CN218733846U - 一种双管反激变换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双管反激变换电路，包括主电路和开关管驱动电路，开关管驱动电路包括PWM控制芯片和正激驱动电路，正激驱动电路包括驱动变压器、驱动开关管、复位二极管和两个驱动信号输出引脚，驱动变压器包括原边绕组、两个副边绕组和复位绕组；驱动变压器原边绕组的同名端接辅助电源正极。驱动变压器原边绕组的异名端通过驱动开关管接地，驱动开关管的控制端接PWM控制芯片的控制信号输出端；复位绕组的同名端接地，异名端接复位二极管的阳极，复位二极管的阴极接辅助电源的正极；驱动变压器两个副边绕组的同名端分别接对应的驱动信号输出引脚。本实用新型可以解决功率管关断不彻底的问题，功率管的温升较低。

Description

一种双管反激变换电路

[技术领域]

本实用新型涉及DC/DC变换电路，尤其涉及一种双管反激变换电路。

[背景技术]

各种电力电子变换器***离不开集成芯片与功率开关，因而需要开关电源为其中的控制电路、驱动电路、调理与采样电路以及传感器等提供+5V、±15V等各种等级的辅助工作电压，辅助开关电源已成为电力电子变换器的重要组成部分。辅助开关电源的输入由电力电子变换器母线电压提供，为了保证电力电子变换器的稳定运行，不论母线电压如何变化，辅助开关电源均要稳定工作，即辅助开关电源应能在高电压和宽输入范围内输出稳定的电压，保证电力电子变换器的正常工作。

大多数高电压宽输入辅助开关电源均采用了单端反激变换器，但单端反激变换器开关管关断时承受的电压等于最大直流输入电压、副边折射电压以及漏感尖峰电压之和，在高输入电压时开关管电压应力很大，导致开关管成本大大增加。

专利号为CN202021667629.9的实用新型公开了一种高电压宽输入双管反激变换器电路，包括原边电路和副边电路，原边电路由第一开关管S1、第二开关管S2、第一复位二极管D1、第二复位二极管D2、高频变压器T1的原边绕组Lm组成，副边电路由高频变压器T1副边绕组Ls、第三复位二极管D3和滤波电容C1组成。该实用新型中双管反激变换器开关管最高电压应力远小于单管反激变换器开关管的电压应力，适用于高电压宽输入场合。

在现有的双管反激电路中，MOS管关断之后变压器会将原边的能量转移到副边。但漏感中的能量却无法转移，故而在变压器内部形成振荡波，即MOS管DS脚电压尖峰波形，而尖峰电压为分布电容与漏感形成的，频率高。

具体过程如下：MOS管关断时，漏感能量流出给结电容充到高点，即MOS管DS脚电压尖峰的顶点上。到最高点后漏感相位翻转，结电容反向放电，这时电流流出，也就是MOS管上负电流部份的产生。所以当变压器二次侧电感电流下降到零时，漏感和结电容产生震荡，导致MOS管关断不彻底，造成功率管损耗大，温度高。

[发明内容]

本实用新型要解决的技术问题是提供一种功率管关断彻底、温升较低的双管反激变换电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种双管反激变换电路，包括主电路和开关管驱动电路，开关管驱动电路包括PWM控制芯片和正激驱动电路，正激驱动电路包括驱动变压器、驱动开关管、复位二极管和两个驱动信号输出引脚，驱动变压器包括原边绕组、两个副边绕组和复位绕组；驱动变压器原边绕组的同名端接辅助电源正极，驱动变压器原边绕组的异名端通过驱动开关管接地，驱动开关管的控制端接PWM控制芯片的控制信号输出端；复位绕组的同名端接地，异名端接复位二极管的阳极，复位二极管的阴极接辅助电源的正极；驱动变压器两个副边绕组的同名端分别接对应的驱动信号输出引脚。

以上所述的双管反激变换电路，主电路包括直流输入端、直流输出端、主变压器、原边电路和副边电路，原边电路包括两个MOS管、第一二极管和第二二极管；副边电路包括第三二极管和输出滤波电容；第一MOS管的漏极接直流输入端的正极，第一MOS管的源极接主变压器原边绕组的异名端，主变压器原边绕组的同名端接第二MOS管的漏极，第二MOS管的源极接直流输入端的负极；第一二极管的阳极接第二MOS管的漏极，阴极接直流输入端的正极；第二二极管的阴极接第二MOS管的源极，阳极接直流输入端的负极；第三二极管的阳极接主变压器副边绕组的同名端，阴极接直流输出端的正极；主变压器副边绕组的异名端接直流输出端的负极，输出滤波电容接在直流输出端正负极之间。

