CN106877675A - 一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路 - Google Patents

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CN106877675A CN201710201283.XA CN201710201283A CN106877675A CN 106877675 A CN106877675 A CN 106877675A CN 201710201283 A CN201710201283 A CN 201710201283A CN 106877675 A CN106877675 A CN 106877675A
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李鹏飞
黄玉平
侯军瑞
赵青
赵天竹
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Abstract

一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，涉及开关电源及DC‑DC变换器领域；包括变压器T1、正激式双管并联电路、驱动放大及强弱电隔离电路、稳压保护供电电路和整流滤波续流电路；其中，变压器T1分别与正激式双管并联电路、稳压保护供电电路和整流滤波续流电路连接；正激式双管并联电路的一端与变压器T1连接，正激式双管并联电路的另一端与驱动放大及强弱电隔离电路串联后与外部PWM控制电路连接；稳压保护供电电路分别与变压器T1和外部控制电路电源连接；本发明实现了在不同电压等级的场合，使用相同的变压器，这样就可以在不换变压器，不修改电路的前提下，继续使用，节约了研发成本和研发周期。

Description

一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路
技术领域
本发明涉及开关电源及DC-DC变换器领域，特别是一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路。
背景技术
在中小功率的DC-DC开关电源，且具有隔离作用，最常用的电路拓扑结构是反激式开关电源和正激式电路。这两种电路中，电路的开关频率一般大于100KHz，最核心的部分就是变压器T1,电源拓扑及外部电路的设计。在正激式开关电路中，通常有两个磁性元件分别用来完成输入输出的隔离和能量的传输及控制。用于完成输入输出的隔离的磁性元件就是变压器T1。同时变压器也起到了输入输出的隔离，即，原边与副边隔离。变压器的设计中，设计方法和磁性元件的选择以及后期的缠绕方式很重要。变压器T1是工作频率超过中频(10kHz)的电源变压器，主要用于高频开关电源中作为高频开关电源变压器，也有用于变频器中作为驱动电路的供电变压器。
目前开关电源电路的设计中，适合的电压输入范围有限制，不能再宽范围的电压变化下工作，这就需要设计不同的变压器T1，设计不同的电路，去适合不同的电压输入等级，这样就提高了研发成本，同时延长了研发的周期。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，实现了在不同电压等级的场合，使用相同的变压器，这样就可以在不换变压器，不修改电路的前提下，继续使用，节约了研发成本和研发周期。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，包括变压器T1、正激式双管并联电路、驱动放大及强弱电隔离电路、稳压保护供电电路和整流滤波续流电路；其中，变压器T1分别与正激式双管并联电路、稳压保护供电电路和整流滤波续流电路连接；正激式双管并联电路的一端与变压器T1连接，正激式双管并联电路的另一端与驱动放大及强弱电隔离电路串联后与外部PWM控制电路连接；稳压保护供电电路分别与变压器T1和外部控制电路电源连接。
在上述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，所述变压器T1副边输出部分还包括二极管D1、二极管D2和电感L1；所述变压器T1分别与二极管D1的阳极和二极管D2的阳极连接，二极管D1的阴极和二极管D2的阴极与电感L1连接后，连接稳压保护供电电路。
在上述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，所述的变压器T1包括6个管脚，分别为管脚1-6；其中，管脚1与正激式双管并联电路连接；管脚2与正激式双管并联电路连接；管脚3与二极管D1的阳极连接；管脚4与二极管D2的阳极连接；管脚5与整流滤波续流电路连接；管脚6与整流滤波续流电路连接。
在上述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，所述变压器T1的管脚1和变压器T1的管脚2以原边绕组方式输入；所述变压器T1的管脚3和变压器T1的管脚4以副边绕组方式输出；所述变压器T1的管脚5和变压器T1的管脚6以副边绕组方式输出。
