CN216981796U

CN216981796U - 一种改进型大功率高可靠性dc-dc隔离升压电路

Info

Publication number: CN216981796U
Application number: CN202220261567.4U
Authority: CN
Inventors: 喻定海; 王梁; 马雷明
Original assignee: Shenzhen Create Science Tech Development Co ltd
Current assignee: Shenzhen Create Science Tech Development Co ltd
Priority date: 2022-02-09
Filing date: 2022-02-09
Publication date: 2022-07-15
Anticipated expiration: 2032-02-09

Abstract

本实用新型涉及一种改进型大功率高可靠性DC‑DC隔离升压电路，包括功率转换电路和PWM脉冲信号控制电路，功率转换电路包括依次电性连接的全桥逆变电路、多个高频变压器、多个桥式整流电路和滤波输出电路，多个高频变压器的原边线圈N1通过两个隔直电容C3、C4并联于所述全桥逆变电路的输出端，每个高频变压器的次边线圈N2对应连接至一个桥式整流电路；并联的两个隔直电容C3、C4能够消除变压器一侧电压波形中的直流成分，在一定程度上使高频变压器的偏磁受到抑制；三个桥式整流电路串联后在经滤波输出电路提供稳定平滑的直流电输出，每个桥式整流电路的二极管电压峰值降为传统大功率DC‑DC隔离升压电路的1/3，减小了整流管的电压应力，提高了电路可靠性。

Description

一种改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路

技术领域

本实用新型涉及DC-DC隔离升压技术领域，具体涉及一种改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路。

背景技术

开关电源作为高效节能电源，代表着稳压电源的发展方向，且现已成为稳压电源的主流产品。DC-DC隔离升压电路是开关电源其中的一种代表性电路，由于开关管工作在高频开关状态时，其等效电阻很小，流过大电流时，消耗在调整管上的能量很小，故电源效率高，利用高频链逆变技术的DC-DC隔离升压电路体积小、重量轻、可靠性高，该技术是实现高功率密度、高变换效率、高可靠性、大功率、优良性能的DC-DC变换的合理方案。

目前，具有高频变压器隔离的DC-DC变换技术在拓扑结构中较为常见的是全桥变换器，传统大功率DC-DC隔离升压电路拓扑结构如图1所示，全桥变换器中的Q1、Q3和Q2、Q4交替导通，若Q1、Q3的占空比略大于Q2、Q4的占空比，Q1、Q3导通时变压器原边绕组左正右负，Q2、Q4导通时变压器原边绕组右正左负，由于Q1、Q3的导通时间比Q2、Q4的导通时间长，导致高频隔离变压器T1、T2、T3偏磁。出现变压器磁心工作滞回线偏离中心零点，正反向脉冲过程中磁工作状态不对称的现象，偏磁的存在会降低效率，甚至励磁电流大到将变压器烧毁，严重影响DC-DC隔离升压电路的工作可靠性。高频隔离变压器T1、T2、T3的次边绕组N2只有1组桥式整流电路，当DC-DC隔离升压电路的直流输出端电压比较高时，整流二极管所需承受的尖峰电压比较高，有过压击穿整流二极管的风险，严重影响DC-DC隔离升压电路的工作可靠性。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种性能稳定、结构简单的改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路。

一种改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路，包括功率转换电路和PWM脉冲信号控制电路，所述功率转换电路包括依次电性连接的全桥逆变电路、多个高频变压器、多个桥式整流电路和滤波输出电路，每个所述高频变压器包括原边线圈N1和次边线圈N2，多个所述高频变压器的原边线圈N1通过两个隔直电容C3、C4并联于所述全桥逆变电路的输出端，每个所述高频变压器的次边线圈N2对应连接至一个所述桥式整流电路；所述PWM脉冲信号控制电路用于控制所述全桥逆变电路的各个开关管的通断时长。

进一步地，所述功率转换电路还包括直流输入端、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2和直流输出端，所述第一滤波电容C1、所述第二滤波电容C2和所述全桥逆变电路并联至所述直流输入端。

进一步地，所述全桥逆变电路包括互相并联的逆变左桥臂和逆变右桥臂，所述逆变左桥臂包括串联的第一开关管Q1和第四开关管Q4，所述逆变右桥臂包括串联的第二开关管Q2和第三开关管Q3；所述第一开关管Q1的漏极连接至直流输入端的正极DC+，所述第一开关管Q1的源极连接至所述第四开关管Q4的漏极，所述第四开关管Q4的源极连接至直流输入端的负极DC-；所述第二开关管Q2的漏极连接至直流输入端的正极DC+，所述第二开关管Q2的源极连接至所述第三开关管Q3的漏极，所述第三开关管Q3的源极连接至直流输入端的负极DC-。

