一種開關電源應用電路的製作方法

2023-05-16 19:30:36

專利名稱：一種開關電源應用電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種開關電源應用電路，尤其涉及一種應用於軌道交通上高電壓輸入的專用高頻開關電源應用電路。
背景技術：
應用於高電壓輸入場合的高頻開關電源，由於現有功率半導體技術的限制，高頻高壓功率開關管的選擇十分困難。例如地鐵交通中，輸入母線電壓為1500VDC，峰值電壓能達到2200VDC，造成高頻高壓功率開關管的選擇困難，極大地抬高了製造成本。現有的解決方案，一是採用開關器件串聯方式，以達到要求的耐壓等級；二是採用多電平技術，降低電壓等級。第一種方案由於元件參數的差異，實現很困難，很難保證開關管同時開通及關斷， 會造成某個開關管承受過高的電壓應力而損壞；第二種方案要求採樣中點電位並參與控制，以保證中點電位平衡，控制電路十分複雜，降低了可靠性。
發明內容本實用新型所要解決的問題是克服上述現有技術的缺陷，提供一種有效降低輸入開關管的電壓等級、減少開關損耗、結構簡單的高電壓輸入專用高頻開關電源應用電路。本實用新型是對上述第二種方案的改進，與其不同的是，本方案中只有1個變壓器，含有2個初級繞組，改進現有技術中每個開關電路單元都對應有一個變壓器的多個變壓器結構。本實用新型所採用的具體技術方案是一種開關電源應用電路，它包括電源、均壓電路、主電路、控制電路、變壓器，所述電源與所述主電路並聯，所述變壓器的初級為兩個繞組，次級為單繞組或多繞組，所述主電路包括單元電路I和單元電路II，所述單元電路I和單元電路II結構相同並串聯連接，所述均壓電路包括電容I和電容II，所述電容I與所述單元電路I並聯，所述電容II與所述單元電路II並聯，所述單元電路I和單元電路II分別與所述變壓器初級的兩個繞組對應連接。所述電容I和電容II容量相等，所述電容I和電容II串聯後並聯在所述電源兩端對所述電源電壓均壓使所述單元電路I和單元電路II的輸入電壓均等並相對穩定。更加具體的，所述單元電路I和單元電路II結構相同，它們包括第一開關管I、第二開關管I、第一開關管II、第二開關管II、第一二極體I、第二二極體I、第一二極體II、 第二二極體II，所述第一開關管I、第二開關管I、第一開關管II、第二開關管II的源極、漏極與所述第一二極體I、第二二極體I、第一二極體II、第二二極體II的正、負極組成橋式電路，所述橋式電路的輸入端與所述電容I或電容II並聯，所述橋式電路的輸出端與所述變壓器初級中的一個繞組對應連接，所述單元電路I和單元電路II在與所述變壓器初級繞組對應連接時繞組同名端相反。所述控制電路分別連接所述第一開關管I、第二開關管I、第一開關管II、第二開關管II的柵極，所述控制電路輸出PWM脈衝信號控制所述第一開關管I、第二開關管I、第一開關管II、第二開關管II交錯通斷。[0008]本實用新型的有益效果是由於本實用新型包括電源、均壓電路、主電路、控制電路、變壓器，所述電源與所述主電路並聯，所述變壓器的初級為兩個繞組，次級為單繞組或多繞組，所述主電路包括單元電路I和單元電路II，所述單元電路I和單元電路II結構相同並串聯連接，所述均壓電路包括電容I和電容II，所述電容I與所述單元電路I並聯， 所述電容II與所述單元電路II並聯，所述單元電路I和單元電路II分別與所述變壓器初級的兩個繞組對應連接。所述電容I和電容II容量相等，所述電容I和電容II串聯後並聯在所述電源兩端對所述電源電壓均壓，使所述單元電路I和單元電路II的輸入電壓均等並相對穩定。