專利名稱：降低功率開關(guān)損耗的雙管正激開關(guān)電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電源電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及正激開關(guān)電源電路，特別一種降低功率開關(guān)損耗的雙管正激開關(guān)電源電路。
背景技術(shù)：
正激開關(guān)電源是一種通過變壓器傳遞能量的常見的DC-DC電源拓?fù)?，其主要用于中等功率場合。按照變壓器原邊的功率開關(guān)(開關(guān)管)的個(gè)數(shù)不同，正激開關(guān)電源分為單管正激開關(guān)電源和雙管正激開關(guān)電源。其中雙管正激開關(guān)電源通過功率開關(guān)串聯(lián)的二極管進(jìn)行磁復(fù)位，不需要額外的復(fù)位電路，同時(shí)雙管正激開關(guān)電源的功率開關(guān)承受的最大電壓嚴(yán)格等于輸入電壓，適合用于較高電壓輸入、大功率輸出場合?，F(xiàn)有的雙管正激開關(guān)電源采用的是硬開關(guān)，即開通或關(guān)斷時(shí)，功率開關(guān)的導(dǎo)通電·流的上升或下降和端電壓的下降或上升同時(shí)進(jìn)行。在大功率應(yīng)用中，雙管正激開關(guān)電源的功率開關(guān)的導(dǎo)通電流及端電壓都較大，因此存在很可觀的功率開關(guān)損耗，這一方面增加了管的散熱成本，另一方面浪費(fèi)了能源。圖I為雙管正激開關(guān)電源電路的結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，功率開關(guān)S/和S2’開通時(shí)，能量從電壓源Vin’經(jīng)功率開關(guān)S/和S2’并通過變壓器T/傳遞到副邊，此時(shí)，功率開關(guān)S/和s2’的端電壓為零(忽略功率開關(guān)的通態(tài)壓降)。功率開關(guān)S/和s2’關(guān)斷時(shí)，變壓器中的磁化電流通過二極管D/和D2’退磁，此時(shí)，功率開關(guān)S/和S2’的端電壓等于電壓源Vin’的輸入電壓。圖2表示圖I中的功率開關(guān)S/和S2’開通瞬間，其導(dǎo)通電流和端電壓的變化。由圖2可見，功率開關(guān)在h時(shí)刻開始導(dǎo)通，其端電壓u’開始下降，導(dǎo)通電流i’開始上升，這兩個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行，直到h時(shí)刻其端電壓u’降到零，功率開關(guān)完全導(dǎo)通。開通過程中，功率開關(guān)端電壓和導(dǎo)通電流都不為零，所以功率開關(guān)的功率不為零，同時(shí)功率開關(guān)損耗的功率會隨著其端電壓和通態(tài)電流以及開關(guān)頻率的增大而增大。
發(fā)明內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是為了降低雙管正激開關(guān)電源的功率開關(guān)損耗。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種雙管正激開關(guān)電源電路，包括電壓源Vin、變壓器T1、第一功率開關(guān)S1、第二功率開關(guān)S2,電壓源Vin的兩端之間依次串聯(lián)第一功率開關(guān)S1、變壓器T1的原邊繞組和第二功率開關(guān)S2，其特征在于，在第一功率開關(guān)S1和第二功率開關(guān)S2之間還串聯(lián)有一個(gè)磁開關(guān)U。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述磁開關(guān)L1是電感器，其非飽和電感大于所述變壓器T1的勵(lì)磁電感，其飽和電感小于所述變壓器T1的勵(lì)磁電感。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述磁開關(guān)L1的非飽和電感大于所述變壓器1\的勵(lì)磁電感的10倍，飽和電感小于所述變壓器T1的勵(lì)磁電感的1/10。[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述磁開關(guān)L1的飽和時(shí)間大于功率第一功率開關(guān)S1和第二功率開關(guān)S2的開通時(shí)間。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述磁開關(guān)L1的飽和時(shí)間小于2 μ S。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，電路中還包括一個(gè)第一二極管D1和一個(gè)第二二極管D2，所述第一二極管D1與依次串聯(lián)的第一功率開關(guān)S1、磁開關(guān)L1變壓器T1的原邊繞組并聯(lián)，所述第二二極管D2與依次串聯(lián)的磁開關(guān)L1、變壓器T1的原邊繞組、第二功率開關(guān)S2并聯(lián)。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述變壓器T1的副邊繞組的兩個(gè)輸出端之間連接有整流電路。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述整流電路由方向相反的二極管串聯(lián)而根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述變壓器T1的副邊繞組的兩個(gè)輸出端之間還可連接有一個(gè)輸出濾波器。根據(jù)本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施方式