以上所述的双管反激变换电路，包括输出电压采样电路，输出电压采样电路包括电阻分压电路、稳压基准源和光耦；电阻分压电路接在直流输出端的正负极之间，电阻分压电路的电压信号输出端接稳压基准源的参考极；稳压基准源的阳极接直流输出端的负极，稳压基准源的阴极接光耦发光二极管的阴极，光耦发光二极管的阳极通过第一限流电阻接直流输出端的正极；光耦光敏三极管的集电极接PWM控制芯片的输出电压采样信号输入引脚，光耦光敏三极管的发射极接直流输出端的负极。

以上所述的双管反激变换电路，主电路包括尖峰电压吸收电路，尖峰电压吸收电路包括吸收电容、吸收电阻和吸收二极管；吸收二极管的阳极接第二MOS管的漏极，阴极通过吸收电阻接第一MOS管的源极，吸收电容与吸收电阻并接。

以上所述的双管反激变换电路，包括过流保护电路，过流保护电路包括采样电阻、第二限流电阻，第二滤波电容；第二MOS管的源极接采样电阻的第一端，采样电阻的第二端接直流输入端的负极；采样电阻的第一端通过第二限流电阻接PWM控制芯片的电流采样信号输入引脚；第二滤波电容接在PWM控制芯片的电流采样信号输入引脚与直流输入端的负极之间。

以上所述的双管反激变换电路，开关管驱动电路的驱动信号输出引脚通过对应的栅极电阻接主电路对应MOS管的栅极。

本实用新型的双管反激变换电路的开关管驱动电路采用正激驱动电路，可以解决现有技术功率管关断不彻底的问题，功率管的温升较低；还可以通过正激驱动电路的磁复位绕组，将多余的能量输送回辅助电源。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例双管反激变换电路主电路的电路图。

图2是本实用新型实施例正激驱动电路的电路图。

图3是本实用新型实施例输出电压采样电路的电路图。

图4是本实用新型实施例原边电路的电路图。

[具体实施方式]

本实用新型实施例双管反激变换电路的结构如图1至图4所示，包括主电路和开关管驱动电路。

主电路包括直流输入端Vin、直流输出端VOUT、主变压器T、原边电路和副边电路。原边电路包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一二极管D1和第二二极管D2。副边电路包括第三二极管D3和输出滤波电容C1。第一MOS管Q1的漏极接直流输入端Vin的正极Vin+，第一MOS管Q1的源极接主变压器T原边绕组Lp的异名端，主变压器T原边绕组Lp的同名端接第二MOS管Q2的漏极，第二MOS管Q2的源极接直流输入端Vin的负极Vin-。第一二极管D1的阳极接第二MOS管Q2的漏极，阴极接直流输入端Vin的正极Vin+。第二二极管D2的阴极接第二MOS管Q2的源极，阳极接直流输入端Vin的负极Vin-。第三二极管D3的阳极接主变压器T副边绕组Ls的同名端，阴极接直流输出端VOUT的正极VOUT+。主变压器T副边绕组Ls的异名端接直流输出端VOUT的负极VOUT-，输出滤波电容C1接在直流输出端的正极VOUT+与负极VOUT-之间。直流输入端Vin的负极Vin-接原边地GND，直流输出端的负极VOUT-接副边地AGND。

开关管驱动电路包括PWM控制芯片FAN6755UWMY和正激驱动电路，正激驱动电路包括驱动变压器T15、驱动MOS管Q5、复位二极管D4和两个驱动信号输出引脚。如图4所示，第一驱动信号输出引脚通过栅极电阻R3接主电路第一MOS管Q1的栅极，第二驱动信号引脚通过栅极电阻R4接主电路第二MOS管Q2的栅极。驱动变压器T15包括原边绕组T15-A、两个副边绕组T15-B、T15-C和复位绕组T15-D。驱动变压器T15原边绕组T15-A的同名端接辅助电源正极VCC。驱动变压器T15原边绕组T15-A的异名端通过驱动MOS管Q5接地，驱动MOS管Q5的栅极接PWM控制芯片的控制信号输出引脚GATE脚。复位绕组T15-D的同名端接原边地GND，异名端接复位二极管D4的阳极，复位二极管D4的阴极接辅助电源的正极VCC。驱动变压器T15两个副边绕组T15-B和T15-C的同名端分别接对应的驱动信号输出引脚。