进一步地，所述原边线圈N1的两端分别为1脚和2脚，所述次边线圈N2的两端分别为3脚和4脚，所述原边线圈N1的1脚和所述次边线圈N2的4脚为同名端。

进一步地，多个所述高频变压器的1脚并联至所述逆变左桥臂的中点；两个隔直电容C3、C4包括第一隔直电容C3和第二隔直电容C4，所述第一隔直电容C3与所述第二隔直电容C4并联后，一端连接至所述逆变右桥臂的中点；多个所述高频变压器的2脚并联至所述第一隔直电容C3和所述第二隔直电容C4的另一端。

进一步地，每个所述桥式整流电路分别包括互相并联的整流左桥臂和整流右桥臂，所述整流左桥臂和所述整流右桥臂分别包括两个串联的二极管，所述高频变压器的次边线圈N2的两端的3脚和4脚分别连接至所述整流左桥臂和所述整流右桥臂的中点。

进一步地，多个所述桥式整流电路串联后，电性连接至所述滤波输出电路的输入端，所述滤波输出电路包括第一电感L1、第一滤波电容C5和第二滤波电容C6，第一滤波电容C5和第二滤波电容C6并联后与所述第一电感L1串联，所述第一电感L1与第一滤波电容C5、第二滤波电容C6的中点为至所述直流输出端。

进一步地，所述PWM脉冲信号控制电路包括依次电性连接的采样比较电路、PWM控制电路、驱动电路和隔离驱动变压器组，所述采样比较电路的第一输入端连接至所述直流输出端，所述采样比较电路的第二输入端连接至基准电压电路。

进一步地，所述驱动电路包括两个PWM脉冲驱动信号输出端，两个所述PWM脉冲驱动信号输出端输出一对互补的PWM脉冲驱动信号。

进一步地，所述隔离驱动变压器组包括第一隔离驱动变压器T4和第二隔离驱动变压器T5，两个所述PWM脉冲驱动信号输出端连接至所述第一隔离驱动变压器T4和所述第二隔离驱动变压器T5的原边绕组，所述第一隔离驱动变压器T4的次边绕组连接至第一开关管Q1和第四开关管Q4的栅极，所述第二隔离驱动变压器T5的次边绕组连接至第二开关管Q2和第三开关管Q3的栅极。

上述改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路中，增加了两个隔直电容C3、C4，并联的两个隔直电容C3、C4串联在所述全桥逆变电路的逆变右桥臂的中点与并联的第一高频变压器T1、第二高频变压器T2和第三高频变压器T3的原边绕组N1的2脚之间，并联的两个隔直电容C3、C4能够消除变压器一侧电压波形中的直流成分，当单向伏秒积增大时，产生的直流成分会被隔直电容抑制，在一定程度上使高频变压器的偏磁受到抑制。三个高频变压器T1、T2、T3的次边绕组N2分别连接一个桥式整流电路，三个桥式整流电路串联后在经滤波输出电路提供稳定平滑的直流电输出，每个桥式整流电路的二极管电压峰值降为传统大功率DC-DC隔离升压电路的1/3，减小了整流管的电压应力，提高了电路可靠性。本实用新型的产品结构简单，易于生产，成本低廉，便于推广。

附图说明

图1是传统大功率DC-DC隔离升压电路的原理框图。

图2是本实用新型实施例改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路的原理框图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明。

请参阅图2，示出本实用新型的实施例提供的一种改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路100，包括功率转换电路和PWM脉冲信号控制电路，所述功率转换电路包括依次电性连接的全桥逆变电路、多个高频变压器、多个桥式整流电路和滤波输出电路，每个所述高频变压器包括原边线圈N1和次边线圈N2，多个所述高频变压器的原边线圈N1通过两个隔直电容C3、C4并联于所述全桥逆变电路的输出端，每个所述高频变压器的次边线圈N2对应连接至一个所述桥式整流电路；所述PWM脉冲信号控制电路用于控制所述全桥逆变电路的各个开关管的通断时长。

进一步地，多个所述高频变压器的1脚并联至所述逆变左桥臂的中点；两个隔直电容C3、C4包括第一隔直电容C3和第二隔直电容C4，所述第一隔直电容C3与所述第二隔直电容C4并联后，一端连接至所述逆变右桥臂的中点；多个所述高频变压器的2脚并联至所述第一隔直电容C3和所述第二隔直电容C4的另一端。每个所述桥式整流电路分别包括互相并联的整流左桥臂和整流右桥臂，所述整流左桥臂和所述整流右桥臂分别包括两个串联的二极管，所述高频变压器的次边线圈N2的两端的3脚和4脚分别连接至所述整流左桥臂和所述整流右桥臂的中点。

