直流電變換電路的製作方法
2023-06-08 07:29:01
直流電變換電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種直流電變換電路，包括一次側電路(1)、高頻變壓器(3)、二次側電路(5)、控制電路(7)、負載(9)；所述一次側電路(1)為所述的高頻變壓器(3)提供交流階梯波電壓信號(2)；所述交流階梯波電壓信號(2)經所述的高頻變壓器(3)隔離降壓後轉變成負載(9)所需的交流電壓信號(4)；所述交流電壓信號(4)通過所述二次側電路(5)把所述交流電壓信號(4)整流濾波後輸出負載(9)所需的直流電壓信號(8)；所述控制電路(7)為所述一次側電路(1)開關管的提供控制信號(6)；利用本實用新型製成的通訊開關電源，使開關管工作於零電壓或零電流狀態，具有效率高、體積小、可靠性高等特點。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及軟開關技術，尤其涉及到通過變換器實現開關管的零電壓開關或 零電流開關的直流電變換電路。 直流電變換電路
【背景技術】
[0002] 隨著電力系統和通訊技術的發展，對通訊和電力系統的電源在性能、體積、效率和 可靠性方便提出了更高的要求。為滿足這些要求，需開發一種效率高、體積小、可靠性好的 電源，而應用直流電變換電路設計成的開關電源正好能彌補這些缺點。
【發明內容】
[0003] 本實用新型旨在解決現有技術的不足，提供了一種實現開關管的零電壓開關或零 電流開關的直流電變換電路。
[0004] 直流電變換電路，包括一次側電路、高頻變壓器、二次側電路、負載、控制電路；
[0005] 所述一次側電路為所述的高頻變壓器提供交流階梯波電壓信號；
[0006] 所述高頻變壓器是把所述交流階梯波電壓信號轉換成負載所需的交流電壓信號， 所述的高頻變壓器具有隔離和降壓的作用；
[0007] 所述二次側電路把所述高頻變壓器轉換控制後的電壓信號經整流濾波後輸出負 載所需的直流電壓信號；
[0008] 所述負載是通過所述直流電壓信號為負載提供驅動信號；
[0009] 所述控制電路是控制所述一次側電路開關管的工作狀態。
[0010] 所述一次側電路包括電源、第一電容、第二電容、第一開關管、第二開關管、第三開 關管、第四開關管、第三電容、第四電容、第一二極體、第二二極體、第三二極體、第四二極 管、第一電感、第二電感：
[0011] 所述第一電容一端接所述電源正端、所述第一開關管的漏極、所述第四開關管的 漏極、所述第一二極體的負端、所述第三電容和所述第四二極體的負端；另一端接所述第一 電感、所述第二電容；
[0012] 所述第二電容一端接所述電源負端、所述第二開關管的源極、所述第三開關管的 源極、所述第二二極體的正端、所述第四電容和所述第三二極體的正端，並接地；另一端接 所述第一電感、所述第一電容；
[0013] 所述第一開關管的源極接所述第一二極體的正端，所述第二二極體的負端、所述 第二開關管的漏極、所述第三電容、所述第四電容和所述第二電感；
[0014] 所述第四開關管的源極接所述第四二極體的正端，所述第三二極體的負端、所述 第三開關管的漏極和所述高頻變壓器；
[0015] 所述第一開關管的源極和所述第四開關管的源極輸出所述交流階梯波電壓信 號；
[0016] 所述高頻變壓器包括一次側繞組和第一二次側繞組和第二二次側繞組；
[0017] 所述一次側繞組接所述一次側電路的第二電感，第一二次側繞組的同名端接所述 二次側電路的第五二極體，另一端接第二二次側繞組的同名端，並接地，所述第二二次側繞 組的另一端接所述二次側電路的第六二極體，所述第一二次側繞組的同名端和第二二次側 繞組的非同名端輸出負載所需的電壓信號；
[0018] 所述二次側電路包括第五二極體、第六二極體、第七二極體、第三電感、第四電感 和第五電容；
[0019] 所述第三電感的一端接第五二極體的負端、第六二極體的負端、第四耦合電感，另 一端接第五電容和負載；
[0020] 所述第七二極體的負端接所述第四耦合電感，另一端接所述第二二次側繞組的同 名端、第五電容、負載，並接地。
