專利名稱：倍壓整流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源電路，具體地說，涉及一種倍壓并整流的電源電路。
背景技術(shù)：
目前，以電荷泵為基礎(chǔ)的高壓倍壓整流電路，于1932年由COCCROFT和WALTON提出，通常稱為C-W倍壓整流電路。一種常見拓樸如圖1所示，其中次級的整流管和電荷泵電容可以照圖中方式反復(fù)的加上去，使輸出電壓越疊越高。如果把所有二極管反向，輸出電壓極性會相反。通常每2倍稱為一階，上述4倍壓整流電路是2階。
當變壓器次級輸出為上負下正時，電流流向如圖2所示。變壓器次級向上臂兩個電容充電。
當變壓器次級輸出上正下負時，電流流向如圖3。上臂電容和變壓器向下臂兩個電容充電。如果不帶負載，穩(wěn)態(tài)時，電容C1上的電壓為U，電容C2、C3和C4、上的電壓為2U，總的輸出電壓為4U，所以可以選用耐壓較低的電容。但因為電容是串聯(lián)放電，所以紋波較大。假設(shè)輸出電流為I，每個電容的容量相同，為C，交流電源頻率為f，則N階倍壓電路的輸出電壓紋波為(N+1)N4IfC.]]>電路可以改進如圖4所示。變壓器次級有兩個繞組，由兩個對稱的C-W電路組成，兩路相對的紋波電流互相抵消，輸出紋波會小很多，電容電壓應(yīng)力同樣不超過2U。
但是，上述電路原本是對正弦波形交流電進行倍壓操作，輸入電壓高低直接影響輸出電壓，沒有控制的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述技術(shù)問題而設(shè)計的一種倍壓整流電路。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種倍壓整流電路，包括變壓器、C-W倍壓電路和PWM控制電路。變壓器初級異名端接電源輸入Vin，變壓器初級同名端與開關(guān)管Q1的漏極相連；PWM控制電路的輸出與開關(guān)管Q1的柵極相連，開關(guān)管Q1的源極與地相連；變壓器次級與C-W倍壓電路相連，C-W倍壓電路為多階倍壓電路。
所述C-W倍壓電路可以為任意多階倍壓電路。
優(yōu)選地，所述倍壓整流電路中的C-W倍壓電路為二階倍壓電路，它包括電容C1、C2、C3和C4，二極管D1、D2、D3和D4，其中電容C1的一個管腳與二極管D1負極以及二極管D2正極相連，二極管D1正極接地，電容C2串接在二極管D1正極和二極管D2負極之間，二極管D2負極與二極管D3正極相連，電容C3串接在二極管D2負極和二極管D3正極之間，二極管D3負極與二極管D4正極相連，電容C4串接在二極管D3正極和二極管D4的負極之間，二極管D4負極為電源輸出端Vo。
所述倍壓整流電路中的C-W倍壓電路包括電容C1、C2、C3和C4，二極管D1、D2、D3和D4，并增加了儲能電感L1和L2，其中儲能電感L1串接在電容C1和二極管D1負極之間，儲能電感L2串接在電容C3和二極管D3負極之間。
所述倍壓整流電路中的變壓器T1次級為雙繞組，其中第二繞組同名端與第一繞組異名端相連，二極管D5正極與二極管D1正極相連，電容C5串接在二極管D5負極和第二繞組異名端之間，二極管D5負極與二極管D6正極相連，儲能電感L3串接在電容C2和二極管D6負極之間，二極管D7正極與二極管D3正極相連，電容C6串接在二極管D6正極和二極管D7負極之間，儲能電感L4串接在電容C4和二極管D8負極之間，二極管D8正極與二極管D7負極相連。
在開關(guān)電源上實現(xiàn)倍壓整流電路，則需要加進PWM控制。對中小功率產(chǎn)品而言，初級采用單端電路比較經(jīng)濟。在倍壓電路中，次級正反兩種極性都在輸出能量；并且是通過極性的轉(zhuǎn)換過程實現(xiàn)次級的電壓疊加。所以如果把這種電路初級換成PWM控制的單端開關(guān)脈動直流，則不同于常規(guī)的正激或反激，而是在正反兩部分都輸出電壓并且兩個電壓疊加的一種拓樸。其中正激部分輸出電壓直接由輸入電壓和變壓器變比影響，不可控，只有反激部分的電壓受占空比影響，可控制。因此，一種可行的拓樸是初級單端電路，次級正反輸出，以反激為PWM控制的電路。