具体地，在本实施例中，多个高频变压器包括第一高频变压器T1、第二高频变压器T2和第三高频变压器T3，所述第一高频变压器T1、所述第二高频变压器T2和所述第三高频变压器T3的原边绕组N1并联至所述全桥逆变电路的输出端。其中，所述第一高频变压器T1、所述第二高频变压器T2和所述第三高频变压器T3的1脚并联后连接至所述逆变左桥臂的中点，所述第一高频变压器T1、所述第二高频变压器T2和所述第三高频变压器T3的2脚并联后通过并联的所述第一隔直电容C3和所述第二隔直电容C4连接至所述逆变右桥臂的中点。

在本实施例中，多个所述桥式整流电路包括第一桥式整流电路、第二桥式整流电路和第三桥式整流电路，所述第一桥式整流电路、所述第二桥式整流电路和所述第三桥式整流电路分别包括4个桥式连接的二极管，所述第一桥式整流电路、所述第二桥式整流电路和所述第三桥式整流电路串联连接。

其中，所述第一桥式整流电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，所述第一二极管D1和所述第二二极管D2串联组成第一桥式整流电路的第一整流左桥臂，所述第三二极管D3和所述第四二极管D4串联组成第一桥式整流电路的第一整流右桥臂。

所述第二桥式整流电路包括第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7和第八二极管D8，所述第五二极管D5和所述第六二极管D6串联组成第二桥式整流电路的第二整流左桥臂，所述第七二极管D7和所述第八二极管D8串联组成第二桥式整流电路的第二整流右桥臂。

所述第三桥式整流电路包括第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11和第十二二极管D12，所述第九二极管D9和所述第十二极管D10串联组成第三桥式整流电路的第三整流左桥臂，所述第十一二极管D11和所述第十二二极管D12串联组成第三桥式整流电路的第三整流右桥臂。

在本实施例中，每个所述高频变压器的次边绕组N2分别对应连接至一个所述桥式整流电路。

其中，所述第一高频变压器T1的次边绕组N2的3脚和4脚分别连接至所述第一桥式整流电路的第一整流左桥臂和第一整流右桥臂的中点。

所述第二高频变压器T2的次边绕组N2的3脚和4脚分别连接至所述第二桥式整流电路的第二整流左桥臂和第二整流右桥臂的中点。

所述第三高频变压器T3的次边绕组N2的3脚和4脚分别连接至所述第三桥式整流电路的第三整流左桥臂和第三整流右桥臂的中点。

具体地，所述滤波输出电路采用LC滤波电路。

进一步地，所述PWM脉冲信号控制电路包括依次电性连接的采样比较电路、PWM控制电路、驱动电路和隔离驱动变压器组，所述采样比较电路的第一输入端连接至所述直流输出端，所述采样比较电路的第二输入端连接至基准电压电路。所述驱动电路包括两个PWM脉冲驱动信号输出端，两个所述PWM脉冲驱动信号输出端输出一对互补的PWM脉冲驱动信号。

具体地，所述基准电压电路采用TL431构成的一个2.5V基准源，使参考电压稳定性更好。所述采样比较电路的输出端连接至所述PWM控制电路，所述PWM控制电路产生两个互补的PWM驱动信号PWM1和PWM2，当PWM1为低电平时，PWM2为高电平，当PWM1为高电平时，PWM2为低电平，且两路PWM信号带有一定的死区时间，避免电源直通。

具体地，所述PWM脉冲信号控制电路的两路互补的PWM驱动信号PWM1、PWM2送到第一隔离驱动变压器T4和第二隔离驱动变压器T5的输入端。当PWM1为高电平时（此时PWM2为低电平）第一开关管Q1和第三开关管Q3工作，DC+由第一开关管Q1到第一高频变压器T1、第二高频变压器T2和第三高频变压器T3的原边绕组N1的1脚，再经第一高频变压器T1、第二高频变压器T2和第三高频变压器T3的原边绕组N1的2脚到隔直电容C3、C4的2脚，再经隔直电容C3、C4的1脚到第三开关管Q3再到DC-；当PWM2为高电平时（此时PWM1为低电平）第二开关管Q2和第四开关管Q4工作，DC+由第二开关管Q2到隔直电容C3、C4的1脚，再经隔直电容C3、C4的2脚到第一高频变压器T1、第二高频变压器T2和第三高频变压器T3的原边绕组N1的2脚，再经第一高频变压器T1、第二高频变压器T2和第三高频变压器T3的原边绕组N1的1脚到第四开关管Q4再到DC-。由于PWM1和PWM2连续工作，第一高频变压器T1、第二高频变压器T2和第三高频变压器T3的原边绕组N1在1脚和2脚之间产生交变的方波电，也就是通称的交流电，第一高频变压器T1、第二高频变压器T2和第三高频变压器T3的次边绕组N2再通过多个桥式整流电路和滤波输出电路就得到直流输出电压BUS.V。输出的BUS.V直流信号和标准的REF参考电压信号送到比较器U1，U1比较的结果送给PWM模块，来调整PWM1和PWM2的占空比，从而实现直流输出稳压的功能。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路，其特征在于，包括功率转换电路和PWM脉冲信号控制电路，所述功率转换电路包括依次电性连接的全桥逆变电路、多个高频变压器、多个桥式整流电路和滤波输出电路，每个所述高频变压器包括原边线圈N1和次边线圈N2，多个所述高频变压器的原边线圈N1通过两个隔直电容C3、C4并联于所述全桥逆变电路的输出端，每个所述高频变压器的次边线圈N2对应连接至一个所述桥式整流电路；所述PWM脉冲信号控制电路用于控制所述全桥逆变电路的各个开关管的通断时长。

