CN208299693U - 一种全桥结构的开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种全桥结构的开关电源，包括储能电感L₂、储能电感L_2i、输出滤波电感L_f、输出端电容C₂、输出端滤波电容C_f、电流检测电阻R_Sense、电池B、功率开关管Q₃、功率开关管Q₄、续流二极管D₃、续流二极管D₄、DC变换模块M1和DC变换模块M2。本实用新型中通过两个新型双向DC变换器反向串联，同时实现了全桥同步对称开关模式，电池B充放电可以实现各种正负压充放电，通过控制上下桥臂占空比，容易实现电池端不同电压等级需求的调整，且能获得较大功率，同步开关模式较少了损耗，提高了效率。

Description

一种全桥结构的开关电源

技术领域

本实用新型涉及变换器，尤其涉及一种全桥结构的开关电源。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。直流开关电源的核心是DC/DC转换器，DC/DC转换器结构直接影响开关电源的效能。现有的双向DC开关效率较低且功能较为单一，不易实现较大功率的开关电源，整个电路元器件比较多，且现有的双向DCDC充放电，并不能实现真正意义上的0V充放电。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种全桥结构的开关电源，使电池B充放电可以实现各种正负压充放电，实现电池端不同电压等级需求的调整，且能获得较大功率，较少的损耗，提高了效率。

本实用新型是这样实现的：一种全桥结构的开关电源，包括储能电感L₂、储能电感L_2i、输出滤波电感L_f、输出端电容C₂、输出端滤波电容C_f、电流检测电阻R_Sense、电池B、功率开关管Q₃、功率开关管Q₄、续流二极管D₃、续流二极管D₄、DC变换模块M1和DC变换模块M2；

所述DC变换模块M1的输入端和DC变换模块M2的输入端分别与电源正极连接；

所述DC变换模块M1的输出端分别与储能电感L₂的一端、功率开关管Q₄的漏级以及续流二极管D₄的负极连接；

所述DC变换模块M2的输出端分别与储能电感L_2i的一端、功率开关管Q₃的漏级以及续流二极管D₃的负极连接；

所述功率开关管Q₃的源级、功率开关管Q₄的源级、续流二极管D₃的正极和续流二极管D₄的正极均连接至电源负极；

所述储能电感L₂的另一端分别与输出端电容C₂一端和输出滤波电感L_f一端连接，所述输出滤波电感L_f的另一端分别与输出端滤波电容C_f一端和电流检测电阻R_Sense一端连接，所述电流检测电阻R_Sense的另一端与电池B的正极连接，所述储能电感L_2i的另一端、输出端电容C₂的另一端和输出端滤波电容C_f的另一端均与电池B的负极连接。

进一步的，所述DC变换模块M1包括直流输入电源端电容C₁、电容C、储能电感L₁、续流二极管D₁、续流二极管D₂、功率开关管Q₁和功率开关管Q₂，所述直流输入电源端电容C₁一端分别与电源正极、储能电感L₁一端、续流二极管D₁的负极以及功率开关管Q₁的漏级连接，直流输入电源端电容C₁的另一端、电源负极、功率开关管Q₂的源级和续流二极管D₂的正极均连接至GND，所述储能电感L₁的另一端分别与功率开关管Q₂的漏级、续流二极管D₂的负极和电容C一端连接，所述电容C的另一端分别与功率开关管Q₁的源级、续流二极管D₁的正极、储能电感L₂的一端、功率开关管Q₃的漏级以及续流二极管D₃的负极连接。

进一步的，所述DC变换模块M2包括直流输入电源端电容C_1i、电容C_i、储能电感L_1i、续流二极管D_1i、续流二极管D_2i、功率开关管Q_1i和功率开关管Q_2i，所述直流输入电源端电容C_1i一端分别与电源正极、储能电感L_1i一端、续流二极管D_1i的负极以及功率开关管Q_1i的漏级连接，直流输入电源端电容C_1i的另一端、电源负极、功率开关管Q_2i的源级和续流二极管D_2i的正极均连接至GND，所述储能电感L_1i的另一端分别与功率开关管Q_2i的漏级、续流二极管D_2i的负极和电容C_i一端连接，所述电容C_i的另一端分别与功率开关管Q_1i的源级、续流二极管D_1i的正极、储能电感L_2i的一端、功率开关管Q₄的漏级以及续流二极管D₄的负极连接。