[0021] 所述控制電路包括分壓電阻、霍爾電流傳感器、控制晶片UC3875及晶片周圍元器 件；所述控制電路為一次側的四個開關管提供柵極電壓信號，以控制其通斷；
[0022] 作為本實用新型的直流電變換電路，將高壓小電流直流電信號經過一次側電路和 高頻變壓器，轉換為高頻交流電，最後經二次側電路輸出低壓大電流直流電信號。利用本實 用新型製成的通訊開關電源，使開關管工作於零電壓或零電流狀態，具有效率高、體積小、 可靠性高等特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1為本實用新型的直流電變換電路結構示意圖。
[0024] 圖2為本實用新型圖1的直流電變換電路的主電路圖。
[0025] 圖3為本實用新型圖1的直流電變換電路的控制電路圖。
[0026] 圖4為利用本實用新型開發的開關電源主電路圖。
[0027] 圖5為本實用新型圖3前橋臂實現零電壓後橋臂實現零電流的輸出信號圖。
【具體實施方式】
[0028] 以下結合附圖對本實用新型內容進一步說明。
[0029] 如圖1所示，為本實用新型直流電變換電路的結構圖，包括一次側電路1、高頻變 壓器3、二次側電路5、控制電路7、負載9。
[0030] 所述一次側電路1對所述高頻變壓器3提供一個交流梯形波電壓信號2 ;
[0031] 所述高頻變壓器3將所述的交流階梯波電壓信號2降壓隔離後變換成負載9所需 的交流電壓信號4 ;
[0032] 所述二次側電路5是把所述電壓信號4進行整流濾波後為負載9提供所需的電壓 電流信號；
[0033] 所述控制電路7為一次側電路1的四個開關管提供控制信號6,具體控制信號見圖 4的61、62、63、64的輸出信號圖。
[0034] 如圖2所示，為本實用新型圖1的直流電變換電路的主電路圖。
[0035] 所述一次側電路包括電源11、電容12、電容13、開關管14、開關管15、開關管18、 開關管19、電容100、電容101、二極體16、二極體17、二極體102、二極體103、電感10、電感 104 ：
[0036] 所述電容12 -端接所述電源11的正端、所述開關管14的漏極、所述開關管18的 漏極、所述二極體16的負端、所述電容100和所述二極體102的負端；另一端接所述電感 10、所述電容13 ;
[0037] 所述電容13 -端接所述電源11的負端、所述開關管15的源極、所述開關管19的 源極、所述二極體17的正端、所述電容101和所述二極體103的正端；另一端接所述電感 10、所述電容12 ;
[0038] 所述開關管14的源極接所述二極體16的正端，所述二極體17的負端、所述開關 管15的漏極、所述二極體17的負端、所述電容100、所述電容101和所述電感104 ;
[0039] 所述開關管18的源極接所述二極體102的正端，所述二極體103的負端、所述開 關管19的漏極、所述二極體103的負端和所述高頻變壓器3 ;
[0040] 所述第一開關管的源極和所述第四開關管的源極輸出所述交流階梯波電壓信 號；
[0041] 所述高頻變壓器3包括一次側繞組31和二次側繞組32和二次側繞組33 ;
[0042] 所述一次側繞組31接所述一次側電路的電感104,二次側繞組32的同名端接所述 二次側電路5的二極體56,另一端接二次側繞組33的同名端，並接地，所述二次側繞組33 的另一端接所述二次側電路5的二極體55,所述二次側繞組32的同名端和二次側繞組33 的非同名端輸出負載所需的交流電壓信號4 ;
[0043] 所述二次側電路5包括二極體55、二極體56、二極體53、電感51、電感52和電容 54；
[0044] 所述電感51的一端接二極體55的負端、二極體56的負端、稱合電感52,另一端接 電容54和負載91 ;
[0045] 所述二極體53的負端接所述耦合電感52,另一端接所述二次側繞組32的同名端、 電容54、負載91，並接地；
[0046] 圖3為本實用新型圖1的直流電變換電路的控制電路圖。