直接把初級換成單端PWM控制電路后拓樸如圖5所示，假設(shè)變壓器變比為K，占空比為D，變壓器應(yīng)當適當開氣隙以儲存能量。這個電路次級工作方式類似C-W電路，只是次級正反兩種極性的電壓是不相等的。初級開關(guān)導(dǎo)通時，根據(jù)同名端次級處于上負下正狀態(tài)，初級能量通過變壓器給電容C1、C3充電。此時C1、C3上電壓為變壓器次級電壓Vin/K。當初級開關(guān)關(guān)斷時，次級繞組上電壓為VinD/K(1-D)，變壓器里儲存的能量向外釋放，C2、C4上電壓為C1、C3上原有電壓疊加上繞組電壓，等于Vin/K(1-D)，這也是這種電路的一階輸出電壓。對于N階倍壓，最終輸出Vo＝NVin/K(1-D)。
但是，這樣的電路雖然可以實現(xiàn)倍壓，卻有很大缺陷。在初級關(guān)斷時候，C1、C3向C2、C4充電同時也給輸出負載提供電流，電容放電必然導(dǎo)致電壓下降。當初級再次開通時候，次級正激電壓Vin/K是固定的，而C1、C3此時電壓低于這一值，重新充電時次級對C1、以及C2對C3必然形成極大的充電電流尖峰。由此帶來的電應(yīng)力沖擊、EMI干擾、變壓器損耗大等一系列問題。為此，可以給正激臂加上儲能電感，抑制電流突變。
如圖所示6，在正激半周期里變壓器次級上負下正，繞組通過L1、L2給C1、C3充電，充電過程中電感上的壓差彌補了次級繞組與電容間的壓差，使充電電流無尖峰，同時電感儲能。在反激半周期里變壓器次級上正下負，正常實現(xiàn)倍壓，同時L1、L2通過D2、D4續(xù)流放電，續(xù)流放電期間電感上的電壓相當于一階的輸出電壓。此時輸出電壓Vo＝N[Vin/K(1-D)-VL]，其中的VL是正激過程中L1、L2上的電壓，這個電壓值受輸出負載大小影響而變化，負載越重電壓越大，此時為保證輸出電壓需要更大占空比。假設(shè)電容量很大忽略周期內(nèi)電容上電壓波動，則最極端情況下L1、L2存了足夠多的能量，以至于整個反激周期里電感L1、L2的電都沒放完，則根據(jù)伏秒平衡可以推導(dǎo)出VL＝Vin/K，此時C1上沒有電壓，而C2＝C3＝C4＝VinD/K(1-D)，最終輸出電壓Vo＝NVinD/K(1-D)，相當于只把反激電壓疊加起來；但此時功率拓樸不同于反激，因為有相當部分輸出能量是在初級導(dǎo)通時候傳遞到次級的，包括直接輸出或存在次級電感內(nèi)，在續(xù)流時輸出。所以變壓器需要儲存的能量小于反激，設(shè)計時可以實現(xiàn)較小的紋波電流，有利于改善EMI。
這一電路同樣可以用雙繞組實現(xiàn)輸出紋波電壓抵消，如圖7所示。經(jīng)實測，用二倍壓電路做一個小型的15W功率400V輸出的產(chǎn)品，效率比常規(guī)反激方案高了將近5個百分點，變壓器加工難度大幅度減輕，并且紋波噪聲也有改善。
本發(fā)明的有益效果是該倍壓整流電路是一種以單端反激做PWM控制，附帶正激電壓輸出，可以在次級通過電荷泵把反激電壓和正激電壓反復(fù)疊加起來，實現(xiàn)高壓輸出的開關(guān)電源電路。在正激回路中，加進了儲能電感，使得電路拓樸及相應(yīng)性能和常見的C-W倍壓電路有根本性區(qū)別。在中小功率高壓產(chǎn)品中，應(yīng)用此電路可以有效減少變壓器匝數(shù)，改善器件耐壓選用，由此可以形成優(yōu)化臨近損耗和開關(guān)損耗以提高效率、并部分改善EMI特性的效果。


圖1為普通的C-W倍壓整流電路原理圖。
圖2為當變壓器次級輸出為上負下正時，普通的C-W倍壓整流電路電流流向示意圖。
圖3為當變壓器次級輸出為上正下負時，普通的C-W倍壓整流電路電流流向示意圖。
圖4為變壓器次級有兩個繞組時普通的C-W倍壓整流電路原理圖。
圖5為本發(fā)明倍壓整流電路原理圖。
圖6為本發(fā)明增加了儲能電感的倍壓整流電路原理圖。
圖7為本發(fā)明變壓器次級有兩個繞組并增加了儲能電感的倍壓整流電路原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
如圖5所示，本發(fā)明一種倍壓整流電路，包括變壓器、C-W倍壓電路和PWM控制電路。變壓器初級異名端接電源輸入Vin，變壓器初級同名端與開關(guān)管Q1的漏極相連；PWM控制電路的輸出與開關(guān)管Q1的柵極相連，開關(guān)管Q1的源極與地相連；變壓器次級與C-W二階倍壓電路相連。所述二階倍壓整流電路中的C-W倍壓電路包括電容C1、C2、C3和C4，二極管D1、D2、D3和D4，其中電容C1的一個管腳與二極管D1負極以及二極管D2正極相連，二極管D1正極接地，電容C2串接在二極管D1正極和二極管D2負極之間，二極管D2負極與二極管D3正極相連，電容C3串接在二極管D2負極和二極管D3正極之間，二極管D3負極與二極管D4正極相連，電容C4串接在二極管D3正極和二極管D4的負極之間，二極管D4負極為電源輸出端Vo。
