CN108494263A - 一种正反激双路平衡负载开关电源电路 - Google Patents

一种正反激双路平衡负载开关电源电路 Download PDF

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Abstract

本发明提出的正反激双路平衡负载开关电源电路包括：输入端、第一变压器T1、第二变压器T2、双路输出端，所述第一变压器T1、所述第二变压器T2将所述输入端输入直流电转换为交流电输出至双路输出端，所述第一变压器T1的初级绕组和所述输入端连接，所述第一变压器T1的初级绕组和所述第二变压器T2的初级绕组串联，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组并联且均和所述双路输出端连接；通过设计正激变压器与反激变压器，具有噪声低、效率高、纹波小、功率密度大、环路容易设计、工作于连续模式时无右半平面零点、由两个变压器同时向次级传递能量，变压器匝数少，易于绕制，次级线径减半、功率开关管承受电流应力小等特点。

Description

一种正反激双路平衡负载开关电源电路
技术领域
本发明涉及开关电源领域，尤其是一种正反激双路平衡负载开关电源电路。
背景技术
现如今正负路双路平衡负载开关电源广泛用于模拟电路、双极性正负平衡供电型运放或比较器、功率比较器、数字模拟转换器等电路的供电***。由于反激变压器易于设计，多数双路平衡负载的开关电源使用反激拓扑。现如今大型数字采集及数模变换***或功率比较器对供电能力的要求越来越高。反激拓扑由于效率低、功率密度低，使得它在为功率比较器等大功率正负平衡负载供电时发热严重，且应用于数字模拟转换器等相关***时，反激开关电源产生较大的纹波及噪声,需要在外部加滤波电路进行滤除后才能使用，增加了***的复杂性。而正激双路平衡负载开关电源虽然效率高、纹波小，但其体积大、输出储能滤波电感设计复杂等缺点限制了其在正负双路平衡负载供电***中的应用。而由于每个开关电源的开关频率无法保证开关频率完全相同，故单纯将两路独立的正路与负路开关电源结合后构成正负路供电会引入极大的纹波及噪声干扰，且差频干扰无法被轻易滤除，所以这种结合方式应用效果也有较大限制。所以，现如今对大功率、低噪声、高效率的正负双路平衡负载开关电源有着较大的需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种正反激双路平衡负载开关电源电路，具有噪声低、效率高、纹波小、功率密度大、环路容易设计、工作于连续模式时无右半平面零点、由两个变压器同时向次级传递能量，变压器匝数少，易于绕制，次级线径减半、功率开关管承受电流应力小等特点。
本发明通过以下技术方案实现的：
本发明提出一种正反激双路平衡负载开关电源电路，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括：输入端、第一变压器T1、第二变压器T2、双路输出端，所述第一变压器T1、所述第二变压器T2将所述输入端输入直流电转换为交流电输出至双路输出端，所述第一变压器T1的初级绕组和所述输入端连接，所述第一变压器T1的初级绕组和所述第二变压器T2的初级绕组串联，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组并联且均和所述双路输出端连接。
进一步的，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括功率开关管Q1，所述功率开关管Q1和所述第二变压器T2的初级绕组串联，所述功率开关管Q1控制所述第一变压器T1的初级绕组和所述第二变压器T2的初级绕组的导通和关断。
进一步的，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括供电与保护电路、脉宽调制器，所述供电与保护电路一端接所述输入端，另一端和所述脉宽调制器串接；所述脉宽调制器和所述功率开关管Q1相耦接，所述功率开关管Q1一端接地。
进一步的，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括反馈环路，所述反馈环路对双路输出端进行采样信号。
进一步的，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括光耦，所述光耦的一端和所述脉宽调制器串接，还有一端和所述反馈环路连接，所述光耦的一端还接地。
进一步的，所述双路输出端包括Vo+端、Go端、Vo-端，所述Vo+端和所述Go端之间设有电容C1，所述Vo-端和所述Go端之间设有电容C2，所述电容C1和所述电容C2用于维持输出稳定及输出滤波。
进一步的，所述正反激双路平衡负载开关电源电路还设有二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，所述二极管D1、所述二极管D2和所述第一变压器T1的次级绕组耦接，所述二极管D3、所述二极管D4和所述第二变压器T2的次级绕组耦接，所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3、所述二极管D4均用于整流。
进一步的，所述第一变压器T1和所述第二变压器T2的匝比相同。
进一步的，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组均具有2个，四个次级绕组分别并联，组成双路平衡输出。
进一步的，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组的线圈为中心抽头绕法绕制。
本发明的有益效果：
