一種應用于程控直流電源的高效率功率電路的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及程控直流電源電路設計相關技術(shù)領域，尤其是一種應用于程控直流電源的高效率功率電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電子設備小型化的需求，低功耗、高效率、高可靠性的功率變換技術(shù)是電力電子產(chǎn)品設計人員追求的目標，降低產(chǎn)品的功耗，提高效率，可以有效降低功率器件的應力，提尚廣品的可靠性。
[0003]程控直流電源類產(chǎn)品的功率損耗主要包括無源器件的損耗和有源器件的損耗。無源器件的損耗主要是指變壓器和電感等無源元器的損耗，主要包括銅損和鐵損，銅損可以通過采用多股線繞制和合理設計導線長度和頻率參數(shù)等技術(shù)降低，鐵損包括磁滯損耗和渦流損耗，可以通過選用合適的磁性元件和設計中避免產(chǎn)生渦流來降低;有源器件的損耗主要是指功率半導體器件等有源器件的損耗，主要包括開關損耗和整流損耗，為了有效降低有源器件的損耗，最有效的技術(shù)是軟開關技術(shù)和同步整流技術(shù)。軟開關技術(shù)包括零電壓開關技術(shù)和零電流開關技術(shù)，實用化的軟開關技術(shù)主要有:無源緩沖技術(shù)，有源緩沖技術(shù)，(準)諧振技術(shù)以及移相技術(shù)。同步整流技術(shù)是一種利用MOSFET(場效應管)代替普通整流管或肖特基二極管的整流技術(shù)，通過選用低導通電阻(RDS(ON))的M0SFET，特別是在低壓、大電流的場合可有效降低整流損耗。
[0004]程控直流電源功率電路實現(xiàn)方式主要有線性方式和開關方式兩種，線性實現(xiàn)方式效率低，開關實現(xiàn)方式的程控直流電源常用電路拓撲主要采用全橋變換器硬開關拓撲和次級二極管整流，其總體電路原理框圖如圖1所示，其效率比線性實現(xiàn)方式高，最理想的條件下能達到92%，效率難以再提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明采用軟開關技術(shù)和同步整流技術(shù)來實現(xiàn)程控直流電源的功率電路，有效降低開關損耗和整流損耗，提高效率，增加產(chǎn)品可靠性。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種應用于程控直流電源的高效率功率電路，包括LLC諧振全橋變換器、同步整流電路、隔離驅(qū)動電路、控制電路和采樣電路；
[0008]所述LLC諧振全橋變換器通過PFC電路連接交流輸入端，LLC諧振全橋變換器連接同步整流電路，同步整流電路通過輸出濾波電路連接直流輸出端，直流輸出端連接采樣電路，采樣電路連接控制電路，控制電路通過隔離驅(qū)動電路同時連接并控制LLC諧振全橋變換器和同步整流電路；
[0009]所述交流輸入端輸入的交流電經(jīng)LLC諧振全橋變換器和同步整流電路變換整流后，輸出多種規(guī)格的穩(wěn)定直流電。
[0010]優(yōu)選地，所述LLC諧振全橋變換器包括四個相同的開關管V1、V2、V3、V4組成的全橋變換電路及諧振電感Lr、變壓器的勵磁電感Lm與諧振電容C9組成的串聯(lián)諧振網(wǎng)絡；
[0011]所述開關管￥1、￥2、￥3、￥4分別通過驅(qū)動控制端01^1、01^2、01^3、01^4連接隔離驅(qū)動電路；
[0012]所述諧振電感Lr與電容C9之間連接有變壓器的勵磁電感Lm，變壓器的次級線圈連接在同步整流電路中，諧振電感Lr、諧振電容C9及勵磁電感Lm實現(xiàn)開關管V1、V2、V3、V4的零電壓導通。
[0013]優(yōu)選地，所述同步整流電路包括次級整流管V9、Vl2，次級整流管V9、Vl 2分別連接驅(qū)動支路，驅(qū)動支路分別通過輸入控制端SYNA、SYNB連接控制電路的FPGA。
[0014]優(yōu)選地，所述開關管由場效應管連接外接電容、寄生電容和體二極管組成，寄生電容和體二極管分別并聯(lián)在場效應管；
[0015]開關管Vl對應寄生電容C5和體二極管V5;
[0016]開關管V2對應寄生電容C6和體二極管V6;
[0017]開關管V3對應寄生電容C7和體二極管V7;
[0018]開關管V4對應寄生電容C8和體二極管V8。
[0019]優(yōu)選地，所述輸出多種規(guī)格的穩(wěn)定直流電對應LLC諧振全橋變換器的不同工作模式，所述工作模式如下:
