双管串联反激电路中多串入一只MOS管，每只MOS管承受一定压力，使整个***直流母线压力可以更大，电压输入范围更大。
供电电路用于给回路控制电路4供电，包括电阻R8、电容C6、三极管Q3、电阻R10、电容C5、电阻R7和第二二级管D2，第二二级管D2的正极与主变压器T2的下初级绕组的一端连接。电阻R8和电容C6是启动时供电，启动后就由第二二级管D2，电阻R7、电阻R10、电容C5和三极管Q3进行供电。
输出滤波电路3包括输出电容C3，输出电容C3与第一二极管D1、主变压器T2的次级绕组并联。输出滤波电路对双管串联反激电路输出的电压进行滤波，使输出电容C3两端输出稳定的直流电压。
参见图3，回路控制电路4包括反馈信号电路和控制电路，反馈信号电路的输入端与输出滤波电路3的输出端连接，反馈信号电路将反馈信号送入控制电路。控制电路的电源管理芯片U3的第6脚驱动控制信号输入端DRV_OUT与图1所示驱动变压器T1的原边线圈连接，控制电路接收反馈信号，向驱动变压器T1的原边线圈发送PWM信号。驱动变压器T1的原边线圈与两个次副边线圈同相位，PWM信号通过驱动变压器T1变为两组同相信号从驱动变压器T1的两个次副边线圈输出，输出的两组同相信号分别控制双管串联反激电路中的第一MOS管Q1和第二MOS管Q2。
反馈信号电路包括光电耦合器U1、第二芯片U2和***电路，光电耦合器U1用于输出传输电信号的光电隔离。第二芯片U2采用TL431芯片，用于采集输出电压，与其内部参考电压值进行比较，并将比较结果通过光电耦合器U1隔离后送入电源控制器芯片U3。***电路包括由电阻R13和R18组成的为分压电路，由电阻R11和和电容C8组成的是微分电路以及电阻R12、电容C7和电容C9组成的积分电路，分压电路对输出滤波电路输出的电压进行分压。反馈信号电路将反馈信号送入控制电路的电源控制芯片U3中。反馈信号由R13和R18分压产生，将输出滤波电路的输出电压信号采集后反馈到控制电路，通过光电耦合器U1的信号隔离。
控制电路包括电源控制芯片U3及其***电路，电源控制芯片U3采用UC2844D8芯片，其第6脚为驱动控制信号输入端DRV_OUT，能发出PWM信号，其第3脚为Isen端。***电路包括电阻R17、电阻R19、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13和电容C14。驱动变压器T1的原边线圈一端连接电源控制芯片U3的第6脚，另一端接地。控制电路接收反馈信号，通过电源管理芯片U3的第6脚发出PWM信号，PWM信号进入驱动变压器T1的原边线圈，PWM信号通过驱动变压器T1来同时驱动双管反激电路中的第一MOS管Q1和第二MOS管Q2。电源控制芯片U3接收到光电耦合器U1所传送来的输出电压状态，通过其所采集输出电压状态来调整其第6脚输出的PWM波的占空比。
参见图2和图3，电源控制芯片U3的第3脚连接第二MOS管Q2的源极和电流采样电阻R9一端，电流采样电阻R9采样的电流值通过电源控制芯片U3的第3脚送入电源控制芯片U3，当主变压器T2的原边电流超过设定值时，电源控制芯片U3关闭第6脚PWM波的输出，进而保护主电路。
本发明在双管串联反激电路中串联两只MOS管，可以使整个回路承受的电压更大，达到1000V以上，使本发明的开关电源能够更加适用于电压较高的直流母线***中，特别是光伏并网发电***、直流微电网***、电动车充电桩***等。同时双MOS管串联后，每只MOS管所承受电压相对单管来说降低一半，使本发明的开关电源可靠性更高、故障率更低。本发发明提供的开关电源的电压输入范围更宽、工作可靠性更高。此外，通过驱动变压器驱动串联的两支N沟道MOS管，控制驱动信号回路跟功率MOS管回路隔离，使驱动电路更加稳定可靠。