输出电压采样电路包括电阻分压电路、稳压基准源U23(IC431)和光耦OT12。电阻分压电路由电阻R431和电阻R433串联构成，电阻分压电路接在直流输出端VOUT的正负极之间，电阻分压电路的电压信号输出端(电阻R431与电阻R433的连接点)接稳压基准源U23的参考极。稳压基准源U23的阳极接直流输出端VOUT的负极VOUT-(副边地AGND)，稳压基准源U23的阴极接光耦OT12发光二极管OT12-B的阴极，光耦OT12发光二极管OT12-B的阳极通过第一限流电阻R432接直流输出端VOUT的正极VOUT+。光耦OT12光敏三极管OT12-A的集电极接PWM控制芯片的输出电压采样信号输入引脚FB脚，光耦光敏三极管OT12-A的发射极接直流输出端的Vin的负极Vin-(原边地GND)。

尖峰电压吸收电路包括吸收电容C5、吸收电阻R6和吸收二极管D5。吸收二极管D5的阳极接第二MOS管Q2的漏极，阴极通过吸收电阻R6接第一MOS管Q1的源极，吸收电容C5与吸收电阻R6并接。

过流保护电路包括采样电阻R2、第二限流电阻R5，第二滤波电容C2。第二MOS管Q2的源极接采样电阻R2的第一端，采样电阻R2的第二端接直流输入端Vin的负极Vin-(原边地GND)。采样电阻R2的第一端通过第二限流电阻R5接PWM控制芯片的电流采样信号输入引脚SENSE。第二滤波电容C2接在PWM控制芯片的电流采样信号输入引脚SENSE与直流输入端Vin的负极Vin-(原边地GND)之间。

本实用新型以上实施例正激驱动电路的工作过程如图2所示，V0为PWM控制芯片FAN6755UWMY发出的驱动电压，T15是匝比为1：1的正激驱动变压器，VCC是PWM控制芯片的工作电压，由辅助电源供给，V1,V2分别是正激驱动电路输出的两个驱动电压，分别驱动第一MOS管Q1和第二MOS管Q2。驱动MOS管Q5导通时，变压器绕组T15-B,T15-C,T15-A都是上正下负的电压，原边向副边传输能量，复位绕组T15-D电压是上负下正，二极管D1不导通。驱动MOS管Q5关断时，复位绕组T15-D感应出上正下负的电压，二极管D1导通，磁化能量回馈到VCC电源，磁芯完成复位。

如图1所示，当第一MOS管Q1和第二MOS管Q2导通时，流经主变压器T原边绕组Lp的电流逐渐增大，此时第一二极管D1和第二二极管D2截止。原边绕组Lp感应出上正下负的电压，副边绕组Ls感应出下正上负的电压，二极管D3截止。负边无电流，负载R1由输出滤波电容C1提供能量。当第一MOS管Q1和第二MOS管Q2关断时，流经主变压器T原边绕组Lp的电流减小，原边绕组Lp两端电压反向，第一二极管D1和第二二极管D2导通，钳制了由于漏感所引起的原边绕组感应电势，使之钳位在输入电压Vin，将多余的能量反馈给输入电源，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2所承受的反向电压均为Vin。副边绕组Ls的电压为上正下负，二极管D3导通，副边电流逐渐增大，副边绕组Ls给输出电容输出滤波电容C1充电，同时也给负载R1提供能量。

双管反激变换电路直流输出端VOUT的电压经电阻分压电路分压后输送到稳压基准源U23的参考极，当电阻R431两端的电压V＝2.5V的时候，稳压基准源U23导通，光耦OT12导通。采集的电压信号通过光耦OT12反馈至PWM控制芯片。PWM控制芯片调制脉宽后经过正激驱动电路驱动两个反激MOS管，控制主电路的功率变换电路。

当第一MOS管Q1和第二MOS管Q2关断时，变压器T的原边线圈容易产生电压尖峰和电流尖峰。吸收电容C5、吸收电阻R6和吸收二极管D5组成的吸收电路将尖峰电压吸收。R2,R5,C2组成的缓冲器将限制电流，从电阻采样电阻R2上经过的电流峰值信号能参与当前工作周波的占空比控制，是对当前工作周波的电流限制。当电阻R5输出的电压达到0.83V时，PWM控制芯片FAN6755UWMY停止工作，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2关断，从而起到限制电流的保护作用。第一二极管D1、第二二极管D2作为钳位二极管，在反激过程中把开关管承受的电压尖峰箝制在输入电源电压。栅极电阻R3和栅极电阻R4与第一MOS管Q1和第二MOS管Q2中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。电阻R3和电阻R4的阻值过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；电阻R3和电阻R4的阻值过大，会降低开关管Q1,Q2的开关响应速度。