在上述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，所述正激式双管并联电路包括二极管D8、二极管D9、电阻R16、电阻R17、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4；其中，电阻R16的一端分别与MOS管Q3的源极和MOS管Q4的源极连接，电阻R16的另一端与二极管D9的阳极连接；电阻R17的一端分别与MOS管Q3的源极和MOS管Q4的源极连接，电阻R17的另一端与二极管D9的阳极连接；电阻R16和电阻R17并联；MOS管Q3的门极与电阻R7连接；MOS管Q3的漏极与变压器T1的管脚2连接；MOS管Q4的门极与电阻R6连接；MOS管Q4的漏极与二极管D8的阳极连接；MOS管Q3的源极与MOS管Q4的源极连接；二极管D9的阴极与MOS管Q1的源极连接；MOS管Q1的门极与电阻R3连接；MOS管Q1的漏极分别与MOS管Q2的漏极和二极管D8的阴极连接；MOS管Q2的门极与电阻R4连接。
在上述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，所述驱动放大及强弱电隔离电路包括变压器T2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三极管Q5、三极管Q6和电容C1；其中，二极管D5的阴极与变压器T2连接；电阻R2的一端与变压器T2连接，电阻R2的另一端分别与二极管D5的阳极、电阻R3、电阻R4连接；电阻R3、电阻R4分别与正激式双管并联电路连接；电阻R5的一端分别与变压器T2和二极管D6的阴极连接；电阻R5的另一端分别与二极管D6的阳极、电阻R6、电阻R7连接；电阻R6、电阻R7分别与正激式双管并联电路连接；电容C1的一端与变压器T2连接，电容C1的另一端分别与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极、三极管Q5的射极、三极管Q6的射极连接；二极管D3的阴极与三极管Q5的集电极连接；三极管Q5的基极分别与三极管Q6的基极、电阻R1的一端连接；电阻R1的另一端与外部PWM控制电路连接；三极管Q6的集电极分别与二极管D4的阳极、变压器T2连接。
在上述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，所述变压器T2包括6个管脚，为管脚1-6；其中，变压器T2的管脚1与正激式双管并联电路连接；变压器T2的管脚2与电阻R5连接；变压器T2的管脚3与正激式双管并联电路连接；变压器T2的管脚4与电阻R2连接；变压器T2的管脚5与电容C1连接；变压器T2的管脚6与二极管D4的阳极连接。
在上述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，所述变压器T2的管脚5和管脚6以原边绕组方式输入；所述变压器T2的管脚3和变压器T2的管脚4以副边绕组方式输出；所述变压器T2的管脚1和变压器T2的管脚2以副边绕组方式输出。
在上述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，所述稳压保护供电电路包括控制芯片U1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、二极管D7和电感L2；其中，控制芯片U1的FB端分别与电阻R14、电阻R15连接；控制芯片U1的VCC端与电容C4连接；控制芯片U1的BST端与电容C3连接；控制芯片U1的SW端分别与电感L2和电容C3连接；电感L2与电阻R14、二极管D7的阳极连接；二极管D7的阴极与外部控制电路电源连接；控制芯片U1的RON端与电阻R13的一端连接；控制芯片U1的UVLO端分别与电阻R11、电阻R12连接；控制芯片U1的RTN端接地；电阻R11和电阻R12串联后，分别和电容C2、电阻R8、电阻R9、电阻R10组成第一并联电路，所述第一并联电路分别与控制芯片U1的VIN端、电感L1连接。
在上述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，所述整流滤波续流电路包括双体二极管D10、双体二极管D11、电感L3、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电阻R33和电阻R34；其中，双体二极管D10的阳极并联后与变压器T1连接；双体二极管D10的阴极分别与双体二极管D11的阴极、电感L3连接；电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电阻R33和电阻R34组成第二并联电路，所述第二并联电路分别与电感L3、双体二极管D11的阳极连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，实现了不同电压等级的场合，使用相同的变压器，可以输出稳定的24V，提高了电路电源的使用性能，而且电路搭建简单可靠，节约了研发成本和研发时间；