，所述輸出濾波器由一個(gè)電感和一個(gè)電容串聯(lián)而成。(三)有益效果與現(xiàn)技術(shù)相比，本發(fā)明的雙管正激開關(guān)電源電路基于磁開關(guān)軟換流技術(shù)，由于磁開關(guān)的飽和時(shí)間略大于功率開關(guān)的開通時(shí)間，使開通損耗極大的減小，因此能夠有效降低了功率開關(guān)的總功率損耗，且可完全實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)的軟開通。

圖I是現(xiàn)有的雙管正激開關(guān)電源的電路圖；圖2是現(xiàn)有的雙管正激開關(guān)電源電路在開通時(shí)的電壓電流波形圖；圖3是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的雙管正激開關(guān)電源的電路圖；圖4是本實(shí)用新型的上述實(shí)施例中所采用的磁開關(guān)所使用的磁性材料的B-H曲線圖；圖5是本實(shí)用新型的實(shí)施例的電源電路在開通時(shí)的信號波形圖；圖6是本實(shí)用新型的實(shí)施例的磁開關(guān)的磁化及磁復(fù)位模態(tài)圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本實(shí)用新型在傳統(tǒng)的雙管正激開關(guān)電源的電路的變壓器原邊繞組上串聯(lián)一個(gè)磁開關(guān)。圖3是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的雙管正激開關(guān)電源的電路圖。如圖3所示，該電路包括電壓源Vin、變壓器T1、第一功率開關(guān)S1、第二功率開關(guān)S2、磁開關(guān)L1，其中，電壓源Vin的兩端之間依次串聯(lián)第一功率開關(guān)S1、磁開關(guān)L1、變壓器T1的原邊繞組和第二功率開關(guān)S2，該電源電路的輸出端為變壓器T1的副邊繞組兩端。第一功率開關(guān)S1的漏極(或集電極)與輸入電壓源的正極相連，第二功率開關(guān)S2的源極(或發(fā)射極)與輸入電壓源的負(fù)極相連。根據(jù)本實(shí)用新型，磁開關(guān)L1是一個(gè)電感器，并且，其具有較大的非飽和電感(大于變壓器T1勵(lì)磁電感，優(yōu)選為大于10倍)和較小的飽和電感(小于變壓器T1勵(lì)磁電感，優(yōu)選為小于1/10) O圖4為本實(shí)用新型的上述實(shí)施例中所采用的磁開關(guān)L1所使用的磁性材料的B-H曲線圖。如圖4所示，該磁化曲線近似長 方形，其較大的非飽和磁導(dǎo)率yu和較小的飽和磁導(dǎo)率μ s決定了其非飽和電感大和飽和電感小的特點(diǎn)。根據(jù)本實(shí)用新型的該實(shí)施例，一個(gè)第一二極管D1與依次串聯(lián)的第一功率開關(guān)Sp磁開關(guān)L1變壓器T1的原邊繞組并聯(lián)，一個(gè)第二二極管D2與依次串聯(lián)的磁開關(guān)L1、變壓器T1的原邊繞組、第二功率開關(guān)S2并聯(lián)，所述第一、第二二極管DpD2用于為變壓器T1的磁復(fù)位提供回路。根據(jù)本實(shí)用新型，在變壓器T1的副邊繞組的兩個(gè)輸出端之間還連接有整流電路，其用于將變壓器副邊繞組的輸出端的交流電壓整成直流電壓。在該實(shí)施例中，整流電路由方向相反的兩個(gè)二極管d3、d4串聯(lián)而成。根據(jù)本實(shí)用新型，在變壓器T1的副邊繞組的兩個(gè)輸出端之間還可連接一個(gè)輸出濾波器，其用于濾除電壓波形中的開關(guān)噪聲。在該實(shí)施例中，輸出濾波器由電感L2和電容C1串聯(lián)而成。圖5是本實(shí)用新型的實(shí)施例的電源電路在開通時(shí)的信號波形圖，其顯示了本實(shí)用新型的工作原理。如圖5所示，上方的波形線表示第一、第二功率開關(guān)SpS2的開關(guān)信號，下方兩條波形線分別表示第一、第二功率開關(guān)Sps2的端電壓u和導(dǎo)通電流i。從圖5中可以看出，在第一、第二功率開關(guān)Sp S2開通的瞬時(shí)h，磁開關(guān)L1未飽和，其非飽和電感值很大，所以流過第一、第二功率開關(guān)Sp S2和變壓器T1的原邊繞組的電流緩慢上升；經(jīng)過時(shí)間h后，第一、第二功率開關(guān)Sp S2完全開通，其端電壓降低到接近于零，此時(shí)，磁開關(guān)L1仍處于非飽和狀態(tài)，流過第一、第二功率開關(guān)電流依然很小，因此開通損耗幾乎為零。當(dāng)又經(jīng)過一段時(shí)間到時(shí)刻t2時(shí)，L1進(jìn)入飽和狀態(tài)，由于其飽和電感值很小，甚至相對于電路中的其他電感可忽略不記，此時(shí)電流i快速上升達(dá)到開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)定值，整個(gè)軟開通過程所需時(shí)間小于2 μ s，(t2-t0)遠(yuǎn)小于開關(guān)電源的開關(guān)周期(大于20 μ S)，所以磁開關(guān)的作用并不影響開關(guān)電源基本原理的實(shí)現(xiàn)。