CN211183803U - 一种隔离型推挽式dc-dc升压装置 - Google Patents

Abstract

一种隔离型推挽式DC‑DC升压装置，所述隔离型推挽式DC‑DC升压装置包括用于驱动场效应管的隔离驱动电路、用于通过高频变压器和场效应管实现直‑交‑直升压变换的推挽电路、用于给隔离采样电路供电的辅助电源和用于采集输出电压的隔离采样电路，所述隔离驱动电路与所述推挽电路连接，所述推挽电路分别与所述辅助电源、隔离采样电路连接，所述辅助电源与所述隔离采样电路连接。本实用新型提供了一种电压利用率高，输出电压稳定，谐波小，适用于太阳能发电、车载逆变器等低压输入，高压输出场合的高可靠性推挽式DC‑DC升压装置。

Description

一种隔离型推挽式DC-DC升压装置

技术领域

本实用新型涉及一种隔离型推挽式DC-DC升压装置。

背景技术

随着电力电子技术和半导体技术的不断发展，开关电源也开始成为了人们研究的热点。尤其是推挽式开关电源因其驱动电路简单、电压利用率高等优势受到了人们的关注。但推挽式开关电源对开关器件的耐压要求较高，故其通常应用于小电压大电流输入，高电压输出的场合，因此对PCB布局、场效应管散热及场效应管的耐流等指标也提出了较高的要求，而且，一些传统的推挽式开关电源往往采用专用芯片，难以通过复杂的算法，提高其性能。同时，传统的推挽式开关电源没有在控制回路和主电路间进行隔离，极易产生干扰，损坏装置。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供了一种隔离型推挽式DC-DC升压装置，输出电压稳定，可靠性高，十分适用于太阳能发电、车载逆变器等低压输入，高压输出的场合。

本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案是：

一种隔离型推挽式DC-DC升压装置包括用于驱动场效应管的隔离驱动电路、用于通过高频变压器和场效应管实现直-交-直升压变换的推挽电路、用于采集输出电压的隔离采样电路和用于给隔离采样电路供电的辅助电源，所述隔离驱动电路与所述推挽电路连接，所述推挽电路分别与所述辅助电源、隔离采样电路连接，所述辅助电源与所述隔离采样电路连接。

进一步，所述隔离驱动电路共有两个，仅输入、输出信号不同，结构完全相同，各控制两个场效应管，所述隔离驱动电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、信号输入接口和隔离驱动芯片；

所述第一电阻的一端与所述信号输入接口的其中一个PWM口连接，另一端与所述隔离驱动芯片的2脚连接，所述第二电阻的一端、第一电容的一端与所述隔离驱动芯片的5脚连接，所述第一电容的另一端与所述隔离驱动芯片的8脚连接，所述第二电阻的另一端与所述隔离驱动芯片的6脚、7脚连接，且输出一路信号，控制两个场效应管。

再进一步，所述推挽电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、电池、保险丝、高频变压器、第一电感和高压电源输出接口；

所述第三电阻的一端、第一二极管的阴极、第七电阻的一端、第三二极管的阴极与所述一路隔离驱动电路的输出端连接，所述第一二极管的阳极、第三电阻的另一端、第四电阻的一端与所述第一场效应管的栅极连接，所述第一场效应管的漏极、第十一电阻的一端、第十三电阻的一端、第三场效应管的漏极与所述高频变压器的1脚连接，所述第四电阻的另一端、第六电阻的一端、第一场效应管的源极、第二场效应管的源极、第二电容的一端、第三电容的一端、第四电容的一端、第五电容的一端、第三场效应管的源极、第四场效应管的源极、第八电阻的一端、第十电阻的一端与所述电池的负极连接，所述第五电阻的一端、第二二极管的阴极、第九电阻的一端、第四二极管的阴极与所述另一路隔离驱动电路的输出端连接，所述第二二极管的阳极、第五电阻的另一端、第六电阻的另一端与所述第二场效应管的栅极连接，所述第二场效应管的漏极、第十二电阻的一端、第十四电阻的一端、第四场效应管的漏极与所述高频变压器的3脚连接，所述第十一电阻的另一端与所述第二电容的另一端连接，所述第十二电阻的另一端与所述第三电容的另一端连接，所述第十三电阻的另一端与所述第四电容的另一端连接，所述第十四电阻的另一端与所述第五电容的另一端连接，所述第三场效应管的栅极、第三二极管的阳极、第七电阻的另一端与所述第八电阻的另一端连接，所述第四场效应管的栅极、第四二极管的阳极、第九电阻的另一端与所述第十电阻的另一端连接，所述电池的正极与所述保险丝的一端连接，所述保险丝的另一端与所述高频变压器的2脚连接，所述高频变压器的4脚、第六二极管的阳极与所述第八二极管的阴极连接，所述高频变压器的5脚、第五二极管的阳极与所述第七二极管的阴极连接，所述第五二极管的阴极、第六二极管的阴极与所述第一电感的一端连接，所述第一电感的另一端、第六电容的正极与所述高压电源输出接口的1脚连接，所述第七二极管的阳极、第八二极管的阳极、第六电容的负极与所述高压电源输出接口的2脚连接，所述高频变压器的6脚，第九二极管的阳极与所述第十一二极管的阴极连接，所述高频变压器的7脚、第十二极管的阳极与所述第十二二极管的阴极连接。

