專利名稱：一種新型電流型全橋數(shù)字電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力電子領(lǐng)域和數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，更具體的說(shuō), 它是一種新型的采用電流型全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)字電源。
技術(shù)背景目前廣泛釆用帶功率因數(shù)校正的隔離開關(guān)電源往往是采用傳統(tǒng)的 兩級(jí)型功率因數(shù)校正技術(shù)，但其電蹈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電源轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較 低。為了克服這些缺點(diǎn)，出現(xiàn)了一些單級(jí)功率因數(shù)校正電路，但由于在 使用中存在各種谷樣的缺限，因此不能得到大規(guī)模的推廣和使用。其中電流型全橋變換器〈見(jiàn)2001年《第十四屆全國(guó)電源年會(huì)論文集》收錄 的"軟開關(guān)BOOST P麗DC/DC全橋變換器的理論基礎(chǔ)"〉正在受到許多學(xué)者的重視.該變換器采用了電流型全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，既可以實(shí)現(xiàn)功率因 數(shù)校正，DC/DC變換，銫入輸出電壓隔離，還可實(shí)現(xiàn)升壓或降壓輸出.其 缺點(diǎn)在于該電路在不同的工作狀態(tài)時(shí)要求的控制方式也不同，常規(guī)的 電源控制,《片無(wú)法滿足其控制需要。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的內(nèi)容是提供一種新型電流型全橋數(shù)字電源，該電源 采川了數(shù)字信號(hào)處理器控制，針對(duì)電源的不同工作狀態(tài)而釆用不同的 控制方式，該電源具有幵關(guān)管電壓應(yīng)力低，電源轉(zhuǎn)換效率高，能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，適用于大功率輸出場(chǎng)合，該電源可工作在升壓電感電流連 續(xù)方式(CCM)，也可工作在升壓電感電流不連續(xù)方式(UCM)。另夕卜，本發(fā)明還克服了微處理器用于開關(guān)電源控制時(shí)，在微處理器狀態(tài)不確定情
況下容易發(fā)生上下橋臂直通短路而燒毀功率管的現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種新型電流型全橋數(shù)字電源， 其特征是由巿電橋式整流電路D9-D12,升壓電感Ll，四個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng) 管Q1-Q4，隔直平衡電容C8，變壓器T1，輔助電源1，數(shù)字控制電路 2，變壓器副邊同步整流電路Q5，Q6，C9組成，升壓電感Ll的一端連接 到巿電橋式整流電路的正極輸出端，升壓電感Ll的另一端連接到功 率場(chǎng)效應(yīng)管Ql的漏極和功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q3的 源極和功率場(chǎng)效應(yīng)管Q4的源極連接到市電橋式整流電路的負(fù)極輸出端，變壓器的原邊，組與隔直T衡電容(;8串連后，一端連接到功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql的源極和功率場(chǎng)效應(yīng)管Q3的涵極，另一端連接到功率場(chǎng)效 應(yīng)管Q2的源極和功率場(chǎng)效應(yīng)管Q4的漏極，電源的數(shù)字控制電路有四 個(gè)輸出端分別連接到四個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql-Q4的柵極，數(shù)字控制電路 還有兩個(gè)輸出端連接到同步整流管Q5，Q6的柵極，變壓器副邊繞組具 有中間抽頭，該中間抽頭為副邊整流輸出直流電壓的正極，變壓器副 邊繞組的兩端抽頭分別連接到功率場(chǎng)效應(yīng)管Q5的燕極和功雄場(chǎng)效應(yīng) 管Q6的漏極，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q5的源極和勸率場(chǎng)效應(yīng)管Q6的源極連接 后作為副邊整流輸出直流電壓的負(fù)極。