BOOST升壓與半橋LLC兩級組合振動控制電源電路的製作方法

2023-05-05 10:49:42 1

本實用新型涉及電源技術領域，尤其涉及一種基於BOOST升壓與半橋LLC兩級組合振動控制電源電路。

背景技術：

目前有些振動控制裝置控制的負載包含有20個，負載特性也很特殊，均為感性負載，負載電流為50毫秒一個周期的正弦波動，最大約為100安培，工作頻率為20Hz，這樣的負載特性對電源的性能要求很高，為了滿足負載的使用要求，振動主動控制電源的功率為有效值6000W(85V)+500W(24V)，峰值功率為有效功率的1.414倍，功率大但體積小且必須滿足感性負載的使用要求成為振動主動控制電源的要求。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種能夠縮小電源體積，具有較好的EMC特性能夠實現軟開關特性的BOOST升壓與半橋LLC兩級組合振動控制電源電路。

本實用新型所採取的技術方案：

BOOST升壓與半橋LLC兩級組合振動控制電源電路，包括輸入濾波電路、全橋變換電路、輸出濾波電路、輔助電源電路、控制晶片和單片機，輸入濾波電路採用差模和共模的組合濾波電路，全橋變換電路採用BOOST升壓變換電路和半橋LLC變換電路兩級電路組成，輸入濾波電路與BOOST升壓變換電路連接，半橋LLC變換電路與輸出濾波電路連接，輔助電源電路與BOOST升壓變換電路、半橋LLC變換電路、控制晶片和單片機連接。

所述的輸入濾波電路為差模和共模組合濾波電路，包括第一差模電容、第二差模電容、第一差模濾波電感和第二差模濾波電感，第一差模電容的一端與電源輸入端的L線連接，第一差模電容的另一端接地，第二差模電容的一端與電源輸入端的N線連接，第二差模電容的另一端接地，L線和N線通過差模電容後再分別經過第一差模濾波電感和第二差模濾波電感與全橋變換電路連接。

所述的BOOST升壓變換電路包括三相整流橋，升壓電感、MOS管、電流檢測互感器、升壓二極體和四個輸出電容，三相整流橋與輸入濾波電路連接，三相整流橋正極並聯連接兩條升壓支路，每條支路上升壓電感和升壓二極體串接，每條支路的上升壓電感與MOS管的漏極連接並通過電流檢測互感器接地，升壓二極體的陰極與四個輸出電容的陽極連接，輸出電容的陰極接地。

所述的半橋LLC變換電路包括串聯的高頻MOS管、兩個主功率變壓器、並聯的四組次級整流二極體、諧振電感、諧振電容、電流檢測互感器、濾波電感和多個輸出濾波電容，兩個初級串聯的主功率變壓器連接一個電流檢測互感器、一個諧振電感和一個諧振電容與第二個高頻MOS管並聯，主功率變壓器的四組次級整流二極體並聯，四組次級整流二極體並聯四組輸出濾波電容後連接∏型濾波器的濾波電感、可變電容和輸出濾波電容。

所述的BOOST升壓變換電路的升壓支路上升壓電感與升壓二極體的陽極連接。

所述的輔助電源包括電阻、二極體、MOS管和變壓器，電源正負極間接電容，電源正極經過第一電阻與第一二極體負極連接，第一二極體正極連接MOS管並經過第三電阻連接電源負極，MOS管的柵極連接第二電阻並與第三電阻連接，電源正極與第一電阻並聯第二電容，電源正極與第一電阻和第一二極體並聯的變壓器的初級輸入端與MOS管的漏極連接，變壓器的次級輸出端連接第二二極體的正極，第二二極體的正極連接連個電容，一個為極性電容，一個為輸出濾波電容。

本實用新型的有益效果：本實用新型的電源電路經過BOOST升壓後經半橋LLC變換電路組成的DC/DC變換電路實現電壓的高頻變換，半橋LLC變換電路通過驅動的對稱控制，工作頻率工作於諧振電感和諧振電容附近，實現電路的軟開關特性，既能檢修開關管MOS的開關損耗，能使電源工作於較高的開關頻率，縮小了電源的體積，減輕了重量，電源的控制、監控及驅動所需的電壓由輔助電源電路完成，輔助電源採用反激電路結構，具有結構簡單、可靠性高，適宜多路輸出的優點。

附圖說明

圖1為本實用新型的總體方案圖。

圖2為本實用新型的輸入濾波電路圖。

圖3為本實用新型的BOOST升壓變換電路圖。

圖4為本實用新型的半橋LLC變換電路圖。

圖5為本實用新型的輔助電源主電路圖。

具體實施方式

BOOST升壓與半橋LLC兩級組合振動控制電源電路，包括輸入濾波電路、全橋變換電路、輸出濾波電路、輔助電源電路、控制晶片和單片機，輸入濾波電路採用差模和共模的組合濾波電路，全橋變換電路採用BOOST升壓變換電路和半橋LLC變換電路兩級電路組成，輸入濾波電路與BOOST升壓變換電路連接，半橋LLC變換電路與輸出濾波電路連接，輔助電源電路與BOOST升壓變換電路、半橋LLC變換電路、控制晶片和單片機連接，單片機連接到半橋LLC變換電路。

