一種防止電源輸出電流倒灌的方法
2023-12-11 08:54:57 2
一種防止電源輸出電流倒灌的方法
【專利摘要】本發明提供一種防止電源輸出電流倒灌的方法，其具體實現步驟為：在電流輸入端設置濾波整流電路，通過該濾波整流後將交流電轉化為直流電，然後經過PFC升壓電路升壓轉化成高壓直流電；高壓直流電經過PWM控制電路以及變壓器將高壓直流轉化為低壓直流；該低壓直流電路通過輸出整流濾波電路後輸出，供負載使用；在PWM控制電路與輸出整流濾波電路之間設置微分電路，PWM控制電路輸出端、PFC升壓電路輸出端及變壓器的輸入端之間設置有嵌位電路。該一種防止電源輸出電流倒灌的方法和現有技術相比，有效防止電流倒灌，提高電源的轉換效率，避免資源浪費。
【專利說明】一種防止電源輸出電流倒灌的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電源設計【技術領域】，具體的說是一種基於肖特二極體、防止電源輸出電流倒灌的方法。
【背景技術】
[0002]在全球提倡節能環保的趨勢下，如何提高能源的有效利用率減少對當前的能源浪費以及對環境造成的影響，各國相繼推出了與之相應的能源認證，例如美國對PC電源做出了 80PLUS的認證，來提高電源的轉換效率，避免不必要的資源浪費。
[0003]在AC-DC電源中為提高效率，減少能源的浪費，採用同步整流方案來代替傳統式的肖特二極體整流，效率能夠提升5個百分點左右。同步整流方案中用MOSFET來整流，其導通壓降只有0.1V，而肖特二極體導通壓降在0.5V以上，由此可以看出肖特二極體整流對效率的影響是非常大的，因而，如何在肖特二極體的基礎上完成更好的整流效果，對電源轉換效率的改進十分關鍵，基於此，現提供一種防止電源輸出電流倒灌的方法。
【發明內容】
[0004]本發明的技術任務是解決現有技術的不足，提供一種基於肖特二極體、防止電源輸出電流倒灌的方法。
[0005]本發明的技術方案是按以下方式實現的，該一種防止電源輸出電流倒灌的方法，其具體實現步驟為:
在電流輸入端設置濾波整流電路，通過該濾波整流後將交流電轉化為直流電，然後經過PFC升壓電路升壓轉化成高壓直流電；
高壓直流電經過PWM控制電路以及變壓器將高壓直流轉化為低壓直流；
該低壓直流電路通過輸出整流濾波電路後輸出，供負載使用；
在PWM控制電路與輸出整流濾波電路之間設置微分電路，PWM控制電路輸出端、PFC升壓電路輸出端及變壓器的輸入端之間設置有嵌位電路。
[0006]上述PFC是Power Factor Correction的縮寫，即功率因數矯正。
[0007]所述濾波整流電路包括串聯的EMI濾波器和全橋整流器；所述PFC升壓電路包括連接全橋整流器輸出端的電感L1、與電感LI輸出端連接的二極體Dl和MOS場效應管Ql、與MOS場效應管Ql的柵極連接的PFC控制晶片；所述PWM控制電路包括與PFC控制晶片輸出端連接的PWM控制晶片、柵極連接PWM控制晶片輸出端的MOS場效應管Q2 ;所述輸出整流濾波電路包括漏極與變壓器一輸出端連接的MOS場效應管Q3、與MOS場效應管Q3的柵極連接的同步整流控制器、並聯的電容C1、C2和C3，所述並聯的電容C1、C2和C3設置在變壓器另一輸出端和MOS場效應管Q3的源極之間，該變壓器的另一輸出端、MOS場效應管Q3的源極均連接電源輸出端。
[0008]所述微分電路的輸出端與同步整流控制器的輸入端之間設置有電流倒灌控制晶片。[0009]所述嵌位電路設置在MOS場效應管Q2的漏極、二極體Dl的輸出端及變壓器的輸入端之間。
[0010]所述嵌位電路包括與MOS場效應管Q2漏極連接的二極體D2、並聯後再與二極體D2輸出端串聯的電容Cl和電阻Rl，該電容Cl和電阻Rl的輸出端連接二極體Dl的輸出端和變壓器的一輸入端。
[0011]所述電源輸入端輸入的電壓為交流IlOV?264V。
[0012]所述二極體Dl、二極體D2均為肖特基二極體。