再进一步，所述辅助电源包括第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第二电感、第十三二极管、第十五电阻、第十六电阻、第一稳压芯片和第二稳压芯片；

所述推挽电路的第九二极管的阴极、第十二极管的阴极、第七电容的正极与所述辅助电源的第八电容的正极、第二电感的一端、第九电容的一端、第一稳压芯片的2脚、4脚连接，所述第十一二极管的阳极、第十二二极管的阳极、第七电容的负极与所述辅助电源的第八电容的负极、第九电容的另一端、第一稳压芯片的1脚、第十六电阻的一端、第十电容的负极、第十一电容的一端、第二稳压芯片的2脚、第十二电容的负极连接；

所述第二电感的另一端、第十三二极管的阳极与所述第一稳压芯片的3脚连接，所述第十三二极管的阴极、第十电容的正极、第十一电容的另一端、第二稳压芯片的1脚与所述第十五电阻的p脚和b脚连接，所述第一稳压芯片的5脚、第十五电阻的a脚与所述第十六电阻的另一端连接,所述第二稳压芯片的3脚与所述第十二电容的正极连接。

更进一步，所述隔离采样电路包括第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第十三电容、第十四电容、第十四二极管、第十五二极管、第一运放芯片、第二运放芯片、线性光耦、微处理器电源输入接口和采样输出接口；

所述第十七电阻的一端与所述高压电源输出接口的1脚连接，所述第十七电阻的另一端、第十八电阻的一端与所述第十九电阻的一端连接，所述第十八电阻的另一端、第二十电阻的一端与所述高压电源输出接口的2脚连接，所述第十九电阻的另一端与所述第一运放芯片的3脚连接，所述第一运放芯片的1脚、第十三电容的一端与所述线性光耦的1脚连接，所述第十三电容的另一端、线性光耦的7脚、第二十一电阻的一端与所述第一运放芯片的2脚连接，所述第二十一电阻的另一端、第二十电阻的另一端与所述第一运放芯片的4脚连接，所述线性光耦的2脚与3脚连接，所述线性光耦的4脚与所述第二十二电阻的一端连接，所述线性光耦的5脚、第二十三电阻的一端与所述第二运放芯片的5脚连接，所述第二运放芯片的6脚、7脚与所述第二十四电阻的一端连接，所述第二十四电阻的另一端、第十四二极管的阳极、第十五二极管的阴极、第十四电容的一端与所述采样输出接口的1脚连接，所述第十四电容的另一端与所述采样输出接口的2 脚连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过采用隔离型推挽式DC-DC升压电路提高了电压利用率和转换效率；采用两个场效应管并联的方式进行分流，减小了对场效应管耐流和散热的要求，提高了***的功率等级；采用普通光耦进行隔离驱动，采用线性光耦进行隔离采样，实现了主电路和控制电路间无直接的电气联系，极大地提高了***的可靠性；设计了与微处理器相连的信号输入口及采样输出口，提高了***的数字化程度，微处理器也可以采用有效的算法提高***性能；本实用新型输出电压稳定，可靠性高，十分适用于太阳能发电、车载逆变器等低压输入，高压输出的场合。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构图。

图2是本实用新型的隔离驱动电路的电路图。

图3是本实用新型的推挽电路的电路图。

图4是本实用新型的辅助电源的电路图。

图5是本实用新型的隔离采样电路的电路图。

图6是本实用新型的驱动时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，一种隔离型推挽式DC-DC升压装置包括用于驱动场效应管的隔离驱动电路、用于通过高频变压器和场效应管实现直-交- 直升压变换的推挽电路、用于采集输出电压的隔离采样电路和用于给隔离采样电路供电的辅助电源，所述隔离驱动电路与所述推挽电路连接，所述推挽电路分别与所述辅助电源、隔离采样电路连接，所述辅助电源与所述隔离采样电路连接。