本发明的正反激双路平衡负载开关电源电路包括：输入端、第一变压器T1、第二变压器T2、双路输出端，所述第一变压器T1、所述第二变压器T2将所述输入端输入直流电转换为交流电输出至双路输出端，所述第一变压器T1的初级绕组和所述输入端连接，所述第一变压器T1的初级绕组和所述第二变压器T2的初级绕组串联，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组并联且均和所述双路输出端连接；通过设计正激变压器与反激变压器，具有噪声低、效率高、纹波小、功率密度大、环路容易设计、工作于连续模式时无右半平面零点、由两个变压器同时向次级传递能量，变压器匝数少，易于绕制，次级线径减半、功率开关管承受电流应力小等特点。
附图说明
图1为正反激双路平衡负载开关电源电路的原理示意图。
具体实施方式
为了更加清楚、完整的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步说明。
请参考图1，本发明提出一种正反激双路平衡负载开关电源电路，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括：输入端、第一变压器T1、第二变压器T2、双路输出端，所述第一变压器T1、所述第二变压器T2将所述输入端输入直流电转换为交流电输出至双路输出端，所述第一变压器T1的初级绕组和所述输入端连接，所述第一变压器T1的初级绕组和所述第二变压器T2的初级绕组串联，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组并联且均和所述双路输出端连接。
进一步的，所述第一变压器T1和所述第二变压器T2的匝比相同。
在本实施方式中，所述正反激双路平衡负载开关电源电路没有设置输出储能滤波电感，而是将单端正激拓扑的输出储能滤波电感变为反激变压器移至初级，起到储能与传递能量双重作用，以此提升功率密度的同时又不增加纹波。
进一步的，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括功率开关管Q1，所述功率开关管Q1和所述第二变压器T2的初级绕组串联，所述功率开关管Q1控制所述第一变压器T1的初级绕组和所述第二变压器T2的初级绕组的导通和关断。
在本实施方式中，所述正反激双路平衡负载开关电源电路中仅有一个功率开关管；单个开关管使电路结构相对简单，且在高压输入时开关管承受电压应力远小于单端正激拓扑，在高压输入时，以反激反射电压为主，正激复位尖峰比例小，电路工作于电流连续模式，开关管承受电流应力小。
进一步的，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括供电与保护电路、脉宽调制器，所述供电与保护电路一端接所述输入端，另一端和所述脉宽调制器串接；所述脉宽调制器和所述功率开关管Q1相耦接，所述功率开关管Q1一端接地。
进一步的，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括反馈环路，所述反馈环路对双路输出端进行采样信号。
进一步的，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括光耦，所述光耦的一端和所述脉宽调制器串接，还有一端和所述反馈环路连接，所述光耦的一端还接地。
进一步的，所述双路输出端包括Vo+端、Go端、Vo-端，所述Vo+端和所述Go端之间设有电容C1，所述Vo-端和所述Go端之间设有电容C2，所述电容C1和所述电容C2用于维持输出稳定及输出滤波。
进一步的，所述正反激双路平衡负载开关电源电路还设有二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，所述二极管D1、所述二极管D2和所述第一变压器T1的次级绕组耦接，所述二极管D3、所述二极管D4和所述第二变压器T2的次级绕组耦接，所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3、所述二极管D4均用于整流。
进一步的，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组均具有2个，四个次级绕组分别并联，组成双路平衡输出。
进一步的，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组的线圈为中心抽头绕法绕制。
在本实施方式中，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组的线圈绕法与正激、反激双路平衡负载次级线圈绕法相同，均为中心抽头绕法，该绕法可以保证电路的两路输出拥有良好的交叉调整率，且绕法简单。
下面结合图1对所述正反激双路平衡负载开关电源电路的工作原理进行详细的介绍：
第一变压器T1为正激变压器，在所述功率开关管Q1导通时向输出传递能量，所述功率开关管Q1关断时磁复位，第一变压器T1的次级由X3A、X4A，X3B、X4B两个绕组以中心抽头方式绕制形成两个匝数相同的绕组达到双路平衡负载的功能；
第二变压器T2为反激变压器，在所述功率开关管Q1导通时储存能量，所述功率开关管Q1关断时向输出传递能量，第二变压器T1次级由Y3A、Y4A，Y3B、Y4B两个绕组以中心抽头方式绕制形成两个匝数相同的绕组达到双路平衡负载的功能；
二极管D1～D4在电路中起到输出整流的作用；
电容C1、电容C2为输出滤波电容，起到维持输出稳定、输出滤波的作用；
功率开关管Q1为功率开关管，控制所述第一变压器T1和所述第二变压器T2的初级电路的导通与关断，使能量能通过所述第一变压器T1和所述第二变压器T2传递到输出；
光耦U1接收从反馈环路采样的输出信号并传递至初级的脉宽调制器，脉宽调制器控制Q1的占空比实现输出的稳定，起到电信号隔离耦合的作用。
