專利名稱：開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及對電力系統(tǒng)的開關(guān)電源，尤其涉及對開關(guān)電源中功率變換電路和輸出整流濾波電路的改進。
背景技術(shù)：
開關(guān)電源是用通過電路控制開關(guān)管進行高速的道通與截止。將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓的裝置。它的主要電路包括輸入電磁干擾濾波器(EMI)、整流濾波電路、功率變換電路、PWM(脈沖寬度調(diào)制) 控制器電路、輸出整流濾波電路等。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。目前DC/DC (功率變換電路)應(yīng)用較多有硬開關(guān)模式(包括直接二極管整流，同步整流等)和軟開關(guān)模式。其中硬開關(guān)由于功率管開通和截止時，電壓/電流不為零，高壓和大電流的應(yīng)力極大地增加了開關(guān)損耗，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器效率較低，所以單純硬開關(guān)在高效電力轉(zhuǎn)換器上的應(yīng)用很有限。而軟開關(guān)的應(yīng)用由于開關(guān)管電子應(yīng)力為零，極大地降低了開關(guān)損耗，對設(shè)計人員應(yīng)用更高的轉(zhuǎn)換頻率，得到更高的轉(zhuǎn)換效率是很有幫助。而軟開關(guān)的技術(shù)也有很多種，應(yīng)用最廣泛的就是諧振軟開關(guān)技術(shù)，就是通過諧振的方式達到開通/截止時零電壓/零電流的目的。而這種諧振軟開關(guān)又分為帶輔助開關(guān)控制的諧振軟開關(guān)和不帶輔助開關(guān)的諧振軟開關(guān)。帶輔助開關(guān)式的諧振軟開關(guān)由于控制復(fù)雜，電路復(fù)雜，在應(yīng)用方面有一定的限制?！峨娫醇夹g(shù)應(yīng)用》2008年第12期(國際標準刊號ISSN0219-2713)，“基于UC3875 的ZVZCS PWM軟開關(guān)直流電源的研制”(牟翔永、陳慶川、朱明)，詳細介紹了移相諧振控制芯片UC3875的電器特性與基本功能，并以其為控制核心設(shè)計了一臺1. 2kW、70kHz的移相式 ZVZCS PWM軟開關(guān)直流電源。并進行了仿真實驗，實驗表明以UC3875為核心的控制部分結(jié)構(gòu)簡單可靠，電源主電路開關(guān)管均實現(xiàn)了軟開關(guān)，并克服了單純的ZVS或ZCS軟開關(guān)模式的缺點，可有效減少開關(guān)管開關(guān)過程中引起的損耗，有利于提高電源開關(guān)頻率，減少電源體積和重量。但分析該文獻提供的具體技術(shù)方案(該文獻圖1)，不難發(fā)現(xiàn)，變壓器兩側(cè)頻率相同。這樣，在輸入寬范圍和負載變化大的情況下，存在對滯后功率管的零電壓開通不理想的情況。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對以上問題，提供了一種相控軟開關(guān)在帶載變化時，能對滯后功率管的準確諧振進行控制的開關(guān)電源。本實用新型的技術(shù)方案是包括輸入電磁干擾濾波器、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制電路和輸出整流濾波電路，所述功率變換電路與輸出整流濾波電路通過耦合變壓器相連，功率變換電路連接所述耦合變壓器初級線圈，輸出整流濾波電路連接所述耦合變壓器次級線圈，[0008]所述功率變換電路包括功率管S1-S4、電容器C1-C3、電感器Lk和二極管D1-D2 ； 所述功率管S1-S4中的功率管Si、功率管S3串接為超前臂，且反向并聯(lián)所述二極管D1-D2、 起外接吸收作用的電容器C1-C3 ；所述功率管S2、功率管S4構(gòu)成滯后臂；所述輸出整流濾波電路包括場效應(yīng)管Sc、二極管Da、二極管Db、二極管Dc和電容 Cc ；所述場效應(yīng)管&并接二極管Dc，再與電容Cc串接構(gòu)成倍頻電路。所述次級線圈上還設(shè)有輔助繞組，所述輔助繞組連接所述PWM控制器電路。 所述PWM控制電路中設(shè)有UC3875芯片，所述功率管S1-S4分別連接UC3875芯片。本實用新型首先采用的是相控軟開關(guān)技術(shù)的DC/DC變換，采用相控軟開關(guān)技術(shù)的目的是避免諧振軟開關(guān)復(fù)雜的應(yīng)用控制，同時可以使開關(guān)管在零電壓/零電流狀態(tài)下開通和截止，從而極大地減小了功率器件的開關(guān)損耗，有效地提高了效率。減少了模塊的重量和體積。