如图2所示，所述隔离驱动电路：第一电阻R1的一端与信号输入接口P1的其中一个PWM口连接，另一端与隔离驱动芯片U1的2脚连接，隔离驱动芯片的3脚通过信号输入接口P1的3脚连接至微处理器的地，第二电阻R2的一端、第一电容C1的一端与隔离驱动芯片U1 的5脚连接，且连接至电池的负极，第一电容C1的另一端与隔离驱动芯片U1的8脚连接，且连接至电池的+12V正极，第二电阻R2的另一端与隔离驱动芯片U1的6脚、7脚连接，且输出一路信号，控制两个场效应管,隔离驱动电路在电路中共设置两个，仅输入、输出信号和控制对象不同，结构完全相同，各控制两个场效应管。

如图3所示，所述推挽电路：第三电阻R3的一端、第一二极管 D1的阴极、第七电阻R7的一端、第三二极管D3的阴极与一路隔离驱动电路的输出端连接，第一二极管D1的阳极、第三电阻R3的另一端、第四电阻R4的一端与第一场效应管Q1的栅极连接，第一场效应管Q1的漏极、第十一电阻R11的一端、第十三电阻R13的一端、第三场效应管Q3的漏极与高频变压器T1的1脚连接，第四电阻R4的另一端、第六电阻R6的一端、第一场效应管Q1的源极、第二场效应管Q2的源极、第二电容C2的一端、第三电容C3的一端、第四电容C4的一端、第五电容C5的一端、第三场效应管Q3的源极、第四场效应管Q4的源极、第八电阻R8的一端、第十电阻R10的一端与电池BT1的负极连接，第五电阻R5的一端、第二二极管D2的阴极、第九电阻R9的一端、第四二极管D4的阴极与另一路隔离驱动电路的输出端连接，第二二极管 D2的阳极、第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端与第二场效应管Q2的栅极连接，第二场效应管Q2的漏极、第十二电阻R12的一端、第十四电阻R14的一端、第四场效应管Q4的漏极与高频变压器 T1的3脚连接，第十一电阻R11的另一端与第二电容C2的另一端连接，第十二电阻R12的另一端与第三电容C3的另一端连接，第十三电阻R13的另一端与第四电容C4的另一端连接，第十四电阻R14的另一端与第五电容C5的另一端连接，第三场效应管Q3的栅极、第三二极管D3的阳极、第七电阻R7的另一端与第八电阻R8的另一端连接，第四场效应管Q4的栅极、第四二极管D4的阳极、第九电阻R9的另一端与第十电阻R10的另一端连接，电池BT1的正极与保险丝F1的一端连接，保险丝F1的另一端与高频变压器T1的2脚连接，高频变压器T1 的4脚、第六二极管D6的阳极与第八二极管D8的阴极连接，高频变压器T1的5脚、第五二极管D5的阳极与第七二极管D7的阴极连接，第五二极管D5的阴极、第六二极管D6的阴极与第一电感L1的一端连接，第一电感L1的另一端、第六电容C6的正极与高压电源输出接口 P3的1脚连接，第七二极管D7的阳极、第八二极管D8的阳极、第六电容C6的负极与高压电源输出接口P3的2脚连接，高频变压器T1 的6脚，第九二极管D9的阳极与第十一二极管D11的阴极连接，高频变压器T1的7脚、第十二极管D10的阳极与第十二二极管D12的阴极连接，第九二极管D9的阴极、第十二极管D10的阴极、第七电容C7 的正极与辅助电源的第八电容C8的正极、第二电感L2的一端、第九电容C9的一端、第一稳压芯片U2的2脚、4脚连接，第十一二极管 D11的阳极、第十二二极管D12的阳极、第七电容C7的负极与辅助电源的第八电容C8的负极、第九电容C9的另一端、第一稳压芯片U2 的1脚、第十六电阻R16的一端、第十电容C10的负极、第十一电容 C11的一端、第二稳压芯片U3的2脚、第十二电容C12的负极连接。

如图4所示，所述辅助电源：第二电感L2的另一端、第十三二极管D13的阳极与第一稳压芯片U2的3脚连接，第十三二极管D13的阴极、第十电容C10的正极、第十一电容C11的另一端、第二稳压芯片 U3的1脚与第十五电阻R15的p脚和b脚连接，第一稳压芯片U2的5 脚、第十五电阻R15的a脚与第十六电阻R16的另一端连接,第二稳压芯片U3的3脚与第十二电容C12的正极连接,且输出+5V电源。