(2)本发明采用了稳压保护供电电路，实现了在输入电压320-1200V的变化下，能够时稳定的为控制电路提供电源，提高了对控制电路的保护能力；
(3)本发明采用了正激式双管并联电路，实现了在高电压大功率工作时，能够正常工作，对器件起到了保护和检测作用，提高了整个开关电源的安全系数和保护能力；
(4)本发明采用了高可靠的变压器T1，实现了在相同变压器的前提下，不同范围的电压输入，可以输出相同的稳定电压，提高了电源的可用性，拓宽了应用范围；
(5)本发明采用了驱动放大及强弱电隔离电路，实现了对驱动能力的放大以及对强弱电的隔离，提高了对管子的驱动能力，加快了管子的开关速度，减小了开关损耗，同时也提高了抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明正激快关电源电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为正激快关电源电路示意图，有图可知，一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，其包括正激式双管并联电路、变压器T1、驱动放大及强弱电隔离电路、稳压保护供电电路和整流滤波续流电路。
本发明电路中，变压器T1前一级是正激式双管并联电路，驱动放大及强弱电隔离电路主要用于外部PWM控制电路的驱动能力的放大连接到正激式双管并联电路，而稳压保护供电电路主要是用于电源启动之后给控制电路提供稳定的工作电源。
其中，变压器T1分别与正激式双管并联电路、稳压保护供电电路和整流滤波续流电路连接；正激式双管并联电路的一端与变压器T1连接，正激式双管并联电路的另一端与驱动放大及强弱电隔离电路串联后与外部PWM控制电路连接；稳压保护供电电路分别与变压器T1和外部控制电路电源连接。
所述变压器T1副边输出部分还包括二极管D1、二极管D2和电感L1；所述变压器T1分别与二极管D1的阳极和二极管D2的阳极连接，二极管D1的阴极和二极管D2的阴极与电感L1连接后，连接稳压保护供电电路。
变压器T1包括6个管脚，分别为管脚1-6；其中，管脚1与正激式双管并联电路连接；管脚2与正激式双管并联电路连接；管脚3与二极管D1的阳极连接；管脚4与二极管D2的阳极连接；管脚5与整流滤波续流电路连接；管脚6与整流滤波续流电路连接。
所述的变压器T1，主要是对变压器的设计，变压一定要选择参数匹配的磁性元件及骨架，同时在制作过程中要选择合理的匝数比，及缠绕方式。保证宽范围输入。
变压器T1的管脚1和变压器T1的管脚2以原边绕组方式输入；所述变压器T1的管脚3和变压器T1的管脚4以副边绕组方式输出；所述变压器T1的管脚5和变压器T1的管脚6以副边绕组方式输出。
正激式双管并联电路包括二极管D8、二极管D9、电阻R16、电阻R17、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4；其中，电阻R16的一端分别与MOS管Q3的源极和MOS管Q4的源极连接，电阻R16的另一端与二极管D9的阳极连接；电阻R17的一端分别与MOS管Q3的源极和MOS管Q4的源极连接，电阻R17的另一端与二极管D9的阳极连接；电阻R16和电阻R17并联；MOS管Q3的门极与电阻R7连接；MOS管Q3的漏极与变压器T1的管脚2连接；MOS管Q4的门极与电阻R6连接；MOS管Q4的漏极与二极管D8的阳极连接；MOS管Q3的源极与MOS管Q4的源极连接；二极管D9的阴极与MOS管Q1的源极连接；MOS管Q1的门极与电阻R3连接；MOS管Q1的漏极分别与MOS管Q2的漏极和二极管D8的阴极连接；MOS管Q2的门极与电阻R4连接。
其中，所述的正激式双管并联电路中由于本发明要适合大范围的输入电压，所以MOS管Q1，MOS管Q2，MOS管Q3，MOS管Q4以及二极管D8，二极管D9要选择高耐压，大电流的管子及二极管，同时二极管的响应速度要快，避免能量损耗，电阻R16，R17为采样电阻，用于检测管子是否过流。
驱动放大及强弱电隔离电路包括变压器T2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三极管Q5、三极管Q6和电容C1；其中，二极管D5的阴极与变压器T2连接；电阻R2的一端与变压器T2连接，电阻R2的另一端分别与二极管D5的阳极、电阻R3、电阻R4连接；电阻R5的一端分别与变压器T2和二极管D6的阴极连接；电阻R5的另一端分别与二极管D6的阳极、电阻R6、电阻R7连接；电容C1的一端与变压器T2连接，电容C1的另一端分别与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极、三极管Q5的射极、三极管Q6的射极连接；二极管D3的阴极与三极管Q5的集电极连接；三极管Q5的基极分别与三极管Q6的基极、电阻R1的一端连接；电阻R1的另一端与外部PWM控制电路连接；三极管Q6的集电极分别与二极管D4的阳极、变压器T2连接。