采用雙路全橋變換模式，提高轉(zhuǎn)換變壓器的使用效率，而且雙路全橋變換在低壓輸出和高壓輸出時可以相互平衡和動態(tài)調(diào)節(jié)，有效改善了單全橋模式下的占空比丟失引起的輸出電壓不穩(wěn)和控制系統(tǒng)相位裕度不夠造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定等問題。通過倍頻相控單元，控制直流變換的相位變化，動態(tài)調(diào)整兩路相控電路的負載平衡，達到直流倍頻變換而每個相控電路基頻工作的特點。也即整機的PWM開關(guān)頻率提高了一倍，而對應(yīng)于每個相控全橋變換電路而言，它們的工作頻率都是基本頻率。本實用新型采用的是不帶輔助開關(guān)的諧振軟開關(guān)技術(shù)，即相控軟開關(guān)技術(shù)，它具有基本電路簡單，控制簡潔，故障點少，可控穩(wěn)定性高等優(yōu)點。并且創(chuàng)新性地使用了倍頻技術(shù)，采用雙主回路倍頻相控轉(zhuǎn)換模式，通過雙電路移相控制單元動態(tài)地自動調(diào)整雙主回路的負載變化，有效地彌補了相控電路在輸入寬范圍和負載變化大的情況下對滯后管的零電壓開通不理想的情況。這種移相倍頻技術(shù)，由于解決了相控軟開關(guān)在帶載變化時對滯后功率管的準確諧振控制，對整機轉(zhuǎn)換效率方面對比其他類型的軟開關(guān)技術(shù)具有極大的優(yōu)越性，而控制主回路的相對更簡潔更穩(wěn)定則帶來了應(yīng)用的廣泛適應(yīng)性，在高效節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用具有領(lǐng)先水平。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，目前DC/DC應(yīng)用的基本都是采用單橋變換電路，這種拓撲結(jié)構(gòu)適合于輸出要穩(wěn)壓的系統(tǒng)，對于輸出寬范圍調(diào)節(jié)的應(yīng)用，會帶來變比過大，占空比丟失，造成輸出電壓振蕩不穩(wěn)，甚至低壓時不能穩(wěn)壓等問題。而且容易造成控制系統(tǒng)的相位裕度不夠， 系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。雙路全橋變換模式，有兩個相互動態(tài)調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)，可以做到寬范圍輸出時系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸出電壓的穩(wěn)壓特性。

圖1是本實用新型中功率變換電路和輸出整流濾波電路的結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實施方式
本實用新型包括輸入電磁干擾濾波器、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制電路和輸出整流濾波電路，所述功率變換電路與輸出整流濾波電路通過耦合變壓器相連，功率變換電路連接所述耦合變壓器初級線圈，輸出整流濾波電路連接所述耦合變壓器次級線圈，如圖1所示[0019]所述功率變換電路包括功率管S1-S4、電容器C1-C3、電感器Lk和二極管D1-D2 ； 所述功率管S1-S4中的功率管Si、功率管S3串接為超前臂，且反向并聯(lián)所述二極管D1-D2、 起外接吸收作用的電容器C1-C3 ；所述功率管S2、功率管S4構(gòu)成滯后臂；所述輸出整流濾波電路包括場效應(yīng)管Sc、二極管Da、二極管Db、二極管Dc和電容 Cc ；所述場效應(yīng)管&并接二極管Dc，再與電容Cc串接構(gòu)成倍頻電路。所述次級線圈上還設(shè)有輔助繞組，所述輔助繞組連接所述PWM控制器電路。所述PWM控制電路中設(shè)有UC3875芯片，所述功率管S1-S4分別連接UC3875芯片。根據(jù)圖1，從主電路的拓撲形式上，可以看出是不對稱的。四只主功率管的基本控制方式是移相控制，超前臂為S1、S3，反并二極管和外接吸收電容；滯后臂為S2、S4，無反并二極管和吸收電容。輔管(場效應(yīng)管)Sc的控制時序是以超前臂Si、S3控制脈沖的上升沿觸發(fā)一單穩(wěn)高電平信號，控制輔管的開通時間。因而輔管的開關(guān)頻率是原邊主管的兩倍， 工作在倍頻狀態(tài)。本電路的目的是實現(xiàn)超前臂Si、S3零電壓開關(guān)，滯后臂S2、S4零電流開關(guān)，降低主管的開關(guān)損耗，為提高整機的工作頻率，同時實現(xiàn)全負載范圍內(nèi)的高變換效率準備條件。本實用新型的工作原理簡述如下當Si、S4開通時，原邊能量向副邊傳輸。Sl關(guān)斷后，原邊電流轉(zhuǎn)向Cl、C2，Cl充電，C2放電，此時Sl上的關(guān)斷電壓是緩慢上升的，屬零電壓關(guān)斷。