[0020]工作模式I:控制電路的FPGA通過驅(qū)動控制端DRV2、DRV3使開關管V2、V3關斷，諧振電流給寄生電容C5、C8放電，一直到開關管V1、V4上的電壓為零，然后開關管V1、V4的體二級管V5、V8導通，勵磁電感Lm上電壓被嵌位，不參與諧振過程，此時只有諧振電感Lr和諧振電容C9參與諧振；
[0021]工作模式2:開關管V1、V4在零電壓下導通，變壓器次級線圈承受正向電壓，V12導通，開關管V2、V3和次級整流管V9關斷，此時諧振電感Lr和諧振電容C9參與諧振，而勵磁電感Lm不參與諧振，僅作為變壓器的初級線圈，此時諧振電流按正弦波規(guī)律增加，另外勵磁電流從負的峰值到正的峰值線性增加；
[0022]工作模式3:開關管Vl、V4維持導通，而體二級管V5、V8處于反向截止狀態(tài)，此時勵磁電感Lm、諧振電感Lr和諧振電容C9 一起參與諧振；
[0023]工作模式4:開關管V1、V4關斷，諧振電流給開關管V2、V3的寄生電容C6、C7放電，一直到開關管V2、V3上的電壓為零，然后開關管V2、V3的體二級管V6、V7導通，勵磁電感Lm上的電壓被嵌位，因此只有諧振電感Lr和諧振電容C9參與諧振；
[0024]工作模式5:開關管V2、V3在零電壓下導通，變壓器次級線圈承受反向電壓，次級整流管V9導通，而開關管Vl、V4和次級整流管V12截止，此時諧振電感Lr和諧振電容C9參與諧振，而勵磁電感Lm不參與諧振，僅作為變壓器的初級線圈；
[0025]工作模式6:開關管V2、V3維持導通，而次級整流管V9處于關斷狀態(tài)，此時勵磁電感Lm、諧振電感Lr和諧振電容C9 一起參與諧振。
[0026]優(yōu)選地，所述次級整流管V9兩端并聯(lián)有吸收電路，吸收電路由電阻R2和電容Cll組成；
[0027]次級整流管V12兩端并聯(lián)有吸收電路，吸收電路由電阻R4和電容C13組成。
[0028]優(yōu)選地，所述驅(qū)動支路包括電容、二極管和電阻，二極管和電容并聯(lián)后連接電阻，二極管的陽極連接電阻，陰極連接輸入控制端。
[0029]優(yōu)選地，所述同步整流電路還連接有輸出電容Ro。
[0030]采用如上技術(shù)方案取得的有益技術(shù)效果為:
[0031]應用于程控直流電源的高效率功率電路采用LLC諧振全橋變換器拓撲實現(xiàn)開關的零電壓導通，采用同步整流技術(shù)降低次級整流管整流損耗。提高現(xiàn)有程控直流電源功率電路效率最高可達到95 %。
【附圖說明】
[0032]圖1為現(xiàn)有的開關實現(xiàn)方式的程控直流電源常用電路拓撲。
[0033]圖2為本發(fā)明應用于程控直流電源的高效率功率電路拓撲。
[0034]圖3為LLC諧振全橋變換器和同步整流電路原理圖。
【具體實施方式】
[0035]結(jié)合附圖2至3對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步說明:
[0036]—種應用于程控直流電源的高效率功率電路，包括LLC諧振全橋變換器、同步整流電路、隔離驅(qū)動電路、控制電路和采樣電路，如圖1所示。所述LLC諧振全橋變換器通過PFC電路連接交流輸入端，LLC諧振全橋變換器連接同步整流電路，同步整流電路通過輸出濾波電路連接直流輸出端，直流輸出端連接采樣電路，采樣電路連接控制電路，控制電路通過隔離驅(qū)動電路同時連接并控制LLC諧振全橋變換器和同步整流電路;所述交流輸入端輸入的交流電經(jīng)LLC諧振全橋變換器和同步整流電路變換整流后，輸出多種規(guī)格的穩(wěn)定直流電。
[0037]如圖2所示，LLC諧振全橋變換器包括四個相同的開關管V1、V2、V3、V4組成的全橋變換電路及諧振電感Lr與諧振電容C9串聯(lián)組成的諧振網(wǎng)絡。開關管V1、V2、V3、V4分別通過驅(qū)動控制端01^1、01^2、01^3、01^4連接隔離驅(qū)動電路。￥1?￥4具有低的導通電阻和米勒充電效應
[0038]諧振電感Lr與電容C9之間連接有變壓器TI的勵磁電感Lm，變壓器的次級線圈連接在同步整流電路中，諧振電感Lr、諧振電容C9及勵磁電感Lm實現(xiàn)開關管Vl、V2、V3、V4的零電壓導通。
[0039]同步整流電路包括次級整流管V9、Vl2，次級整流管V9、Vl 2分別連接驅(qū)動支路，驅(qū)動支路分別通過輸入控制端SYNA、SYNB連接控制電路的FPGA?，F(xiàn)場可編程門陣列FPGA經(jīng)隔離后，通過兩個高頻半橋驅(qū)動電路進行驅(qū)動。
[0040]開關管由場效應管連接外