所述單元電路I和單元電路II結構相同，它們包括第一開關管I、第二開關管I、 第一開關管II、第二開關管II、第一二極體I、第二二極體I、第一二極體II、第二二極體 II，所述第一開關管I、第二開關管I、第一開關管II、第二開關管II的源極、漏極與所述第一二極體I、第二二極體I、第一二極體II、第二二極體II的正、負極組成橋式電路，所述橋式電路的輸入端與所述電容I或電容II並聯，所述橋式電路的輸出端與所述變壓器初級中的一個繞組對應連接，所述單元電路I和單元電路II在與所述變壓器初級繞組對應連接時繞組同名端相反。所述控制電路連接所述各開關管的柵極，所述控制電路輸出PWM脈衝信號控制所述各開關管交錯通斷，以至所述變壓器的次級得到輸出電流，並自動平衡電容I 和電容II的中點電位。所以本實用新型是一種有效降低輸入開關管的電壓等級、減少開關損耗、結構簡單的高電壓輸入專用高頻開關電源應用電路。

圖1為本實用新型結構方框示意圖；圖2為本實用新型電路結構原理示意圖；圖3為本實用新型控制電路控制模式示意圖。
具體實施方式
如圖1至圖3所示，本實用新型包括電源1、均壓電路2、主電路3、控制電路4、變壓器5，所述電源1與所述主電路3並聯，所述變壓器5的初級為兩個繞組，次級為單繞組或多繞組，所述主電路3包括單元電路I 31和單元電路II 32，所述單元電路I 31和單元電路II 32結構相同並串聯連接，所述均壓電路2包括電容I Cl和電容II C2,所述電容I Cl 與所述單元電路I 31並聯，所述電容II C2與所述單元電路II 32並聯，所述單元電路I 31 和單元電路II 32分別與所述變壓器5初級的兩個繞組對應連接。所述電容I Cl和電容II C2容量相等，所述電容I Cl和電容II C2串聯後並聯在所述電源1兩端對所述電源1電壓均壓，使所述單元電路I 31和單元電路II 32的輸入電壓均等並相對穩定。所述單元電路I 31和單元電路II 32結構相同，它們包括第一開關管I Ql或第二開關管I Q3、第一開關管II Q2或第二開關管II Q4、第一二極體I Dl或第二二極體I D3、 第一二極體II D2或第二二極體II D4，所述第一開關管I Q1、第二開關管I Q3、第一開關管 II Q2、第二開關管II Q4的源極、漏極與所述第一二極體I D1、第二二極體I D3、第一二極體 II D2、第二二極體II D4的正、負極組成橋式電路，所述橋式電路的輸入端與所述電容I Cl 或電容II C2並聯，所述橋式電路的輸出端與所述變壓器5初級中的一個繞組對應連接，所述單元電路I 31和單元電路II 32在與所述變壓器5初級繞組對應連接時繞組同名端相反。本實用新型利用分壓電路以及變壓器的耦合特性，自動平衡中點電位，控制簡單， 不需要取中點電位的信號來參與控制，提高了可靠性。例如電容II C2的電位偏高時，這時會通過圖1中的電路結構對電容I Cl進行充電以此來平衡中點電位，對輸入高電壓進行均壓、各自鉗位，讓開關管不承受過高的電壓應力。圖3是開關管的交替開關模式，即前半個周期內第一開關管I Q1、第一開關管 II Q2為開狀態，第二開關管I Q3、第二開關管II Q4關閉；後半個周期第一開關管I Q1、第一開關管II Q2關閉，第二開關管I Q3、第二開關管II Q4開啟，交替工作，使得變壓器次級能夠輸出連續的電流。具體來說，所述控制電路4分別連接所述第一開關管I Q1、第二開關管
IQ3、第一開關管II Q2、第二開關管II Q4的柵極，所述控制電路4輸出PWM脈衝信號控制所述第一開關管I Q1、第二開關管I Q3、第一開關管II Q2、第二開關管II Q4交錯通斷，以至所述變壓器5的次級得到輸出電流。本實用新型電路可廣泛應用於高電壓輸入場合的高頻開關電源中，能夠有效降低輸入開關管的電壓等級、減少開關損耗，利用電容I Cl、電容