[0013]所述PWM控制晶片的輸出端還通過串聯的光耦合器、穩壓晶片連接電源輸出端。
[0014]本發明與現有技術相比所產生的有益效果是:
本發明的一種防止電源輸出電流倒灌的方法解決輸出電流倒灌問題，保證整流MOS場效應管不會被反向擊穿，保證輸出電壓的正常，提高電源轉換效率，安全性高，避免不必要的資源浪費，節省成本，實用性強，易於推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]附圖1是本發明的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明的一種防止電源輸出電流倒灌的方法作以下詳細說明。
[0017]為提高電源效率本發明採用同步整流方案代替傳統式的二極體整流方案，但是同步整流在一些極端惡劣的環境下比如低溫等，會造成同步整流方案中用作整流的MOS場效應管MOSFET非正常動作，引起輸出電流倒灌導致整流MOSFET反向擊穿損壞以及輸出電壓異常，而本發明的用於防止電源輸出電流倒灌的方法則解決上述問題，本發明主要通過兩級實現:第一級經過整流橋整流後把交流電轉化為直流電，然後經過DC-DC BOOST拓撲升壓，來降低諧波電流減少能源消耗；第二級採用變壓器隔離反激式的DC-DC BUCK拓撲結構，把高壓直流轉化為低壓直流，同時把一次側MOSFET柵極信號經過微分電路以及肖特二極體後轉化為高電平脈衝用此脈衝來強制關斷二次側MOSFET ;最後經過同步整流以及濾波後轉化為低紋波的輸出電壓。如附圖1所示，其具體實現步驟為:
在電流輸入端設置濾波整流電路，通過該濾波整流後將交流電轉化為直流電，然後經過PFC升壓電路升壓轉化成高壓直流電；
高壓直流電經過PWM控制電路以及變壓器將高壓直流轉化為低壓直流；
該低壓直流電路通過輸出整流濾波電路後輸出，供負載使用；
在PWM控制電路與輸出整流濾波電路之間設置微分電路，PWM控制電路輸出端、PFC升壓電路輸出端及變壓器的輸入端之間設置有嵌位電路。
[0018]上述技術方案中的PFC升壓電路可將電壓升至400V定值，此電路主要用於矯正功率因子，降低諧波電流以使電源供應器的輸出能符合法規對諧波電流的要求；PWM控制電路用於將流過PFC升壓電路之後的高壓直流電源切換成高頻方波信號，以便利用高頻變壓器作降壓；嵌位電路的作用是降低變壓器的漏感尖峰；變壓器具有隔離及降壓作用；輸出整流濾波電路將隔離變壓器降壓後的高頻脈衝低壓直流電流再作整流與濾波，使輸出電壓成為一穩定直流電源。[0019]所述濾波整流電路包括串聯的EMI濾波器和全橋整流器；所述PFC升壓電路包括連接全橋整流器輸出端的電感L1、與電感LI輸出端連接的二極體Dl和MOS場效應管Q1、與MOS場效應管Ql的柵極連接的PFC控制晶片；所述PWM控制電路包括與PFC控制晶片輸出端連接的PWM控制晶片、柵極連接PWM控制晶片輸出端的MOS場效應管Q2 ;所述輸出整流濾波電路包括漏極與變壓器一輸出端連接的MOS場效應管Q3、與MOS場效應管Q3的柵極連接的同步整流控制器、並聯的電容C1、C2和C3，所述並聯的電容C1、C2和C3設置在變壓器另一輸出端和MOS場效應管Q3的源極之間，該變壓器的另一輸出端、MOS場效應管Q3的源極均連接電源輸出端。
[0020]所述微分電路的輸出端與同步整流控制器的輸入端之間設置有電流倒灌控制晶片。
[0021]所述嵌位電路設置在MOS場效應管Q2的漏極、二極體Dl的輸出端及變壓器的輸入端之間，該嵌位電路可降低MOS場效應管Ql的電壓應力。
[0022]所述嵌位電路包括與MOS場效應管Q2漏極連接的二極體D2、並聯後再與二極體D2輸出端串聯的電容Cl和電阻Rl，該電容Cl和電阻Rl的輸出端連接二極體Dl的輸出端和變壓器的一輸入端。
[0023]所述電源輸入端輸入的電壓為交流IlOV?264V。
[0024]所述二極體Dl、二極體D2均為肖特基二極體。