进一步的，所述DC变换模块M1和DC变换模块M2互补导通。

本实用新型的优点在于：通过两个新型双向DC变换器反向串联，同时实现了全桥同步对称开关模式，电池B充放电可以实现各种正负压充放电，通过控制上下桥臂占空比，容易实现电池端不同电压等级需求的调整，且能获得较大功率，同步开关模式较少了损耗，提高了效率。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型一种全桥结构的开关电源的电路图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种全桥结构的开关电源，包括储能电感L₂、储能电感L_2i、输出滤波电感L_f、输出端电容C₂、输出端滤波电容C_f、电流检测电阻R_Sense、电池B、功率开关管Q₃、功率开关管Q₄、续流二极管D₃、续流二极管D₄、DC变换模块M1和DC变换模块M2；

所述DC变换模块M1的输入端和DC变换模块M₂的输入端分别与电源正极连接；

所述DC变换模块M1的输出端分别与储能电感L₂的一端、功率开关管Q₄的漏级以及续流二极管D₄的负极连接；

所述DC变换模块M2的输出端分别与储能电感L_2i的一端、功率开关管Q₃的漏级以及续流二极管D₃的负极连接；

所述功率开关管Q₃的源级、功率开关管Q₄的源级、续流二极管D₃的正极和续流二极管D₄的正极均连接至电源负极；

所述储能电感L₂的另一端分别与输出端电容C₂一端和输出滤波电感L_f一端连接，所述输出滤波电感L_f的另一端分别与输出端滤波电容C_f一端和电流检测电阻R_Sense一端连接，所述电流检测电阻R_Sense的另一端与电池B的正极连接，所述储能电感L_2i的另一端、输出端电容C₂的另一端和输出端滤波电容C_f的另一端均与电池B的负极连接。

较佳的，所述DC变换模块M1包括直流输入电源端电容C₁、电容C、储能电感L₁、续流二极管D₁、续流二极管D₂、功率开关管Q₁和功率开关管Q₂，所述直流输入电源端电容C₁一端分别与电源正极、储能电感L1一端、续流二极管D₁的负极以及功率开关管Q₁的漏级连接，直流输入电源端电容C₁的另一端、电源负极、功率开关管Q₂的源级和续流二极管D₂的正极均连接至GND，所述储能电感L1的另一端分别与功率开关管Q₂的漏级、续流二极管D2的负极和电容C一端连接，所述电容C的另一端分别与功率开关管Q₁的源级、续流二极管D₁的正极、储能电感L₂的一端、功率开关管Q₃的漏级以及续流二极管D₃的负极连接。

较佳的，所述DC变换模块M2包括直流输入电源端电容C_1i、电容C_i、储能电感L_1i、续流二极管D_1i、续流二极管D_2i、功率开关管Q_1i和功率开关管Q_2i，所述直流输入电源端电容C_1i一端分别与电源正极、储能电感L_1i一端、续流二极管D_1i的负极以及功率开关管Q_1i的漏级连接，直流输入电源端电容C_1i的另一端、电源负极、功率开关管Q_2i的源级和续流二极管D_2i的正极均连接至GND，所述储能电感L_1i的另一端分别与功率开关管Q_2i的漏级、续流二极管D_2i的负极和电容C_i一端连接，所述电容C_i的另一端分别与功率开关管Q_1i的源级、续流二极管D_1i的正极、储能电感L_2i的一端、功率开关管Q₄的漏级以及续流二极管D₄的负极连接。

所述DC变换模块M1和DC变换模块M2工作原理相似，以DC变换模块M1为例：

电感充放电平衡后，根据“伏秒平衡”，在开关周期内电感电压的平均值为零，因此，当C很大时，电容C上的稳态电压值可设为V_c，V_c＝V_i-V_o。设电容C两端实际电压瞬时值为u_c，u_c＝V_c+Δu_c，△u_c为电容C的瞬时电压，开关周期为T_s；

Q₁与Q₂互补导通，Q₁占空比为D，Q₂占空比为1-D，当储能电感L₁、L₂足够大时，在开关周期内，电感磁通不下降到零，其工作在连续导通(CCM)模式。

(1)开关过程1：Q₁导通，导通时间为D，Q₂关闭，则有：

(2)开关过程2：Q₂导通，导通时间为1-D，Q₁关闭，则有：

其中，u_L1为储能电感L₁的实时电压，u_L2为储能电感L₂的实时电压，V_o为全桥DC变换器输出端电压，V_i为全桥DC变换器输入端电压。

上述双向DC变换模块简化了整个电路结构，且通过设计共用的中间大电容C替代原本需要并联设置的两个电容，减少了元件，缩小了工作体积，也减少了电路中的热损耗，设置两功率开关管并通过控制开关管占空比(即图中功率开关管Q₁占空比为D，功率开关管Q₂占空比为1-D实现同步驱动)，能实现能量的双向转换，并实现“0V”充放电功能，提高工作效率。