所述的驱动放大及强弱电隔离电路主要用于当PWM控制电路有信号产生时通过三极管Q5，三极管Q6对驱动信号进行放大，提供驱动能力，二极管D3，D4主要用于当三极管Q5，三极管Q6在开关交替时的续流作用，电容C1为隔直电容，防止后一级的脉冲变压器磁饱和，通过T2，经过驱动电阻R2、R3、R4、R5、R6、R7去驱动正激式双管并联电路。
变压器T2包括6个管脚，为管脚1-6；其中，变压器T2的管脚1与正激式双管并联电路连接；变压器T2的管脚2与电阻R5连接；变压器T2的管脚3与正激式双管并联电路连接；变压器T2的管脚4与电阻R2连接；变压器T2的管脚5与电容C1连接；变压器T2的管脚6与二极管D4的阳极连接。
变压器T1副边输出部分还包括二极管D1、二极管D2和电感L1；所述变压器T1分别与二极管D1的阳极和二极管D2的阳极连接，二极管D1的阴极和二极管D2的阴极与电感L1连接后，连接稳压保护供电电路。
另外，稳压保护供电电路包括控制芯片U1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、二极管D7和电感L2；其中，控制芯片U1的FB端分别与电阻R14、电阻R15连接；控制芯片U1的VCC端与电容C4连接；控制芯片U1的BST端与电容C3连接；控制芯片U1的SW端分别与电感L2和电容C3连接；电感L2与电阻R14、二极管D7的阳极连接；二极管D7的阴极与外部控制电路电源连接；控制芯片U1的RON端与电阻R13的一端连接；控制芯片U1的UVLO端分别与电阻R11、电阻R12连接；控制芯片U1的RTN端接地；电阻R11和电阻R12串联后，分别和电容C2、电阻R8、电阻R9、电阻R10组成第一并联电路，所述第一并联电路分别与控制芯片U1的VIN端、电感L1连接。
其中，所述的C2的容值选择有严格的要求，太大或者太小对T2都有影响，对于T2要选择等比的变压器，且电流的载流量足够，通过改变电阻的阻值可以控制管子的开通速度。
所述的稳压保护供电电路，当开关电源工作之后，变压器输出电压VCC-15，作为稳压保护电路的输入，通过假负载R8，R9，R10和储能电容C2，使输出的电压稳定的供给U1，而R11，R12为欠压保护采样电阻，用于在电压不足时进行保护，R13为启动电阻，控制启动时间，R14，R15为反馈电阻，监测输出电压，L2为储能电感，用于给外部控制电路供电。
所述的稳压保护供电电路，在外加电压从320-1200V变化时，由于变压器的特性VCC-15也会成比例升高，如果直接给外部控制电路供电，由于控制电路有电压输入范围的要求，就会烧毁外部控制电路芯片。所以，加一个稳压电路。这样在电压宽范围变化时，保证控制电路的供电稳定，使控制电路正常工作，保证了整个开关电源正常工作。对于R8，R9，R10假负载而言，一定要选择功率足够大的电阻，这样保证了在消耗功率放热时，不至于把电阻烧坏。
所述的这些电路中的二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11为快速恢复二极管，保证恢复时间足够小，使能量损失更小。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，其特征在于：包括变压器T1、正激式双管并联电路、驱动放大及强弱电隔离电路、稳压保护供电电路和整流滤波续流电路；其中，变压器T1分别与正激式双管并联电路、稳压保护供电电路和整流滤波续流电路连接；正激式双管并联电路的一端与变压器T1连接，正激式双管并联电路的另一端与驱动放大及强弱电隔离电路串联后与外部PWM控制电路连接；稳压保护供电电路分别与变压器T1和外部控制电路电源连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，其特征在于：所述变压器T1副边输出部分还包括二极管D1、二极管D2和电感L1；所述变压器T1分别与二极管D1的阳极和二极管D2的阳极连接，二极管D1的阴极和二极管D2的阴极与电感L1连接后，连接稳压保护供电电路。
3.根据权利要求1所述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，其特征在于：所述的变压器T1包括6个管脚，分别为管脚1-6；其中，管脚1与正激式双管并联电路连接；管脚2与正激式双管并联电路连接；管脚3与二极管D1的阳极连接；管脚4与二极管D2的阳极连接；管脚5与整流滤波续流电路连接；管脚6与整流滤波续流电路连接。
4.根据权利要求3所述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，其特征在于：所述变压器T1的管脚1和变压器T1的管脚2以原边绕组方式输入；所述变压器T1的管脚3和变压器T1的管脚4以副边绕组方式输出；所述变压器T1的管脚5和变压器T1的管脚6以副边绕组方式输出。
