一種大功率開關電源主迴路的製作方法

2023-10-04 19:13:19 1

專利名稱：一種大功率開關電源主迴路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及開關電源主電路技術領域，特別是用於大功率開關電源的整流二 極管的均流技術領域。
背景技術：
由於開關電源和可控矽電源和線性電源相比較，由於其省去了體積笨重的工頻變 壓器，代之以體積較小的高頻變壓器，因而使電源體積重量大為縮小，受到市場普遍歡迎。 但另一方面，由於用於開關電源的高頻開關管、高頻整流二極體其功率容量普遍較小，因而 制約了開關電源的輸出功率，為了解決這一矛盾，目前國內電源廠家普遍採用高頻整流二 極管多隻並聯的方法，來擴展其整流電流，增加開關電源的輸出功率，其基本電路圖如圖1 所示。圖1的電路工作原理1、電路中元件說明1\、T2, T3、T4為功率開關三極體，Vd為輸入主電源電壓，C1為 高頻隔直電容,B1為高頻開關變壓器，初級線圈頭、尾代號為1、2，匝數為N1，次級線圈頭、尾 代號為3、5，總匝數為2Ν2,中心抽頭代號為4，同名端用·表示，D1、D2, D3、D4、D5、D6為高頻 整流二極體，L1為輸出濾波電感，C2為輸出濾波電容，Rl為負載電阻。2、電路工作原理1\、T2, T3、T4、C1及高頻變壓器B1的初級線圈組成一個全橋式驅 動電路，由outA、outB的如圖2所示的時序圖可知當在、時間outA觸發脈衝出現時，功 率開關管T1和T4導通。電壓源Vd的電流將通過T1經高頻變壓器B1的初級線圈的2腳流 向1腳，再經隔直電容C1流向T4的集電極，經T4集電極流向T4發射極，最終進入電源Vd的 負端而形成電流迴路。如果忽略功率管1\、T4的飽和壓降和C1上的充電電壓，就可近似認 為在outA脈衝存在時，主電源電壓Vd加至B1的初級，其中2腳為正，1腳為負。同理，當 在t2時間outB脈衝出現時，主電源電壓Vd將加至B1的初級，其中1腳為正，2腳為負。當 outA和outB脈衝交替出現時，在B1的初級線圈上就會得到一個寬度一致的極性交替變化 的幅值為Vd的矩形脈衝。高頻變壓器B1的次級是一個全波整流電路，次級線圈中心點4腳和C2的2腳，電 源輸出負端子Vch，&的2腳相連，地線接至電源輸出電壓的負端子Vch上，當B1初級線圈加 上一個幅值為Vd的交替的方波電壓時，次級線圈的3腳和5腳交替比4腳高出一個方波電 壓，其幅度是初級方波電壓幅度的N2ZiN1倍，即為(N2ZiN1) .Vd0當方波電壓使高頻變壓器次 級繞組的3腳為正，4腳為負時，Dp D2、D3導通，D4、D5、D6截止，方波電壓所形成的電流由高 頻變壓器次級繞組的3腳流向DpD2、D3的正極，再流向DpD2、D3的負極，再流向L1的1腳， 再流向L1的2腳，並經L1和C1所組成的濾波電路後，形成平滑的直流電流，流向電源輸出 正端子Vtl+,並經負載電阻&流向電源負端子進而流向B1次級繞組的4腳而形成電流迴路。同理，當B1初級所形成的方波電壓使B1的次級線圈的5腳為正，4腳為負時，高頻 整流二極體D4、D5、D6導通，Di、D2、D3截止，其方波電壓所形成的電流經D4、D5、D6流向L1，並 經Lp C1所組成的濾波電路後，形成平滑的直流電流，流向電源輸出正端子Vtl+,並經負載電阻&流向電源負端子％_，最終流向變壓器次級線圈4腳而形成電流迴路。從圖1可知，高頻整流二極體D^ D2、D3為並聯的一組，D4, D5, D6為並聯的另一組，其並聯的目的是擴大電源的輸出電流以增加整個電源的輸出功率。但本電路存在著嚴重的 缺陷。該電路的本意是擴大輸出電流，每個二極體要均攤輸出電流，但由於在大功率開關電 源中，實際二極體^歹抄⑶」仏為等或隊為為等)實際所處的殼體結構的位置是不同的， 結果造成每隻二極體的引線的長短不可能完全相同；其次由於二極體在製作工藝中的離散 性，使得每隻二極體在導通時的正向壓降存在差異；第三，由於二極體在機箱中所處結構位 置的不同，它們的環境溫度和高頻磁場影響也不同，所有這些因素最終都使並聯二極體Dp D2, D3或D4、D5、D6的電流的大小存在較大的差異，並且隨著二極體數量的增加，這種電流差 異會進一步增加，最終導致電源的可靠性下降。