本实用新型的全桥结构的开关电源，实现了全桥同步对称开关模式，在具体工作时：功率开关管Q₃和续流二极管D₃形成一个开关管模块M3，功率开关管Q₄和续流二极管D₄形成一个开关管模块M4，所述DC变换模块M1和开关管模块M4组成一个半桥结构；所述DC变换模块M2和开关管模块M3组成另一个半桥结构，在DC变换模块M1和开关管模块M4运行时，DC变换模块M2和开关管模块M3关闭；在DC变换模块M2和开关管模块M3运行时，DC变换模块M1和开关管模块M4关闭。所述DC变换模块M1和DC变换模块M2互补导通，即所述功率开关管Q₁和功率开关管Q₂互补导通，占空比分别为D和1-D，其中，D为导通占空比，所述功率开关管Q_1i和功率开关管Q_2i互补导通，占空比分别为D和1-D，其中，D为导通占空比。

通过两个双向DC模块M1和M2反向串联，电池B充放电可以实现各种正负压充放电，且通过控制上下桥臂占空比，容易实现电池端不同电压等级需求的调整，可获得较大功率，同步开关模式减少了损耗，提高了效率。反向串联让两路电路相互做差值，可设置不同电流大小的电流充放电，也容易调整，输出可以实现0V，大电流快速充放电。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种全桥结构的开关电源，其特征在于：包括储能电感L₂、储能电感L_2i、输出滤波电感L_f、输出端电容C₂、输出端滤波电容C_f、电流检测电阻R_Sense、电池B、功率开关管Q₃、功率开关管Q₄、续流二极管D₃、续流二极管D₄、DC变换模块M1和DC变换模块M2；

所述DC变换模块M1的输入端和DC变换模块M2的输入端分别与电源正极连接；

所述DC变换模块M1的输出端分别与储能电感L₂的一端、功率开关管Q₄的漏级以及续流二极管D₄的负极连接；

所述DC变换模块M2的输出端分别与储能电感L_2i的一端、功率开关管Q₃的漏级以及续流二极管D₃的负极连接；

所述功率开关管Q₃的源级、功率开关管Q₄的源级、续流二极管D₃的正极和续流二极管D₄的正极均连接至电源负极；

所述储能电感L₂的另一端分别与输出端电容C₂一端和输出滤波电感L_f一端连接，所述输出滤波电感L_f的另一端分别与输出端滤波电容C_f一端和电流检测电阻R_Sense一端连接，所述电流检测电阻R_Sense的另一端与电池B的正极连接，所述储能电感L_2i的另一端、输出端电容C₂的另一端和输出端滤波电容C_f的另一端均与电池B的负极连接。

2.根据权利要求1所述的一种全桥结构的开关电源，其特征在于：

所述DC变换模块M1包括直流输入电源端电容C₁、电容C、储能电感L₁、续流二极管D₁、续流二极管D₂、功率开关管Q₁和功率开关管Q₂，所述直流输入电源端电容C₁一端分别与电源正极、储能电感L₁一端、续流二极管D₁的负极以及功率开关管Q₁的漏级连接，直流输入电源端电容C₁的另一端、电源负极、功率开关管Q₂的源级和续流二极管D₂的正极均连接至GND，所述储能电感L₁的另一端分别与功率开关管Q₂的漏级、续流二极管D₂的负极和电容C一端连接，所述电容C的另一端分别与功率开关管Q₁的源级、续流二极管D₁的正极、储能电感L₂的一端、功率开关管Q₃的漏级以及续流二极管D₃的负极连接。

3.根据权利要求2所述的一种全桥结构的开关电源，其特征在于：

所述DC变换模块M2包括直流输入电源端电容C_1i、电容C_i、储能电感L_1i、续流二极管D_1i、续流二极管D_2i、功率开关管Q_1i和功率开关管Q_2i，所述直流输入电源端电容C_1i一端分别与电源正极、储能电感L_1i一端、续流二极管D_1i的负极以及功率开关管Q_1i的漏级连接，直流输入电源端电容C_1i的另一端、电源负极、功率开关管Q_2i的源级和续流二极管D_2i的正极均连接至GND，所述储能电感L_1i的另一端分别与功率开关管Q_2i的漏级、续流二极管D_2i的负极和电容C_i一端连接，所述电容C_i的另一端分别与功率开关管Q_1i的源级、续流二极管D_1i的正极、储能电感L_2i的一端、功率开关管Q₄的漏级以及续流二极管D₄的负极连接。

4.根据权利要求3所述的一种全桥结构的开关电源，其特征在于：所述DC变换模块M1和DC变换模块M2互补导通。