本实用新型以上实施例的双管反激变换电路的开关管驱动电路采用正激驱动电路，可以解决现有技术功率管关断不彻底的问题，功率管关断不彻底会造成功率管温度过高；还可以通过正激驱动电路的磁复位绕组，将多余的能量输送回辅助电源。

双管反激变换电路当采用PWM控制芯片控制MOS管时，此时开关的频率比较高，需要快速的开关MOS管。MOSFET的关断速度理论上是取决于栅极驱动电路。当栅极驱动电流较高的关断电路可以较快对输入电容器放电，从而缩短开关时间，进而降低开关损耗。一般采用较低输出阻抗的MOSFET驱动器和/或负关断电压，可以增大放电电流。

而正激驱动电路中，运用变压器绕组T15-A，T15-B，T15-B增加PWM控制芯片GATE脚的驱动能力，实现了同时驱动导通和关闭两个开关MOS管，当PWM控制芯片发出的驱动电压V0为低电平，Q5关断时，复位绕组T15-D感应出上正下负的电压，二极管D4导通，磁化能量回馈到VCC电源，磁芯完成复位；T15-A，T15-B，T15-B电压反向，可加快MOS管GS脚结电容能量消耗，从而加快MOS管的关断。

Claims (6)

1.一种双管反激变换电路，包括主电路和开关管驱动电路，开关管驱动电路包括PWM控制芯片，其特征在于，开关管驱动电路包括正激驱动电路，正激驱动电路包括驱动变压器、驱动开关管、复位二极管和两个驱动信号输出引脚，驱动变压器包括原边绕组、两个副边绕组和复位绕组；驱动变压器原边绕组的同名端接辅助电源正极，驱动变压器原边绕组的异名端通过驱动开关管接地，驱动开关管的控制端接PWM控制芯片的控制信号输出端；复位绕组的同名端接地，异名端接复位二极管的阳极，复位二极管的阴极接辅助电源的正极；驱动变压器两个副边绕组的同名端分别接对应的驱动信号输出引脚。

2.根据权利要求1所述的双管反激变换电路，其特征在于，主电路包括直流输入端、直流输出端、主变压器、原边电路和副边电路，原边电路包括两个MOS管、第一二极管和第二二极管；副边电路包括第三二极管和输出滤波电容；第一MOS管的漏极接直流输入端的正极，第一MOS管的源极接主变压器原边绕组的异名端，主变压器原边绕组的同名端接第二MOS管的漏极，第二MOS管的源极接直流输入端的负极；第一二极管的阳极接第二MOS管的漏极，阴极接直流输入端的正极；第二二极管的阴极接第二MOS管的源极，阳极接直流输入端的负极；第三二极管的阳极接主变压器副边绕组的同名端，阴极接直流输出端的正极；主变压器副边绕组的异名端接直流输出端的负极，输出滤波电容接在直流输出端正负极之间。

3.根据权利要求2所述的双管反激变换电路，其特征在于，包括输出电压采样电路，输出电压采样电路包括电阻分压电路、稳压基准源和光耦；电阻分压电路接在直流输出端的正负极之间，电阻分压电路的电压信号输出端接稳压基准源的参考极；稳压基准源的阳极接直流输出端的负极，稳压基准源的阴极接光耦发光二极管的阴极，光耦发光二极管的阳极通过第一限流电阻接直流输出端的正极；光耦光敏三极管的集电极接PWM控制芯片的输出电压采样信号输入引脚。

4.根据权利要求2所述的双管反激变换电路，其特征在于，主电路包括尖峰电压吸收电路，尖峰电压吸收电路包括吸收电容、吸收电阻和吸收二极管；吸收二极管的阳极接第二MOS管的漏极，阴极通过吸收电阻接第一MOS管的源极，吸收电容与吸收电阻并接。

5.根据权利要求1所述的双管反激变换电路，其特征在于，包括过流保护电路，过流保护电路包括采样电阻、第二限流电阻，第二滤波电容；第二MOS管的源极接采样电阻的第一端，采样电阻的第二端接直流输入端的负极；采样电阻的第一端通过第二限流电阻接PWM控制芯片的电流采样信号输入引脚；第二滤波电容接在PWM控制芯片的电流采样信号输入引脚与直流输入端的负极之间。

6.根据权利要求2所述的双管反激变换电路，其特征在于，开关管驱动电路的驱动信号输出引脚通过对应的栅极电阻接主电路对应MOS管的栅极。

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