5.根据权利要求3所述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，其特征在于：所述正激式双管并联电路包括二极管D8、二极管D9、电阻R16、电阻R17、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4；其中，电阻R16的一端分别与MOS管Q3的源极和MOS管Q4的源极连接，电阻R16的另一端与二极管D9的阳极连接；电阻R17的一端分别与MOS管Q3的源极和MOS管Q4的源极连接，电阻R17的另一端与二极管D9的阳极连接；电阻R16和电阻R17并联；MOS管Q3的门极与电阻R7连接；MOS管Q3的漏极与变压器T1的管脚2连接；MOS管Q4的门极与电阻R6连接；MOS管Q4的漏极与二极管D8的阳极连接；MOS管Q3的源极与MOS管Q4的源极连接；二极管D9的阴极与MOS管Q1的源极连接；MOS管Q1的门极与电阻R3连接；MOS管Q1的漏极分别与MOS管Q2的漏极和二极管D8的阴极连接；MOS管Q2的门极与电阻R4连接。
6.根据权利要求3所述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，其特征在于：所述驱动放大及强弱电隔离电路包括变压器T2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三极管Q5、三极管Q6和电容C1；其中，二极管D5的阴极与变压器T2连接；电阻R2的一端与变压器T2连接，电阻R2的另一端分别与二极管D5的阳极、电阻R3、电阻R4连接；电阻R3、电阻R4分别与正激式双管并联电路连接；电阻R5的一端分别与变压器T2和二极管D6的阴极连接；电阻R5的另一端分别与二极管D6的阳极、电阻R6、电阻R7连接；电阻R6、电阻R7分别与正激式双管并联电路连接；电容C1的一端与变压器T2连接，电容C1的另一端分别与二极管D3的阳极、二极管D4的阴极、三极管Q5的射极、三极管Q6的射极连接；二极管D3的阴极与三极管Q5的集电极连接；三极管Q5的基极分别与三极管Q6的基极、电阻R1的一端连接；电阻R1的另一端与外部PWM控制电路连接；三极管Q6的集电极分别与二极管D4的阳极、变压器T2连接。
7.根据权利要求6所述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，其特征在于：所述变压器T2包括6个管脚，为管脚1-6；其中，变压器T2的管脚1与正激式双管并联电路连接；变压器T2的管脚2与电阻R5连接；变压器T2的管脚3与正激式双管并联电路连接；变压器T2的管脚4与电阻R2连接；变压器T2的管脚5与电容C1连接；变压器T2的管脚6与二极管D4的阳极连接。
8.根据权利要求7所述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，其特征在于：所述变压器T2的管脚5和管脚6以原边绕组方式输入；所述变压器T2的管脚3和变压器T2的管脚4以副边绕组方式输出；所述变压器T2的管脚1和变压器T2的管脚2以副边绕组方式输出。
9.根据权利要求3所述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，其特征在于：所述稳压保护供电电路包括控制芯片U1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、二极管D7和电感L2；其中，控制芯片U1的FB端分别与电阻R14、电阻R15连接；控制芯片U1的VCC端与电容C4连接；控制芯片U1的BST端与电容C3连接；控制芯片U1的SW端分别与电感L2和电容C3连接；电感L2与电阻R14、二极管D7的阳极连接；二极管D7的阴极与外部控制电路电源连接；控制芯片U1的RON端与电阻R13的一端连接；控制芯片U1的UVLO端分别与电阻R11、电阻R12连接；控制芯片U1的RTN端接地；电阻R11和电阻R12串联后，分别和电容C2、电阻R8、电阻R9、电阻R10组成第一并联电路，所述第一并联电路分别与控制芯片U1的VIN端、电感L1连接。
10.根据权利要求3所述的一种宽范围电压输入的双管并联正激开关电源电路，其特征在于：所述整流滤波续流电路包括双体二极管D10、双体二极管D11、电感L3、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电阻R33和电阻R34；其中，双体二极管D10的阳极并联后与变压器T1连接；双体二极管D10的阴极分别与双体二极管D11的阴极、电感L3连接；电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电阻R33和电阻R34组成第二并联电路，所述第二并联电路分别与电感L3、双体二极管D11的阳极连接。
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