所述的輸入濾波電路為差模和共模組合濾波電路，包括第一差模電容C1、第二差模電容C2、第一差模濾波電感L1和第二差模濾波電感L2，第一差模電容C1的一端與電源輸入端的L線連接，第一差模電容C1的另一端接地，第二差模電容C2的一端與電源輸入端的N線連接，第二差模電容C2的另一端接地，L線和N線通過差模電容後再分別經過第一差模濾波電感L1和第二差模濾波電感L2與全橋變換電路連接。第一差模電容C1、第二差模電容C2、第一差模濾波電感L1和第二差模濾波電感L2組成共模濾波電路為雙通到網絡，既能濾除外界的共模噪聲，避免噪聲對電源正常工作的影響，又能將電源產生的共模噪聲濾除，避免電源產生的共模噪聲對外界其他電子設備的影響。通過該電路並配合主電路的軟開關特性，能較好的實現電路的EMC特性。

所述的BOOST升壓變換電路包括三相整流橋D1，第一升壓電感L1、第二升壓電感L2、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一電流檢測互感器CT1、第二電流檢測互感器CT2、升壓二極體D2和四個輸出電容，三相整流橋D1與輸入濾波電路連接，三相整流橋D1正極並聯連接兩條升壓支路，每條支路上升壓電感和升壓二極體D2串接，每條支路的上升壓電感與MOS管的漏極連接並通過電流檢測互感器接地，升壓二極體的陰極與四個輸出電容的陽極連接，輸出電容的陰極接地。輸入電壓經過輸入濾波電路後經過整流橋D1變換為脈動直流量，通過第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的開通在BOOST升壓電感L1、L2上儲存能量，在MOS管關斷時將此能量通過升壓電感L1、L2和二極體D2將先前儲存的能量釋放到輸出電容C1、C2、C3、C4上實現升壓變換，電路採用交錯升壓架構，兩路驅動之間通過相隔180度而實現交錯工作，每相的電流應力為單相電路的一半，從而減輕了功率器件的電流應力和熱應力，提供了電源的可靠性。

所述的半橋LLC變換電路包括串聯的高頻MOS管Q1和高頻MOS管Q2、兩個主功率變壓器T1和主功率變壓器T2、並聯的四組次級整流二極體D1、次級整流二極體D2、次級整流二極體D3和次級整流二極體D4、諧振電感L1、諧振電容C3、電流檢測互感器T3、濾波電感L2和多個輸出濾波電容，兩個初級串聯的主功率變壓器T1和主功率變壓器T2連接一個電流檢測互感器T3、一個諧振電感L1和一個諧振電容C3與第二個高頻MOS管Q2並聯，主功率變壓器的四組次級整流二極體D1、次級整流二極體D2、次級整流二極體D3和次級整流二極體D4並聯，四組次級整流二極體並聯四組輸出濾波電容後連接∏型濾波器的濾波電感L2、可變電容CM1和輸出濾波電容。電路經過BOOST升壓變換電路後經半橋LLC變換電路組成的DC/DC變換電路，實現電壓的高頻變換，主功率變壓器T1、T2，採用初級串聯、次級並聯的工作方式，兩隻變壓器的使用實現了變壓器體積的分散和熱的均分，避免了熱的過度集中引起的散熱困難問題，輸出整流二極體D1、D2、D3、D4採用全波整流方式，該整流方式是適合於低壓輸出的整流方式，較全橋整流方式具有壓降低的特點。D1、D2將次級整流二極體反向恢復而產生的電壓尖峰進行箝位，同時將諧振能量回饋母線。半橋LLC電路的諧振電感L1，諧振電容C3，電流檢測互感器T3，用於檢測初級測電流用於輸出短路狀態下的過流保護，輸出濾波電感L2及之後的器件組成輸出濾波電路，用於降低輸出電壓的紋波，使之滿足用電設備對輸出電壓低紋波的需求。

半橋LLC變換電路通過驅動的對稱控制，工作頻率工作於諧振電感L1和諧振電容C3的諧振頻率附近，實現電路的軟開關特性，電路軟開關的實現，既能減小開關管高頻MOS管Q1和高頻MOS管Q2的開關損耗，能使電源工作於較高的開關頻率，縮小了電源的體積，減輕了重量。同時軟開關的實現提高了變換器的效率，減輕了對散熱的需求。軟開關的工作方式大幅降低了開關管開關過程中產生的di/dt和dv/dt，降低了電源工作產生的EMI量級，減輕了電源輸入濾波器的壓力。電流檢測互感器T3提供快速的過流保護功能，能將電源在短路狀態下的短路電流保持在合理的範圍內，從而使電源的功率器件的電流應力在極端狀態下也保持在合理的範圍內，從而提高電源運行的可靠性。

所述的BOOST升壓變換電路的升壓支路上升壓電感與升壓二極體D2的陽極連接。

所述的輔助電源包括電阻、二極體、MOS管Q1和變壓器T1，電源正負極間接電容C1，電源正極經過第一電阻R1與第一二極體D1負極連接，第一二極體D1正極連接MOS管Q1並經過第三電阻R3連接電源負極，MOS管Q1的柵極連接第二電阻R2並與第三電阻R3連接，電源正極與第一電阻R1並聯第二電容C2，電源正極與第一電阻R1和第一二極體D1並聯的變壓器T1的初級輸入端與MOS管Q1的漏極連接，變壓器T1的次級輸出端連接第二二極體D2的正極，第二二極體D2的正極連接兩個電容，一個為極性電容C3，一個為輸出濾波電容C4。電源的控制、監控及驅動所需的電壓由輔助電源電路完成，輔助電源採用反激電路結構，該電源具有結構簡單、可靠性高、適宜多路輸出等優點，其輸出電壓為前級、後極及監控單元提供供電電壓。

以上對本實用新型的一個實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本實用新型的較佳實施例，不能被認為用於限定本實用新型的實施範圍。凡依本實用新型申請範圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬於本實用新型的專利涵蓋範圍之內。