如圖6所示，所述倍壓整流電路中的C-W倍壓電路包括電容C1、C2、C3和C4，二極管D1、D2、D3和D4，并增加了儲能電感L1和L2，其中儲能電感L1串接在電容C1和二極管D1負極之間，儲能電感L2串接在電容C3和二極管D3負極之間。
如圖7所示，所述倍壓整流電路中的變壓器T1次級為雙繞組，其中第二繞組同名端與第一繞組異名端相連，二極管D5正極與二極管D1正極相連，電容C5串接在二極管D5負極和第二繞組異名端之間，二極管D5負極與二極管D6正極相連，儲能電感L3串接在電容C2和二極管D6負極之間，二極管D7正極與二極管D3正極相連，電容C6串接在二極管D6正極和二極管D7負極之間，儲能電感L4串接在電容C4和二極管D8負極之間，二極管D8正極與二極管D7負極相連。
本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下得出的其他任何與本發(fā)明相同或相近似的電路，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種倍壓整流電路，包括變壓器、C-W倍壓電路和PWM控制電路；其特征在于變壓器初級異名端接電源輸入Vin，變壓器初級同名端與開關(guān)管(Q1)的漏極相連；PWM控制電路的輸出與開關(guān)管(Q1)的柵極相連，開關(guān)管(Q1)的源極與地相連；變壓器次級與C-W倍壓電路相連，C-W倍壓電路為多階倍壓電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍壓整流電路，其特征在于所述C-W倍壓電路為多階倍壓電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的倍壓整流電路，其特征在于所述C-W倍壓電路為二階倍壓電路，它包括電容(C1、C2、C3和C4)，二極管(D1、D2、D3和D4)，其中電容(C1)的一個管腳與二極管(D1)負極以及二極管(D2)正極相連，二極管(D1)正極接地，電容(C2)串接在二極管(D1)正極和二極管(D2)負極之間，二極管(D2)負極與二極管(D3)正極相連，電容(C3)串接在二極管(D2)負極和二極管(D3)正極之間，二極管(D3)負極與二極管(D4)正極相連，電容(C4)串接在二極管(D3)正極和二極管(D4)的負極之間，二極管(D4)負極為電源輸出端Vo。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的倍壓整流電路，其特征在于所述C-W倍壓電路包括電容(C1、C2、C3和C4)，二極管(D1、D2、D3和D4)，并增加了儲能電感(L1、L2)，其中儲能電感(L1)串接在電容(C1)和二極管(D1)負極之間，儲能電感(L2)串接在電容(C3)和二極管(D3)負極之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的倍壓整流電路，其特征在于變壓器(T1)次級為雙繞組，其中第二繞組同名端與第一繞組異名端相連，二極管(D5)正極與二極管(D1)正極相連，電容(C5)串接在二極管(D5)負極和第二繞組異名端之間，二極管(D5)負極與二極管(D6)正極相連，儲能電感(L3)串接在電容(C2)和二極管(D6)負極之間，二極管(D7)正極與二極管(D3)正極相連，電容(C6)串接在二極管(D6)正極和二極管(D7)負極之間，儲能電感(L4)串接在電容(C4)和二極管(D8)負極之間，二極管(D8)正極與二極管D7負極相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種倍壓整流電路，包括變壓器、C－W倍壓電路和PWM控制電路。變壓器初級異名端接電源輸入V
文檔編號H02M3/28GK101075787SQ20071011806
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者盧作烜, 李小宇 申請人:北京新雷能有限責任公司