Claims (8)

1.一种双管串联反激式开关电源，其特征在于，包括：
输入滤波电路(1)，用于对直流母线的高电压进行滤波，其输出端与双管串联反激电路(2)的输入端连接；
双管串联反激电路(2)，包括主变压器(T2)和两只串联的MOS管，双管串联反激电路的输出端与输出滤波电路的输入端连接，双管串联反激电路从直流母线上取电，并受驱动变压器(T1)控制其两只MOS管的导通与关断以进行主变压器(T2)充电与反激式放电；
输出滤波电路(3)，用于对双管串联反激电路输出的电压进行滤波，
回路控制电路(4)，其输入端与输出滤波电路的输出端连接，回路控制电路的输出端通过驱动变压器与所述双管串联反激电路的控制端连接，回路控制电路向驱动变压器发送PWM信号；
驱动变压器(T1)，用于接收所述回路控制电路输出的PWM信号，并同时驱动双管反激电路中的两只MOS管。
2.根据权利要求1所述的双管串联反激式开关电源，其特征在于，所述双管串联反激电路包括第一MOS管(Q1)、第二MOS管(Q2)、主变压器(T2)和第一二极管(D1)，所述主变压器(T2)为高频变压器，包括二个初级绕组和一个次级绕组，第一MOS管(Q1)的漏极连接直流母线，主变压器(T2)的上初级绕组一端连接第一MOS管(Q1)的原极，另一端连接第二MOS管(Q2)的漏极，所述驱动变压器(T1)包括一个原边线圈和两个次副边线圈，驱动变压器(T1)的上次副边线圈的两端分别连接第一MOS管(Q1)的门极和源极，驱动变压器(T1)的下次副边线圈的两端分别连接第二MOS管(Q2)的门极和源极，第二MOS管(Q2)的源极接地，第一二极管(D1)与主变压器(T2)的次级绕组串联。
3.根据权利要求2所述的双管串联反激式开关电源，其特征在于，所述回路控制电路包括反馈信号电路和控制电路，反馈信号电路将所述输出滤波电路的输出电压反馈信号送入控制电路，控制电路接收反馈信号，向所述驱动变压器的原边线圈发送PWM信号。
4.根据权利要求3所述的双管串联反激式开关电源，其特征在于，所述反馈信号电路包括光电耦合器(U1)、第二芯片(U2)和***电路，光电耦合器(U1)用于输出传输电信号的光电隔离，第二芯片(U2)用于采集所述输出滤波电路的输出电压，与其内部参考电压值进行比较，并将比较结果通过光电耦合器(U1)隔离后送入所述控制电路。
5.根据权利要求4所述的双管串联反激式开关电源，其特征在于，所述控制电路包括电源控制芯片(U3)，所述驱动变压器(T1)的原边线圈一端连接电源控制芯片(U3)的第6脚，另一端接地，电源控制芯片(U3)接收所述光电耦合器(U1)所传送来的输出电压状态，通过其所采集输出电压状态来调整其第6脚输出的PWM波的占空比。
6.根据权利要求5所述的双管串联反激式开关电源，其特征在于，所述第二MOS管(Q2)串接电流采样电阻(R9)后接地，电源控制芯片(U3)的Isen端连接第二MOS管(Q2)的源极和电流采样电阻(R9)一端，当主变压器(T2)的原边电流超过设定值时，电源控制芯片(U3)关闭第6角的PWM信号输出。
7.根据权利要求1至6任一项所述的双管串联反激式开关电源，其特征在于，所述输入滤波电路包括三只并联连接的滤波电容(C1、C2、C4)，每只滤波电容与电阻并联。
8.根据权利要求7所述的双管串联反激式开关电源，其特征在于，所述输出滤波电路包括输出电容(C3)，输出电容(C3)与第一二极管(D1)、主变压器(T2)的次级绕组并联。
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