[0025]所述PWM控制晶片的輸出端還通過串聯的光耦合器、穩壓晶片連接電源輸出端。
[0026]這樣交流輸入後，經過EMI濾波(針對電磁兼容測試)後，經過全橋整流以及工頻濾波電容後轉化為脈動高壓直流，經過PFC升壓電路(針對電磁兼容諧波電流測試，以此降低電流高次諧波，減少對市電影響，降低能耗)轉化成高壓直流電，經過PWM控制電路以及變壓器把高壓脈動直流轉化為低壓脈動直流，然後經過同步整流後轉化為低紋波的低壓直流，供負載使用。
[0027]同步整流方案在極端惡劣的環境測試會出現輸出端電容電流倒灌的情況，導致輸出電壓異常以及整流MOSFET擊穿損壞，增加微分電路後，在PWM MOSFET打開的時候(PWMMOSFET柵極為高電平時)，此信號經過微分電路以及肖特二極體轉化為只保留上沿的類三角波(高電平)，作為觸發電流倒灌晶片的驅動信號，經過同步整流控制晶片來強制同步整流MOSFET來關閉，防止電流倒灌。
[0028]上述技術方案中涉及的PFC控制晶片、PWM控制晶片、穩壓晶片、電流倒灌晶片均可採用現有技術的晶片，比如電流倒灌控制晶片可採用型號為LTC4352MS的晶片，故在此不再贅述。
[0029]除說明書所述技術特徵外，均為本專業技術人員的公知技術。
【權利要求】
1.一種防止電源輸出電流倒灌的方法，其特徵在於:其具體實現步驟為: 在電流輸入端設置濾波整流電路，通過該濾波整流後將交流電轉化為直流電，然後經過PFC升壓電路升壓轉化成高壓直流電； 高壓直流電經過PWM控制電路以及變壓器將高壓直流轉化為低壓直流； 該低壓直流電路通過輸出整流濾波電路後輸出，供負載使用； 在PWM控制電路與輸出整流濾波電路之間設置微分電路，PWM控制電路輸出端、PFC升壓電路輸出端及變壓器的輸入端之間設置有嵌位電路。
2.根據權利要求1所述的防止電源輸出電流倒灌的方法，其特徵在於:所述濾波整流電路包括串聯的EMI濾波器和全橋整流器；所述PFC升壓電路包括連接全橋整流器輸出端的電感L1、與電感LI輸出端連接的二極體Dl和MOS場效應管Ql、與MOS場效應管Ql的柵極連接的PFC控制晶片；所述PWM控制電路包括與PFC控制晶片輸出端連接的PWM控制晶片、柵極連接PWM控制晶片輸出端的MOS場效應管Q2 ;所述輸出整流濾波電路包括漏極與變壓器一輸出端連接的MOS場效應管Q3、與MOS場效應管Q3的柵極連接的同步整流控制器、並聯的電容Cl、C2和C3，所述並聯的電容Cl、C2和C3設置在變壓器另一輸出端和MOS場效應管Q3的源極之間，該變壓器的另一輸出端、MOS場效應管Q3的源極均連接電源輸出端。
3.根據權利要求2所述的防止電源輸出電流倒灌的方法，其特徵在於:所述微分電路的輸出端與同步整流控制器的輸入端之間設置有電流倒灌控制晶片。
4.根據權利要求2所述的防止電源輸出電流倒灌的方法，其特徵在於:所述嵌位電路設置在MOS場效應管Q2的漏極、二極體Dl的輸出端及變壓器的輸入端之間。
5.根據權利要求3所述的防止電源輸出電流倒灌的方法，其特徵在於:所述嵌位電路包括與MOS場效應管Q2漏極連接的二極體D2、並聯後再與二極體D2輸出端串聯的電容Cl和電阻R1，該電容Cl和電阻Rl的輸出端連接二極體Dl的輸出端和變壓器的一輸入端。
6.根據權利要求4所述的防止電源輸出電流倒灌的方法，其特徵在於:所述電源輸入端輸入的電壓為交流IlOV?264V。
7.根據權利要求4所述的防止電源輸出電流倒灌的方法，其特徵在於:所述二極體D1、二極體D2均為肖特基二極體。
8.根據權利要求4所述的防止電源輸出電流倒灌的方法，其特徵在於:所述PWM控制晶片的輸出端還通過串聯的光耦合器、穩壓晶片連接電源輸出端。
【文檔編號】H02H7/125GK103595027SQ201310545235
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】徐成焱, 劉澤, 周圓圓 申請人:浪潮集團有限公司