2.如权利要求1所述的改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路，其特征在于，所述功率转换电路还包括直流输入端、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2和直流输出端，所述第一滤波电容C1、所述第二滤波电容C2和所述全桥逆变电路并联至所述直流输入端。

3.如权利要求2所述的改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路，其特征在于，所述全桥逆变电路包括互相并联的逆变左桥臂和逆变右桥臂，所述逆变左桥臂包括串联的第一开关管Q1和第四开关管Q4，所述逆变右桥臂包括串联的第二开关管Q2和第三开关管Q3；所述第一开关管Q1的漏极连接至直流输入端的正极DC+，所述第一开关管Q1的源极连接至所述第四开关管Q4的漏极，所述第四开关管Q4的源极连接至直流输入端的负极DC-；所述第二开关管Q2的漏极连接至直流输入端的正极DC+，所述第二开关管Q2的源极连接至所述第三开关管Q3的漏极，所述第三开关管Q3的源极连接至直流输入端的负极DC-。

4.如权利要求3所述的改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路，其特征在于，所述原边线圈N1的两端分别为1脚和2脚，所述次边线圈N2的两端分别为3脚和4脚，所述原边线圈N1的1脚和所述次边线圈N2的4脚为同名端。

5.如权利要求4所述的改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路，其特征在于，多个所述高频变压器的1脚并联至所述逆变左桥臂的中点；两个隔直电容C3、C4包括第一隔直电容C3和第二隔直电容C4，所述第一隔直电容C3与所述第二隔直电容C4并联后，一端连接至所述逆变右桥臂的中点；多个所述高频变压器的2脚并联至所述第一隔直电容C3和所述第二隔直电容C4的另一端。

6.如权利要求4所述的改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路，其特征在于，每个所述桥式整流电路分别包括互相并联的整流左桥臂和整流右桥臂，所述整流左桥臂和所述整流右桥臂分别包括两个串联的二极管，所述高频变压器的次边线圈N2的两端的3脚和4脚分别连接至所述整流左桥臂和所述整流右桥臂的中点。

7.如权利要求6所述的改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路，其特征在于，多个所述桥式整流电路串联后，电性连接至所述滤波输出电路的输入端，所述滤波输出电路包括第一电感L1、第一滤波电容C5和第二滤波电容C6，第一滤波电容C5和第二滤波电容C6并联后与所述第一电感L1串联，所述第一电感L1与第一滤波电容C5、第二滤波电容C6的中点为至所述直流输出端。

8.如权利要求7所述的改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路，其特征在于，所述PWM脉冲信号控制电路包括依次电性连接的采样比较电路、PWM控制电路、驱动电路和隔离驱动变压器组，所述采样比较电路的第一输入端连接至所述直流输出端，所述采样比较电路的第二输入端连接至基准电压电路。

9.如权利要求8所述的改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路，其特征在于，所述驱动电路包括两个PWM脉冲驱动信号输出端，两个所述PWM脉冲驱动信号输出端输出一对互补的PWM脉冲驱动信号。

10.如权利要求9所述的改进型大功率高可靠性DC-DC隔离升压电路，其特征在于，所述隔离驱动变压器组包括第一隔离驱动变压器T4和第二隔离驱动变压器T5，两个所述PWM脉冲驱动信号输出端连接至所述第一隔离驱动变压器T4和所述第二隔离驱动变压器T5的原边绕组，所述第一隔离驱动变压器T4的次边绕组连接至第一开关管Q1和第四开关管Q4的栅极，所述第二隔离驱动变压器T5的次边绕组连接至第二开关管Q2和第三开关管Q3的栅极。