如图5所示，所述隔离采样电路：第十七电阻R17的一端与高压电源输出接口P3的1脚连接，第十七电阻R17的另一端、第十八电阻 R18的一端与第十九电阻R19的一端连接，第十八电阻R18的另一端、第二十电阻R20的一端与高压电源输出接口P3的2脚连接，第十九电阻R19的另一端与第一运放芯片U4的3脚连接，第一运放芯片U4的 1脚、第十三电容C13的一端与线性光耦U5的1脚连接，第十三电容 C13的另一端、线性光耦U5的7脚、第二十一电阻R21的一端与第一运放芯片U4的2脚连接，第二十一电阻R21的另一端、第二十电阻 R20的另一端与第一运放芯片U4的4脚连接，且连接至辅助电源的地，第一运放芯片U4的8脚连接至辅助电源+5V输出，线性光耦U5的2 脚与3脚连接，线性光耦U5的4脚与第二十二电阻R22的一端连接，第二十二电阻R22的另一端连接至辅助电源的地，线性光耦U5的5 脚、第二十三电阻R23的一端与第二运放芯片U6的5脚连接，第二十三电阻R23的另一端通过微处理器电源输入接口的2脚连接至微处理器的地，线性光耦U5的6脚通过微处理器电源输入接口的1脚连接至微处理器的+5V电源，线性光耦U5的8脚连接至辅助电源+5V输出，第二运放芯片U6的4脚通过微处理器电源输入接口的2脚连接至微处理器的地，第二运放芯片U6的8脚通过微处理器电源输入接口的1 脚连接至微处理器的+5V电源，第二运放芯片U6的6脚、7脚与第二十四电阻R24的一端连接，第二十四电阻R24的另一端、第十四二极管D14的阳极、第十五二极管D15的阴极、第十四电容C14的一端与采样输出接口P4的1脚连接，第十四电容C14的另一端与采样输出接口P4的2脚连接。

如图6所示，所述驱动时序图：本实用新型共有四个场效应管，两两并联且并联的两个场效应管的控制信号相同，故本实用新型只需两路控制信号。如图两个控制信号的相位相差180°，占空比相同且最大都不超过0.5，并带有死区控制，防止电路短路。

本实用新型的工作过程如下：微处理器输出2路PWM信号，经隔离驱动电路隔离放大后，控制场效应管交替导通，将输入的直流电转变为高频交流电，并通过高频变压器升压后，输出两路隔离的交流电，其中一路经整流滤波后输出高压直流，另一路则在整流滤波后由 XL6009和78L05稳压芯片输出稳定的+5V电源给隔离采样电路供电。隔离采样电路通过电阻分压采集输出的高压直流，并通过积分运算电路滤除杂波，又采用线性光耦，实现了控制电路和主电路间的隔离，提高了可靠性，后级采用电压跟随器，防止前后级干扰，微处理器接收采样信号，并与预设值相比较，通过PI算法，改变PWM占空比，使输出达到用户要求。

Claims (5)

1.一种隔离型推挽式DC-DC升压装置，其特征在于：包括用于驱动场效应管的隔离驱动电路、用于通过高频变压器和场效应管实现直-交-直升压变换的推挽电路、用于采集输出电压的隔离采样电路和用于给隔离采样电路供电的辅助电源，所述隔离驱动电路与所述推挽电路连接，所述推挽电路分别与所述辅助电源、隔离采样电路连接，所述辅助电源与所述隔离采样电路连接。

2.如权利要求1所述的一种隔离型推挽式DC-DC升压装置，其特征在于：所述隔离驱动电路共有两个，仅输入、输出信号不同，结构完全相同，各控制两个场效应管，所述隔离驱动电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、信号输入接口和隔离驱动芯片；

所述第一电阻的一端与所述信号输入接口的其中一个PWM口连接，另一端与所述隔离驱动芯片的2脚连接，所述第二电阻的一端、第一电容的一端与所述隔离驱动芯片的5脚连接，所述第一电容的另一端与所述隔离驱动芯片的8脚连接，所述第二电阻的另一端与所述隔离驱动芯片的6脚、7脚连接，且输出一路信号，控制两个场效应管。

3.如权利要求2所述的一种隔离型推挽式DC-DC升压装置，其特征在于：所述推挽电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十一二极管、第十二二极管、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、电池、保险丝、高频变压器、第一电感和高压电源输出接口；