当功率开关管Q1导通时，X1感应正电压、X2感应负电压，X1的同名端X3A与X4B感应正电压、异名端X4A与X3B感应负电压，二极管D1与二极管D2正向导通使输出Vo+端对Go端和Go端对Vo-端形成两路同相等大的电压；Y1感应正电压、Y2感应负电压，Y1的同名端Y4A与Y3B感应正电压、异名端Y3A与Y4B感应负电压，二极管D1与二极管D2反向截止，Y3与Y4绕组不输出，第二变压器T2进行储能。
当功率开关管Q1截止时，X1感应负电压、X2感应正电压，X1的同名端X3A与X4B感应负电压、异名端X4A与X3B感应正电压，二极管D1与二极管D2反向截止，X3与X4绕组不输出，第一变压器T1开始磁复位；Y1感应负电压、Y2感应正电压，Y1的同名端Y4A与Y3B感应负电压、异名端Y3A与Y4B感应正电压，二极管D1与二极管D2正向导通使输出Vo+端对Go端和Go端对Vo-端形成两路同相等大的电压。
反馈环路的采样信号取Vo+端与Vo-端，并通过中心抽头的方式绕制变压器次级，使输出形成正负路双路平衡负载，并能拥有很好的交叉调整率。
功率开关管Q1导通与关断时均有绕组向输出传递能量，通过反馈环路使信号经过光耦U1反馈至脉宽调制器控制功率开关管Q1的占空比使输出稳定。
本发明的正反激双路平衡负载开关电源电路基于正激拓扑，将输出储能电感由次级转移至初级，以反激变压器的形式替代，一方面起到储能滤波作用，一方面可以向次级传递能量，使用单个脉宽调制器与单个功率开关管组成正反激拓扑。正反激双路平衡负载变压器设计简单，正激与反激变压器匝比相同，均按照正激变压器设计。与传统的反激双路平衡负载电路相比，本发明的正反激双路平衡负载开关电源电路具备以下优点：纹波小、效率高、功率密度大、环路容易设计、工作于连续模式时无右半平面零点、由两个变压器同时向次级传递能量，功率密度高、变压器匝数少，易于绕制，次级线径减半、功率开关管承受电流应力小；与传统的正激双路平衡负载电路相比，本发明的正反激双路平衡负载开关电源电路具备以下优点：两个变压器设计方法相同，易于设计、无需输出储能滤波电感、由两个变压器同时向次级传递能量、功率密度为传统正激电路的两倍，次级线径减半、功率开关管承受电压应力小。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种正反激双路平衡负载开关电源电路，其特征在于，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括：输入端、第一变压器T1、第二变压器T2、双路输出端，所述第一变压器T1、所述第二变压器T2将所述输入端输入直流电转换为交流电输出至双路输出端，所述第一变压器T1的初级绕组和所述输入端连接，所述第一变压器T1的初级绕组和所述第二变压器T2的初级绕组串联，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组并联且均和所述双路输出端连接。
2.根据权利要求1所述的正反激双路平衡负载开关电源电路，其特征在于，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括功率开关管Q1，所述功率开关管Q1和所述第二变压器T2的初级绕组串联，所述功率开关管Q1控制所述第一变压器T1的初级绕组和所述第二变压器T2的初级绕组的导通和关断。
3.根据权利要求2所述的正反激双路平衡负载开关电源电路，其特征在于，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括供电与保护电路、脉宽调制器，所述供电与保护电路一端接所述输入端，另一端和所述脉宽调制器串接；所述脉宽调制器和所述功率开关管Q1相耦接，所述功率开关管Q1一端接地。
4.根据权利要求3所述的正反激双路平衡负载开关电源电路，其特征在于，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括反馈环路，所述反馈环路对双路输出端进行采样信号。
5.根据权利要求4所述的正反激双路平衡负载开关电源电路，其特征在于，所述正反激双路平衡负载开关电源电路包括光耦，所述光耦的一端和所述脉宽调制器串接，还有一端和所述反馈环路连接，所述光耦的一端还接地。
6.根据权利要求1所述的正反激双路平衡负载开关电源电路，其特征在于，所述双路输出端包括Vo+端、Go端、Vo-端，所述Vo+端和所述Go端之间设有电容C1，所述Vo-端和所述Go端之间设有电容C2，所述电容C1和所述电容C2用于维持输出稳定及输出滤波。
7.根据权利要求1所述的正反激双路平衡负载开关电源电路，其特征在于，所述正反激双路平衡负载开关电源电路还设有二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，所述二极管D1、所述二极管D2和所述第一变压器T1的次级绕组耦接，所述二极管D3、所述二极管D4和所述第二变压器T2的次级绕组耦接，所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D3、所述二极管D4均用于整流。
8.根据权利要求1所述的正反激双路平衡负载开关电源电路，其特征在于，所述第一变压器T1和所述第二变压器T2的匝比相同。
9.根据权利要求1所述的正反激双路平衡负载开关电源电路，其特征在于，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组均具有2个，四个次级绕组分别并联，组成双路平衡输出。
10.根据权利要求9所述的正反激双路平衡负载开关电源电路，其特征在于，所述第一变压器T1的次级绕组和所述第二变压器T2的次级绕组的线圈为中心抽头绕法绕制。
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