實用新型內容本實用新型的目的是設計一種能克服由於二極體正向壓降的差異、引線長短不一 致的差異等，所造成的並聯二極體電流的差異，能提供一種穩定可靠的大功率開關電源的 主迴路。本實用新型包括輸入主電源電壓Vd、功率開關三極體1\、T2, T3、T4、高頻隔直電容 C1，高頻整流二極體D7、D8、D9、D1(1、Dn、D12，以及輸出濾波電感L1、輸出濾波電容(2、負載電阻 Rl ；其特徵在於還包括三個高頻變壓器B2、B3、B4，且每個高頻變壓器的功率分別為W/3、初級 線圈匝數分別為&/3、次級線圈匝數分別為2N2，所述主電源電壓Vd、功率開關三極體I\、T2、 Τ3、Τ4、高頻隔直電容C1和三個高頻變壓器Β2、Β3、Β4的初級線圈相串聯組成的全橋式驅動電 路，所述三個高頻變壓器的次級線圈的中心抽頭接地；高頻整流二極體D7和Dltl組成高頻變 壓器B2的次級全波整流的兩臂，高頻整流二極體D8和D11組成高頻變壓器B3的次級全波整 流的兩臂、高頻整流二極體D9和D12組成高頻變壓器B4的次級全波整流的兩臂；所述高頻 整流二極體D7、D8、D9、D10, Dn、D12的負極連接在一起後與所述輸出濾波電感L1的輸入端連 接。其中，W為三個高頻變壓器B2、B3、B4的功率之和，N1是指三個高頻變壓器B2、B3、B4的 初級線圈匝數之和，N2是指三個高頻變壓器B2、B3、B4的次級線圈匝數的一半。在現有技術中，高頻變壓器B1的初級線圈總匝數為N1,當功率開關三極體T1和 T4(或T2和T3)同時打開時，高頻變壓器B1初級線包上承受的電壓近似為Vd，每匝電壓為 Vd/X。而由於本實用新型的高頻變壓器B2或B3或B4的初級線圈匝數分別為K/3，當功率 開關三極體T1和T4(或T2和T3)同時打開時，由於高頻變壓器B2、B3、B4初級線圈串聯，因 此它們總電壓應為Vd，每個變壓器初級線圈電壓均分，約Vd/3，每匝電壓為作(1/3)/(隊/3) =VcVN1 ；同時由於無論在現有技術或本實用新型中，高頻變壓器次級線圈的匝數均為2N2。 由此可見，本實用新型可獲得與現有技術等效的輸出電壓供給負載電阻&。通過試驗對比，本實用新型具有克服高頻整流二極體正向壓降差異、引線長短不 一致的差異，所造成的並聯二極體電流差異的特點，可為負載提供穩定、可靠的大功率開關 電源主迴路。

圖1為現有技術高頻整流二極體並聯的開關電源主迴路原理圖。[0014]圖2為現有功率開關管T1-T4基極觸發脈衝outA和outB的時序圖。圖3為本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
如圖3所示，本實用新型由輸入主電源電壓Vd、由功率開關三極體I\、T2、T3、T4、高頻隔直電容C1及初級線圈匝數為Ν/3、次級線圈匝數為2Ν2、且功率分別為W/3的三個高頻 變壓器Β2、Β3、Β4的初級線圈相串聯所組成的全橋式驅動電路，高頻變壓器Β2、Β3、Β4的次級 線圈的中心抽頭接地。本實用新型還包括高頻整流二極體D7、D8、D9、D1(1、Dn、D12，以及輸出濾波電感L1、輸 出濾波電容C2、負載電阻&。高頻整流二極體D7和Dltl組成高頻變壓器B2的次級全波整流的兩臂，高頻整流二 極管D8和D11組成高頻變壓器B3的次級全波整流的兩臂，高頻整流二極體D9和D12組成高 頻變壓器B4的次級全波整流的兩臂，且高頻整流二極體D7、D8、D9、D1(l、Dn、D12的負極連接在 一起後與輸出濾波電感L1的輸入端連接。本實用新型與現有技術區別是1)將圖1中的高頻變壓器B1改成了圖3中的3個高頻變壓器B2、B3、B4,並且圖3 中每個變壓器的初級線圈只有圖1中B1的初級線圈的三分之一，即K/3。