IIC2均分電源電壓並利用變壓器的耦合特性，自動平衡中點電位，主電路各單元輸出通過同一個變壓器變換電流，使得控制簡單、可靠性高，具有良好的經濟效益。
權利要求1.一種開關電源應用電路，它包括電源(1)、均壓電路(2)、主電路(3)、控制電路(4)以及變壓器(5)，所述電源(1)與所述主電路(3)並聯，其特徵在於所述變壓器(5)的初級為兩個繞組，次級為單繞組或多繞組，所述主電路(3)包括單元電路I (31)和單元電路II (32)，所述單元電路I (31)和單元電路II (32)結構相同並串聯連接，所述均壓電路(2)包括電容I (Cl)和電容II (C2)，所述電容I (Cl)與所述單元電路I (31)並聯，所述電容II (C2)與所述單元電路II (32)並聯，所述單元電路I (31)和單元電路II (32)分別與所述變壓器(5)初級的兩個繞組對應連接。
2.根據權利要求1所述的開關電源應用電路，其特徵在於所述電容I(Cl)和電容II (C2)容量相等，所述電容I (Cl)和電容II (C2)串聯後並聯在所述電源(1)兩端對所述電源(1)電壓均壓並使所述單元電路I (31)和單元電路II (32)的輸入電壓均等。
3.根據權利要求1所述的開關電源應用電路，其特徵在於所述單元電路I(31)和單元電路II (32)結構相同，它們包括第一開關管I (Q1)、第二開關管I (Q3)、第一開關管 II (Q2)、第二開關管 II (Q4)、第一二極體 I (D1)、第二二極體 I (D3)、第一二極體 II (D2)、 第二二極體II (D4)，所述第一開關管I (Q1)、第二開關管I (Q3)、第一開關管II(Q2)、第二開關管II (Q4)的源極、漏極與所述第一二極體I (D1)、第二二極體I (D3)、第一二極體II (D2)、第二二極體II(D4)的正、負極組成橋式電路，所述橋式電路的輸入端與所述電容I (Cl)或電容II (C2)並聯，所述橋式電路的輸出端與所述變壓器(5)初級中的一個繞組對應連接，所述單元電路I (31)和單元電路II (32)在與所述變壓器(5)初級繞組對應連接時繞組同名端相反。
4.根據權利要求1所述的開關電源應用電路，其特徵在於所述控制電路(4)分別連接所述第一開關管I (Q1)、第二開關管I (Q3)、第一開關管II (Q2)、第二開關管II (Q4)的柵極，所述控制電路(4)輸出PWM脈衝信號控制所述第一開關管I (Q1)、第二開關管I (Q3)、 第一開關管II (Q2)、第二開關管II (Q4)交錯通斷。
專利摘要本實用新型公開了一種應用於軌道交通領域高電壓輸入場合的高頻開關電源應用電路。它包括電源(1)、均壓電路(2)、主電路(3)、控制電路(4)、變壓器(5)，電源(1)與主電路(3)並聯，變壓器(5)的初級為兩個繞組分別連接主電路(3)中的單元電路Ⅰ(31)和單元電路Ⅱ(32)，控制電路(4)輸出PWM脈衝信號控制單元電路中各開關管交錯通斷，以至變壓器(5)的次級得到輸出電流。本實用新型電路可廣泛應用於高電壓輸入場合的高頻開關電源中，能夠有效降低輸入開關管的電壓等級、減少開關損耗，利用變壓器(5)的耦合特性自動平衡電容Ⅰ(C1)、電容Ⅱ(C2)的中點電位，控制簡單、可靠性高，具有良好的經濟效益。
文檔編號H02M5/10GK202309557SQ201120255950
公開日2012年7月4日 申請日期2011年7月20日 優先權日2011年7月20日
發明者劉煒 申請人:珠海金電電源工業有限公司