[0047] 所述控制電路7包括電流互感器、霍爾電壓傳感器、控制晶片UC3875、電阻701、電 阻702、電容703、電阻704、電容705、電阻706、運放707、電阻708、電容709、電位器710、 電阻711、電容712、濾波電容713、電容714、電阻715、電容716、電阻717、電容718、電阻 719、電容720、電容721、隔離變壓器722、隔離變壓器723、電阻724、電阻725、電阻726、電 阻727、電容728、電容729,用於控制四個開關管的導通；
[0048] 所述霍爾電流傳感器接入所述二次側電路檢測流過負載的電流，利用電阻分壓負 載兩端的電壓，電流通過採樣電阻轉化成電壓信號，並處理後送到所述控制晶片UC3875的 5腳，當5腳的電壓高於2. 5V時，晶片關閉所有四路脈衝輸出，以消除過流對電路衝擊。分 壓後的電壓信號以放大處理後，傳輸給所述控制晶片UC3875的3腳；
[0049] 所述控制晶片UC3875的7腳和15腳分別接電阻715、電容716和電阻717、電容 718,用於調節死區時間，避免同一橋臂兩管同時導通；16腳分別接電阻719、電容720,以控 制四路開關管輸出脈衝的頻率；1腳接電阻701和電阻702的一端，18腳接電阻701的另一 端，4腳接電阻702的另一端和電容709的一端，另一端接地；2腳接電容703的一端和電阻 704的一端，電容705的一端接電阻704的另一端，另一端接電容703的另一端、電阻706的 一端及控制晶片的3腳，運放707的正端接霍爾傳感器檢測的uf和電阻708的一端，負端 接輸出端和電阻706的另一端，5腳接電位器710的可調端，電阻711的一端接電容712的 一端和電容713的一端，另一端接電位器710的一端，電容713的另一端接電容712的另一 端和電位器710的另一端，6腳通過電容714接地，8腳和9腳串聯隔離變壓器723的初級 線圈，其中一個次級線圈的同名端接連電阻726的一端，異名端接開關管18的S端，另一個 次級線圈的同名端接開關管19的S端，異名端接電阻727的一端，電阻726的另一端接開 關管18的G端，電阻727的另一端接開關管19的G端，10腳和11腳接15V電源，並通過電 容728、電容729接地，13腳和14腳串聯隔離變壓器722的初級線圈，其中一個次級線圈的 同名端接連電阻724的一端，異名端接開關管14的S端，另一個次級線圈的同名端接開關 管15的S端，異名端接電阻725的一端，電阻724的另一端接開關管14的G端，電阻725 的另一端接開關管15的G端，19腳通過電容721接地。
[0050] 產生負載所需的直流電壓的方法，包括如下步驟：
[0051] (1)所述高壓小電流直流電源11為所述開關管提供漏極電源；
[0052] (2)所述控制電路7產生控制信號6為所述開關管提供柵極信號，具體見圖4 ;
[0053] (3)所述一次側電路1經開關管的控制輸出所述交流階梯波電壓2 ;
[0054] (4)所述高頻變壓器3是將交流階梯波電壓2降壓隔離後變換成低壓大電流的所 述交流電壓信號4;
[0055] (5)所述二次側電路5是將所述交流電壓信號4整流濾波後輸出負載9所需的直 流電壓。
[0056] 如圖4所示，為利用本實用新型開發的開關電源主電路圖。
[0057] 如圖5所示，為本實用新型圖4前橋臂實現零電壓後橋臂實現零電流的輸出信號 圖，其中粗線為電壓波形，細線為電流波形。具體工作如下：
[0058] t〇-tl :初始條件為M2和M4導通，一次側由電源、14、1^2、1^1^2構成一個迴路，二 次側由L8、D20、L4和輸出電容、電阻構成一個迴路。反向流過L6,並且值越來越大。
[0059] tl_t2:M2關斷，因為L4的值比較大，所以i。近似不變，則id也近似不變。所以， C5開始放電，C6開始充電，Vq；開始增大，則V。開始減小，V。也開始減小。U繼續反向流 過L6,值越來越大。
[0060] t2-t3 :vM 減小至小於 N10*V(/(N4+N10)時，N4、N10 分別為 L4 和 L10 的匝數，D21 開始導通。於是iD；M開始減小。iu；繼續反向流過L6,值越來越大。