2)圖3中的三個高頻變壓器B2、B3、B4的總功率與圖1中變壓器B1的功率相當，實 質就是將圖1中的B1拆分成了三個高頻變壓器。3)圖1中的高頻變壓器B1的次級線圈的總匝數為2N2，中心抽頭接地。高頻整流 二極體Dp D2、D3並聯後作為次級全波整流的一臂，而高頻整流二極體D4、D5、D6並聯後作為 次級全波整流的另一臂，全波整流的輸出，即高頻整流二極體Dp D2, D3負極並聯後，高頻整 流二極體D4、D5、D6負極並聯後均接至電感L1的1腳。而本實用型圖3中的高頻變壓器B2 或B3或B4各自次級線圈的總匝數仍為2N2，次級線圈各自的中心抽頭4腳均接地。但高頻 整流二極體D7和Dltl組成了 B2的次級全波整流的兩臂，同樣高頻整流二極體D8和Dn、D9和 D12分別組成了高頻變壓器 和氏次級全波整流的兩臂。三組全波整流的輸出端接在一起， 然後再接至輸出濾波電感L1的1腳。4)圖1中高頻變壓器B1的初級線圈總匝數為N1，當功率開關三極體T1和T4 (或T2 和T3)同時打開時，高頻變壓器B1初級線包上承受的電壓近似為Vd，可見，每匝電壓為Vd/ N10本實用新型圖2中高頻變壓器B2或B3或B4的初級線圈匝數分別為N/3，當功率開關三 極管T1和T4 (或T2和T3)同時打開時，由於高頻變壓器B2、B3、B4初級線圈串聯，因此它們總 電壓應為Vd，每個變壓器初級線圈電壓均分，約Vd/3，故，每匝電壓為(VdAV(N1A) =Vd/ N10因此，由於無論如圖1或圖3所示電路，由於每隻變壓器的初級每匝電壓都等於 VcVN1，而每個變壓器的次級匝數均為2N2，因此它們的次級感應電壓是相同的，由於次級每 個線圈中心點接地而組成了全波整流電路，因此實際全波整流輸出的電壓幅度應為每匝電 壓乘以總匝數即VcVN1XN2 = N2ZN1XVcL
權利要求一種大功率開關電源主迴路，包括輸入主電源電壓Vd、四隻功率開關三極體T1、T2、T3、T4、高頻隔直電容C1，六隻高頻整流二極體D7、D8、D9、D10、D11、D12，以及輸出濾波電感L1、輸出濾波電容C2、負載電阻RL；其特徵在於還包括三個高頻變壓器B2、B3、B4，且每個高頻變壓器的功率分別為W/3、初級線圈匝數分別為N1/3、次級線圈匝數分別為2N2，所述主電源電壓Vd、四隻功率開關三極體T1、T2、T3、T4、高頻隔直電容C1和三個高頻變壓器B2、B3、B4的初級線圈相串聯組成的全橋式驅動電路，所述三個高頻變壓器的次級線圈的中心抽頭接地；兩隻高頻整流二極體D7和D10組成高頻變壓器B2的次級全波整流的兩臂，兩隻高頻整流二極體D8和D11組成高頻變壓器B3的次級全波整流的兩臂、兩隻高頻整流二極體D9和D12組成高頻變壓器B4的次級全波整流的兩臂；所述六隻高頻整流二極體D7、D8、D9、D10、D11、D12的負極連接在一起後與所述輸出濾波電感L1的輸入端連接；所述W為三個高頻變壓器B2、B3、B4的功率之和，N1是指三個高頻變壓器B2、B3、B4的初級線圈匝數之和，N2是指三個高頻變壓器B2、B3、B4的次級線圈匝數的一半。
專利摘要一種大功率開關電源主迴路，涉及用於大功率開關電源的整流二極體的均流技術領域。包括輸入主電源電壓、四隻功率開關三極體、高頻隔直電容、六隻高頻整流二極體、輸出濾波電感、輸出濾波電容、負載電阻、三個高頻變壓器，各高頻變壓器的功率為W/3、初級線圈匝數分別為N1/3、次級線圈匝數分別為2N2，本實用新型能克服由於二極體正向壓降的差異、引線長短不一致的差異等，所造成的並聯二極體電流的差異，能提供一種穩定可靠的大功率開關電源的主迴路。
文檔編號H02M7/04GK201577037SQ20092004832
公開日2010年9月8日 申請日期2009年9月4日 優先權日2009年9月4日
發明者李順清, 田樹春 申請人:揚州雙鴻電子有限公司