極少元件的隔離電源的製作方法
2024-03-06 20:53:15
本實用新型涉及隔離電源，具體地，涉及極少元件的隔離電源。
背景技術：
有源濾波器和靜止無功發生器並聯於電網中，相當於一個可控的無功和諧波電流源，其無功電流和諧波電流可以快速地跟隨負荷無功電流和諧波電流的變化而變化，自動補償電網系統所需無功功率和諧波，對電網無功功率和諧波實現動態無功補償，屬於靈活柔性交流輸電系統(FACTS)的重要組成部分。
在有源濾波器和靜止無功發生器中，IGBT會產生比較大的dv/dt，所以IGBT的驅動電源和通訊電路的電源都會採用無反饋的電源來減少原副邊之間的耦合電容，以免控制電路受到幹擾。其中，v表示電壓，t表示時間。
目前傳統的隔離電源通常採用以下2種拓撲：
第一種，副邊無電感的半橋電路，這種拓撲原邊的主電路由2個開關管、2個串聯電容以及1個隔離變壓器組成。這種電路只有2個開關管，驅動電路相對簡單。但是2個串聯電容的容值有差異會引起輸出電壓有較大的波動。
第二種，副邊無電感的全橋電路，這種拓撲原邊的主電路由4個開關管和1個隔離變壓器組成。這種電路沒有半橋的輸出電壓波動大的缺點，但是4個開關管決定了其成本高和開關管的驅動電路極其複雜。
技術實現要素：
針對現有技術中的缺陷，本實用新型的目的在於提出一種應用於有源濾波器和靜止無功發生器的元件極少的隔離電源。
根據本實用新型提供的一種極少元件的隔離電源，包括功率電路；
功率電路包括輸入直流電源、場效應管2a、場效應管2b、隔離變壓器、儲能電容；
隔離變壓器包括原邊線圈3a、副邊線圈3b；
輸入直流電源的正極與場效應管2a的漏極相連，場效應管2a的源級、場效應管2b的漏級、原邊線圈3a的一端相連，場效應管2b的源極連接至輸入直流電源的負極，原邊線圈3a的另一端連接至儲能電容的一端，儲能電容的另一端連接輸入直流電源的負極。
優選地，功率電路中開關管的數量為2個，分別為場效應管2a、場效應管2b；
儲能電容的數量為1個；
隔離變壓器的數量為1個。
優選地，還包括整流二極體D5、整流二極體D6、整流二極體D7、整流二極體D8、輸出濾波電容；
副邊線圈3b的一端、整流二極體D5的陽極、整流二極體D6的陰極相連，副邊線圈3b的另一端、整流二極體D7的陽極、整流二極體D8的陰極相連，整流二極體D5的陰極、整流二極體D7的陰極、輸出濾波電容的一端相連，整流二極體D6的陽極、整流二極體D8的陽極、輸出濾波電容的另一端相連。
優選地，還包括控制電路；
儲能電容的一端連接至控制電路的輸入端，控制電路的第一PWM輸出端連接場效應管2a的柵極，控制電路的第二PWM輸出端連接場效應管2b的柵極。
優選地，控制電路包括RS觸發器U1、比較器U2、運算放大器U3、晶振U4、電阻R1、電容C1、電阻R2、電阻R3；
電阻R2的一端連接至儲能電容的一端，電阻R2的另一端、電阻R3的一端、電容C1的一端、電阻R1的一端、運算放大器U3的同相端連接，運算放大器U3的反相端連接至參考電壓端，運算發大器U3的輸出端、比較器U2的同相端、電阻R1的另一端、電容C1的另一端連接，比較器U2的反相端連接至晶振U4，比較器U2的輸出端連接至RS觸發器U1的R口，RS觸發器U1的Q口作為第一PWM輸出端連接至場效應管2b的柵極，RS觸發器U1的口作為第二PWM輸出端連接至場效應管2a的柵極。
優選地，Q口輸出的PWM信號記為PWMA信號，口輸出PWM信號記為PWMB信號；PWMA信號與PWMB信號互補。
優選地，場效應管2a和場效應管2b受控制電路輸出的PWM信號控制，工作在兩種狀態：
狀態1、場效應管2a處於導通狀態、場效應管2b處於關斷狀態
在狀態1下，輸入直流電源通過場效應管2a傳遞能量給原邊線圈3a和儲能電容，儲能電容上的電壓升高；原邊線圈3a將能量傳遞至副邊線圈3b，副邊線圈3b通過整流二極體D5和整流二極體D8將能量傳遞至輸出濾波電容中；
狀態2、場效應管2b處於導通狀態、場效應管2a處於關斷狀態
在狀態2下，儲能電容傳遞能量給原邊線圈3a，儲能電容4釋放能量電壓降低；原邊線圈3a將能量傳遞至副邊線圈3b，副邊線圈3b通過整流二極體D5和整流二極體D8將能量傳遞至輸出濾波電容中。
與現有技術相比，本實用新型具有如下的有益效果：
1、本實用新型結構合理，成本較低。
2、本實用新型的原邊主電路只有2個開關管和1個儲能電容、1個隔離變壓器，主電路所用元件少於半橋隔離電源和全橋隔離電源，相應的使用元件越少其電路的可靠性越高。
3、主電路只有2個開關管，所以其驅動電路和半橋一樣比較簡單和方便，並且兼具全橋輸出電壓穩定的優點。作為所述2個開關管的場效應管2a、2b以及控制電路中的元件都包含在電源管理晶片中，在實際產品中使用這樣的電路有成本低、設計簡單、可靠性高的優點。