在該實(shí)施例中，由于功率開關(guān)Sp S2的開通時(shí)間U^tci)通常是固定的，例如為I μ S左右，因此，只需要設(shè)計(jì)磁開關(guān)L1的飽和時(shí)刻t2與功率開關(guān)SpS2開通瞬時(shí)h的時(shí)間差U2Ici)，即磁開關(guān)L1的飽和時(shí)間，略大于功率開關(guān)SpS2的開通時(shí)間Uftci),即可實(shí)現(xiàn)電源電路的軟開通。如前所述，本實(shí)用新型的電源電路還可包括第一、第二二極管DpD215如圖6(a)所示，當(dāng)?shù)谝弧⒌诙β书_關(guān)Sp S2開通時(shí)，如圖6(c)中的線I所示，磁開關(guān)L1在輸入電壓的作用下被磁化至飽和狀態(tài)，磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm。如圖6(b)所示，當(dāng)?shù)谝?、第二功率開關(guān)SpS2關(guān)斷時(shí)，如圖6(c)中的線II所示，變壓器T1的原邊繞組漏感電流將促使二極管Dp D2導(dǎo)通，磁開關(guān)L1將在輸入電壓的反向作用下磁復(fù)位，磁感應(yīng)強(qiáng)度減小到B1，保證磁開關(guān)L1的正常工作。變壓器T1的磁復(fù)位過程與磁開關(guān)相同，不再贅述。以上所述的具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原 則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種雙管正激開關(guān)電源電路，包括電壓源(Vin)、變壓器0\)、第一功率開關(guān)(S1)、第二功率開關(guān)(S2)，電壓源(Vin)的兩端之間依次串聯(lián)第一功率開關(guān)(Si)、變壓器(T1)的原邊繞組和第二功率開關(guān)(S2)，第一功率開關(guān)(S1)的漏極與電壓源(Vin)的正極相連，第二功率開關(guān)(S2)的源極與電壓源(Vin)的負(fù)極相連，其特征在于，在第一功率開關(guān)(S1)和第二功率開關(guān)(S2)之間還串聯(lián)有一個(gè)磁開關(guān)(U)。
2.如權(quán)利要求I所述的雙管正激開關(guān)電源電路，其特征在于，所述磁開關(guān)(L1)是電感器，其非飽和電感大于所述變壓器(T1)的勵(lì)磁電感，其飽和電感小于所述變壓器(T1)的勵(lì)磁電感。
3.如權(quán)利要求2所述的雙管正激開關(guān)電源電路，其特征在于，所述磁開關(guān)(L1)的非飽和電感大于所述變壓器(T1)的勵(lì)磁電感的10倍，飽和電感小于所述變壓器T1的勵(lì)磁電感的 1/10。
4.如權(quán)利要求I所述的雙管正激開關(guān)電源電路，其特征在于，所述磁開關(guān)(L1)的飽和時(shí)間大于功率第一功率開關(guān)(S1)和第二功率開關(guān)(S2)的開通時(shí)間。
5.如權(quán)利要求4所述的雙管正激開關(guān)電源電路，其特征在于，所述磁開關(guān)(L1)的飽和時(shí)間小于2 μ S。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的雙管正激開關(guān)電源電路，其特征在于，還包括一個(gè)第一二極管(D1)和一個(gè)第二二極管(D2)，所述第一二極管(D1)與依次串聯(lián)的第一功率開關(guān)⑶)、磁開關(guān)(U)、變壓器(T1)的原邊繞組并聯(lián)，所述第二二極管(D2)與依次串聯(lián)的磁開關(guān)(U)、變壓器(T1)的原邊繞組、第二功率開關(guān)(S2)并聯(lián)。
7.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的雙管正激開關(guān)電源電路，其特征在于，所述變壓器(T1)的副邊繞組的兩個(gè)輸出端之間連接有整流電路。
8.如權(quán)利要求7所述的雙管正激開關(guān)電源電路，其特征在于，所述整流電路由方向相反的二極管串聯(lián)而成。
9.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的雙管正激開關(guān)電源電路，其特征在于，所述變壓器(T1)的副邊繞組的兩個(gè)輸出端之間還可連接有一個(gè)輸出濾波器。
10.如權(quán)利要求9所述的雙管正激開關(guān)電源電路，其特征在于，所述輸出濾波器由一個(gè)電感和一個(gè)電容串聯(lián)而成。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種降低功率開關(guān)損耗的雙管正激開關(guān)電源電路，包括電壓源、變壓器、第一功率開關(guān)、第二功率開關(guān)、磁開關(guān)，其中，電壓源的兩端之間依次串聯(lián)第一功率開關(guān)、磁開關(guān)、變壓器的原邊繞組和第二功率開關(guān)，第一功率開關(guān)的漏極與電壓源的正極相連，第二功率開關(guān)的源極與電壓源的負(fù)極相連，該電源電路的輸出端為變壓器的副邊繞組兩端。與現(xiàn)技術(shù)相比，本實(shí)用新型的雙管正激開關(guān)電源電路基于磁開關(guān)軟換流技術(shù)，能夠有效降低了功率開關(guān)的總功率損耗，且可完全實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)的軟開通。
文檔編號H02M3/335GK202737747SQ20122033376
公開日2013年2月13日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者秦子安, 馬英麒, 徐向宇, 王宇, 周翊, 趙江山 申請人:中國科學(xué)院光電研究院