[0061] t3-t4 :t3時刻，￥。5減小到零，於是D1導通，一次側由Dl、M4、LI、L2構成一個回 路。二次側i D；M繼續減小--?繼續反向流過L6,值越來越大。
[0062] t4_t5 :t4時刻，減小到零，則原邊電流也降為零，只有一個很小的激磁電流通 過一次側迴路。U繼續反向流過L6,加速了 M4的關斷。
[0063] t5_t6 :t5時刻，M4零電流關斷，激磁電流經D1和D3流回電源。、開始反向減 小。
[0064] t6_t7 :t6時刻，M3零電壓開啟，此前，Ml的門極信號早已為正，所以，一次側由電 源^1、1^1、1^2、1〇構成一個迴路。二次側，019有電流流過，因為1。不變，則1 1)21開始減小。 iy;繼續反向減小。
[0065] t7_t8:t7時刻，iD21減小到零，D21截止。此後的半個周期與前半個周期類同。 繼續反向減小。
[0066] 本實用新型公開了一種直流電變換電路，並且參照附圖描述了本實用新型的具體 實施方式和效果。應該理解到的是：上述實施例只是對本實用新型的說明，而不是對本實用 新型的限制，任何不超出本實用新型實質精神範圍內的實用新型創造，均落入本實用新型 保護範圍之內。
【權利要求】
1. 直流電變換電路，其特徵在於包括一次側電路、高頻變壓器、二次側電路、負載、控制 電路： 所述一次側電路為所述的高頻變壓器提供交流階梯波電壓信號； 所述高頻變壓器是把所述交流階梯波電壓信號轉換成負載所需的交流電壓信號，所述 的高頻變壓器具有隔離和降壓的作用； 所述二次側電路把所述高頻變壓器轉換控制後的電壓信號整流濾波後輸出負載所需 的直流電壓信號； 所述負載是通過所述直流電壓信號為負載提供驅動信號； 所述控制電路是控制所述一次側電路開關管的工作狀態。
2. 如權利要求1所述的直流電變換電路，其特徵在於一次側電路包括電源、第一電容、 第二電容、第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第三電容、第四電容、第一二 極管、第二二極體、第三二極體、第四二極體、第一電感、第二電感： 所述第一電容一端接所述電源的正端、所述第一開關管的漏極、所述第四開關管的漏 極、所述第一二極體的負端、所述第三電容和所述第四二極體的負端；另一端接所述第一電 感、所述第二電容； 所述第二電容一端接所述電源的負端、所述第二開關管的源極、所述第三開關管的源 極、所述第二二極體的正端、所述第四電容和所述第三二極體的正端，並接地；另一端接所 述第一電感、所述第一電容； 所述第一開關管的源極接所述第一二極體的正端，所述第二二極體的負端、所述第二 開關管的漏極、所述第三電容、所述第四電容和所述第二電感； 所述第四開關管的源極接所述第四二極體的正端，所述第三二極體的負端、所述第三 開關管的漏極和所述高頻變壓器； 所述第一開關管的源極和所述第四開關管的源極輸出交流階梯波電壓信號。
3. 如權利要求1所述的直流電變換電路，其特徵在於所述高頻變壓器包括一次側繞組 和第一二次側繞組和第二二次側繞組： 所述一次側繞組接所述一次側電路的第二電感，第一二次側繞組的同名端接所述二次 側電路的第五二極體，另一端接第二二次側繞組的同名端，並接地，所述第二二次側繞組的 另一端接所述二次側電路的第六二極體，所述第一二次側繞組的同名端和第二二次側繞組 的非同名端輸出負載所需的電壓信號。
4. 如權利要求1所述的直流電變換電路，其特徵在於所述二次側電路包括第五二極 管、第六二極體、第七二極體、第三電感、第四電感和第五電容： 所述第三電感的一端接第五二極體的負端、第六二極體的負端、第四電感，另一端接第 五電容和負載； 所述第七二極體的負端接所述第四電感，另一端接第二二次側繞組的同名端、第五電 容、負載，並接地。
【文檔編號】H02M3/28GK203911755SQ201420181824
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】吳麗君 申請人:浙江商業職業技術學院