直至下管S3的反并二極管導(dǎo)通。此時開通下管S3，屬零點壓開通。S3開通脈沖的上升沿同時觸發(fā)一高電平開通輔管SC，此時，副邊鉗位電容的電壓加在副邊上成為激勵，原邊會感應(yīng)出較高的電壓，此電壓的作用是使原邊電流迅速復(fù)位，為滯后臂S2，S4零電流開關(guān)準備條件。原邊電流回零以后， 輔管SC才關(guān)斷。輔管一旦關(guān)閉，副邊相當于短路，原邊電壓相應(yīng)也為零，此時隔直電容C3上的電壓會反加在滯后臂S4管上，設(shè)計時，只要遵循限制隔直電容上脈動電壓幅值的原則， 合理地運用IGBT的倒置特性，就能成功地防止變壓器原邊電流的逆向流動，并且保證IGBT 不發(fā)生反向雪崩擊穿。此后，滯后臂S4零電流關(guān)斷。由于原邊漏感的存在，滯后臂S2的開通也為零電流開通。原邊電流反向，進入下半個周期的循環(huán)，此時副邊整流管也正在完成換向，由于鉗位電容Cc的存在，整流管的反向尖峰電壓能夠很好地抑制。由于移相倍頻技術(shù)對采用了雙主回路相控電路，需要具有兩路完整的相控全橋主電路，同時需要采用高磁導(dǎo)率的磁性材料做為轉(zhuǎn)換變壓器使用，對于普通DC/DC來說成本會有一定的提高。而這種技術(shù)的應(yīng)用主要是提升轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率，所以目前這種技術(shù)主要應(yīng)用在一些對轉(zhuǎn)換效率和工作可靠性要求高的領(lǐng)域，本實用新型經(jīng)試驗，其技術(shù)指標如下工作溫度-40度 120度區(qū)間；輸入電壓范圍200VDC-400VDC(165VAC-265VAC)；輸出電壓DC14V 260V ；額定輸出電流IOA ；額定輸出電壓為220V/110V ；采用100K以上的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換頻率(相當于整機200K的轉(zhuǎn)換頻率)；效率≥95%;DC/DC轉(zhuǎn)換器在輸出電流超過11A，斷開輸出；重新上電時恢復(fù)正常；具備短路保護功能。
權(quán)利要求1.開關(guān)電源，包括輸入電磁干擾濾波器、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制電路和輸出整流濾波電路，所述功率變換電路與輸出整流濾波電路通過耦合變壓器相連，功率變換電路連接所述耦合變壓器初級線圈，輸出整流濾波電路連接所述耦合變壓器次級線圈，其特征在于，所述功率變換電路包括功率管S1-S4、電容器C1-C3、電感器Lk和二極管D1-D2 ；所述功率管S1-S4中的功率管Si、功率管S3串接為超前臂，且反向并聯(lián)所述二極管D1-D2、起外接吸收作用的電容器C1-C3 ；所述功率管S2、功率管S4構(gòu)成滯后臂；所述輸出整流濾波電路包括場效應(yīng)管&、二極管Da、二極管Db、二極管Dc和電容Cc ； 所述場效應(yīng)管&并接二極管Dc，再與電容Cc串接構(gòu)成倍頻電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述次級線圈上還設(shè)有輔助繞組，所述輔助繞組連接所述PWM控制器電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述PWM控制電路中設(shè)有UC3875芯片，所述功率管S1-S4分別連接UC3875芯片。
專利摘要開關(guān)電源，包括輸入電磁干擾濾波器、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制電路和輸出整流濾波電路，所述功率變換電路與輸出整流濾波電路通過耦合變壓器相連，功率變換電路連接所述耦合變壓器初級線圈，輸出整流濾波電路連接所述耦合變壓器次級線圈，功率變換電路包括功率管S1-S4、電容器C1-C3、電感器Lk和二極管D1-D2；功率管S1-S4中的功率管S1、功率管S3串接為超前臂，且反向并聯(lián)二極管D1-D2、起外接吸收作用的電容器C1-C3；功率管S2、功率管S4構(gòu)成滯后臂；輸出整流濾波電路包括場效應(yīng)管Sc、二極管Da、二極管Db、二極管Dc和電容Cc；場效應(yīng)管Sc并接二極管Dc，再與電容Cc串接構(gòu)成倍頻電路。雙路全橋變換模式，有兩個相互動態(tài)調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)，可以做到寬范圍輸出時系統(tǒng)的穩(wěn)定性和輸出電壓的穩(wěn)壓特性。
文檔編號H02M3/338GK202019303SQ201120142960
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者居鴻, 徐慶中, 滕俊, 薛劍鴻 申請人:江蘇省電力公司揚州供電公司