附圖說明
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯：
圖1為本實用新型提供的極少元件的隔離電源的結構示意圖。
圖2為本實用新型中控制電路的結構示意圖。
圖中：
1-輸入直流電源
2-2個開關管和控制電路
3-隔離變壓器
4-儲能電容
9-輸出濾波電容
具體實施方式
下面結合具體實施例對本實用新型進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本實用新型，但不以任何形式限制本實用新型。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬於本實用新型的保護範圍。
如圖1所示，本實用新型提供的極少元件的隔離電源，包括功率電路和控制電路。
功率電路包括輸入直流電源1、場效應管2a、場效應管2b、隔離變壓器3的原邊線圈3a、儲能電容4、隔離變壓器3的副邊線圈3b、整流二極體D5、整流二極體D6、整流二極體D7、整流二極體D8、輸出濾波電容9。
功率電路中儲能電容4上的電壓連接至控制電路中，控制電路輸出一對互補的控制信號至功率電路的場效應管2a的柵極和場效應管2b的柵極，以調節儲能電容4上的電壓。
功率電路分為隔離變壓器的原邊和副邊。原邊電路包括：輸入直流電源1的正極與場效應管2a的漏極相連，場效應管2a的源級、場效應管2b的漏級、隔離變壓器原邊線圈3a的一端相連，場效應管2b的源極連接至輸入直流電源1的負極，隔離變壓器原邊線圈3a的另一端連接至儲能電容4的一端，儲能電容4的另一端連接輸入直流電源1的負極。
副邊電路包括：隔離變壓器3的副邊線圈3b的一端、整流二極體D5的陽極、整流二極體D6的陰極相連，隔離變壓器3的副邊線圈3b的另一端、整流二極體D7的陽極、整流二極體D8的陰極相連，整流二極體D5的陰極、整流二極體D7的陰極、輸出濾波電容9的一端相連，整流二極體D6的陽極、整流二極體D8的陽極、輸出濾波電容9的另一端相連。
功率電路中場效應管2a和場效應管2b受控制電路輸出的PWM信號控制，其工作在兩種狀態：
狀態1、場效應管2a處於導通狀態、場效應管2b處於關斷狀態
在狀態1下，輸入直流電源1通過場效應管2a傳遞能量給隔離變壓器3的原邊線圈3a和儲能電容4，儲能電容4上的電壓升高。隔離變壓器3的原邊線圈3a將能量傳遞至副邊線圈3b，副邊線圈3b通過整流二極體D5和整流二極體D8將能量傳遞至輸出濾波電容9中。
狀態2、場效應管2b處於導通狀態、場效應管2a處於關斷狀態
在狀態2下，儲能電容4傳遞能量給隔離變壓器的原邊線圈3a，儲能電容4釋放能量電壓降低。隔離變壓器的原邊線圈3a將能量傳遞至副邊線圈3b，副邊線圈3b通過整流二極體D5和整流二極體D8將能量傳遞至輸出濾波電容9中。
如圖2所示，控制電路包括一個RS觸發器U1、比較器U2、運算放大器U3、晶振U4、電阻R1、電容C1、電阻R2、電阻R3。
電阻R2的一端連接至反饋電壓即儲能電容4的一端，電阻R2的另一端、電阻R3的一端、電容C1的一端、電阻R1的一端、運算放大器U3的同相端連接，運算放大器U3的反相端連接至參考電壓，運算發大器U3的輸出端、比較器U2的同相端、電阻R1的另一端、電容C1的另一端連接，比較器U2的反相端連接至晶振U4，比較器U2的輸出端連接至RS觸發器U1的R口，RS觸發器U1的Q口輸出PWM信號連接至場效應管2b的柵極，RS觸發器U1的口輸出PWM信號連接至場效應管2a的柵極。其中，Q口輸出的PWM信號記為PWMA信號，口輸出PWM信號記為PWMB信號。PWMA信號與PWMB信號互補。
儲能電容4上的電壓經過電阻R2和電阻R3分壓送入運算放大器U4的同相端，運算放大器U3和電阻R1、電容C1一起構成一個比例積分電路，比較反饋電壓和參考電壓的差值，將誤差電壓積分和放大在輸出端得到控制電壓，再將控制電壓送入比較器U2的同相端。比較器U2比較控制電壓和晶振U4輸入的信號得到控制場效應管的PWM信號，將PWM信號輸入RS觸發器U1。RS觸發器U1由輸入的PWM信號，產生一對互補的控制信號來控制場效應管2a和場效應管2b，控制主電路在狀態1和狀態2的時間比來調節儲能電容4上的電壓。
以上對本實用新型的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本實用新型並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變化或修改，這並不影響本實用新型的實質內容。在不衝突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特徵可以任意相互組合。