所述第三电阻的一端、第一二极管的阴极、第七电阻的一端、第三二极管的阴极与一路隔离驱动电路的输出端连接，所述第一二极管的阳极、第三电阻的另一端、第四电阻的一端与所述第一场效应管的栅极连接，所述第一场效应管的漏极、第十一电阻的一端、第十三电阻的一端、第三场效应管的漏极与所述高频变压器的1脚连接，所述第四电阻的另一端、第六电阻的一端、第一场效应管的源极、第二场效应管的源极、第二电容的一端、第三电容的一端、第四电容的一端、第五电容的一端、第三场效应管的源极、第四场效应管的源极、第八电阻的一端、第十电阻的一端与所述电池的负极连接，所述第五电阻的一端、第二二极管的阴极、第九电阻的一端、第四二极管的阴极与另一路隔离驱动电路的输出端连接，所述第二二极管的阳极、第五电阻的另一端、第六电阻的另一端与所述第二场效应管的栅极连接，所述第二场效应管的漏极、第十二电阻的一端、第十四电阻的一端、第四场效应管的漏极与所述高频变压器的3脚连接，所述第十一电阻的另一端与所述第二电容的另一端连接，所述第十二电阻的另一端与所述第三电容的另一端连接，所述第十三电阻的另一端与所述第四电容的另一端连接，所述第十四电阻的另一端与所述第五电容的另一端连接，所述第三场效应管的栅极、第三二极管的阳极、第七电阻的另一端与所述第八电阻的另一端连接，所述第四场效应管的栅极、第四二极管的阳极、第九电阻的另一端与所述第十电阻的另一端连接，所述电池的正极与所述保险丝的一端连接，所述保险丝的另一端与所述高频变压器的2脚连接，所述高频变压器的4脚、第六二极管的阳极与所述第八二极管的阴极连接，所述高频变压器的5脚、第五二极管的阳极与所述第七二极管的阴极连接，所述第五二极管的阴极、第六二极管的阴极与所述第一电感的一端连接，所述第一电感的另一端、第六电容的正极与所述高压电源输出接口的1脚连接，所述第七二极管的阳极、第八二极管的阳极、第六电容的负极与所述高压电源输出接口的2脚连接，所述高频变压器的6脚，第九二极管的阳极与所述第十一二极管的阴极连接，所述高频变压器的7脚、第十二极管的阳极与所述第十二二极管的阴极连接。

4.如权利要求3所述的一种隔离型推挽式DC-DC升压装置，其特征在于：所述辅助电源包括第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第二电感、第十三二极管、第十五电阻、第十六电阻、第一稳压芯片和第二稳压芯片；

所述推挽电路的第九二极管的阴极、第十二极管的阴极、第七电容的正极与所述辅助电源的第八电容的正极、第二电感的一端、第九电容的一端、第一稳压芯片的2脚、4脚连接，所述第十一二极管的阳极、第十二二极管的阳极、第七电容的负极与所述辅助电源的第八电容的负极、第九电容的另一端、第一稳压芯片的1脚、第十六电阻的一端、第十电容的负极、第十一电容的一端、第二稳压芯片的2脚、第十二电容的负极连接；

所述第二电感的另一端、第十三二极管的阳极与所述第一稳压芯片的3脚连接，所述第十三二极管的阴极、第十电容的正极、第十一电容的另一端、第二稳压芯片的1脚与所述第十五电阻的p脚和b脚连接，所述第一稳压芯片的5脚、第十五电阻的a脚与所述第十六电阻的另一端连接,所述第二稳压芯片的3脚与所述第十二电容的正极连接。

5.如权利要求4所述的一种隔离型推挽式DC-DC升压装置，其特征在于：所述隔离采样电路包括第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第十三电容、第十四电容、第十四二极管、第十五二极管、第一运放芯片、第二运放芯片、线性光耦、微处理器电源输入接口和采样输出接口；

所述第十七电阻的一端与所述高压电源输出接口的1脚连接，所述第十七电阻的另一端、第十八电阻的一端与所述第十九电阻的一端连接，所述第十八电阻的另一端、第二十电阻的一端与所述高压电源输出接口的2脚连接，所述第十九电阻的另一端与所述第一运放芯片的3脚连接，所述第一运放芯片的1脚、第十三电容的一端与所述线性光耦的1脚连接，所述第十三电容的另一端、线性光耦的7脚、第二十一电阻的一端与所述第一运放芯片的2脚连接，所述第二十一电阻的另一端、第二十电阻的另一端与所述第一运放芯片的4脚连接，所述线性光耦的2脚与3脚连接，所述线性光耦的4脚与所述第二十二电阻的一端连接，所述线性光耦的5脚、第二十三电阻的一端与所述第二运放芯片的5脚连接，所述第二运放芯片的6脚、7脚与所述第二十四电阻的一端连接，所述第二十四电阻的另一端、第十四二极管的阳极、第十五二极管的阴极、第十四电容的一端与所述采样输出接口的1脚连接，所述第十四电容的另一端与所述采样输出接口的2 脚连接。

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