所述的 一 種新型電流型全橋數(shù)字電源，其特征在于電路采用了 二 極管D7, D8和電阻R2， R3組成的巿電電壓采樣電路.所述的一種新型電流型全橋數(shù)字電源，其特征在于電路采用了由 二極管D13，DH和電阻R1組成的低損耗緩沖電路，在該低損耗緩沖電 路中，二極管D14的反向恢復(fù)時(shí)間必須長(zhǎng)于功率場(chǎng)效應(yīng)管Ql-Q4的關(guān)斷時(shí)問(wèn)。所述的 -種新型電流型全橋數(shù)字電源，其特征在于電路采用了二
極管D16， D17組成的電流檢測(cè)電路，二極管的陽(yáng)極通過(guò)電阻上拉到A/D 采樣的基準(zhǔn)電源，其工作原理是利用了功率場(chǎng)效應(yīng)管在導(dǎo)通時(shí)漏源極 之間等效電阻為定值這一特性，在電路中，二極管D16，D17的反向恢 復(fù)時(shí)間必須短于功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1-Q4的關(guān)斷時(shí)間。所述的一種新型電流型全橋數(shù)字電源，其特征在于直流輸出電路 還可以釆用如圖2所示由二極管D5，D6組成的全波整流電路及其對(duì)偶形式，即二極管D5，D6反向連接。所述的一種新型電流型全橋數(shù)字電源，其特征在于電流型全橋拓 撲結(jié)構(gòu)對(duì)原邊繞組的正向和反向伏,秒值具有一定的平衡作用，在小功 率應(yīng)用或采用強(qiáng)制平衡磁感應(yīng)強(qiáng)度方法時(shí)，可以取消隔直平衡電容 C8。所述的一種新型電流型全橋數(shù)字電源，其特征在于該電源具有外 部數(shù)字接口 ，可用于實(shí)現(xiàn)顯示，數(shù)據(jù)傳送和控制功能。

圖l是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型的工作模態(tài)說(shuō)明示意圖； 圖3是本實(shí)用新型一個(gè)工作周期內(nèi)的主要波形對(duì)應(yīng)圖。
具體實(shí)施方式
本電路的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為電流型全橋變換器，該變換器采用斜對(duì)角的兩只功率開關(guān)管斷開時(shí)間錯(cuò)開的切換方式，圖中Vi。為整流后的直流電壓，L1為升壓電感，Ql-Q4是四個(gè)開關(guān)管，Tl為主變壓器， D5，D6，C9組成輸出整流電路，Q1&Q4 Q2&Q3在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)分別以 大于5 0%，但小于100%的占空比交替導(dǎo)通和關(guān)斷。
為了簡(jiǎn)化分析過(guò)程，特作如下假設(shè)變壓器磁化電流忽略不計(jì)，由 于輸出濾波電容足夠大，因此輸出可以看成是恒壓源。而且設(shè)同步整 流驅(qū)動(dòng)信號(hào)為零，去除相關(guān)輔助電路，由圖1可推導(dǎo)得出圖2，當(dāng)電源 變換器處于正常穩(wěn)定工作狀態(tài)且連續(xù)工作模式(CCM)時(shí)， 一個(gè)完整的工 作周期可分為八個(gè)工作模態(tài)(見(jiàn)圖3)。1、 模態(tài)l: (tO-tl時(shí)刻)，tO時(shí)刻開通Q2,由于變壓器原邊繞組漏感的存在，變壓器原邊繞組電流Ip和升壓電感電流IL在開通瞬間不能 突變，因此Q2在導(dǎo)通時(shí)刻漏源極間電流為零，實(shí)現(xiàn)了零電流開通。在 該模態(tài)巾，Ql， Q2， Q4導(dǎo)通,關(guān)斷,四個(gè)功率管源漏極電壓Vl-V4為零， 輸入電壓直接加在升壓電感Ll兩端,相當(dāng)于基本Boost變換器中電源 向升壓電感的充電狀態(tài)，升壓電感電流IL線性上升，變壓器原邊電流 Ip為零，變壓器原邊電壓Vb為零，輸出整流二極管D5， D6都截止， 負(fù)載由濾波電容C9提供能量。2、 模態(tài)2: (U-U時(shí)刻)，tl時(shí)刻開通Q3，由于四個(gè)功率管電壓 V1-V4全為零，因此Q3是零電壓開通。在該模態(tài)中，Q1-Q4全部導(dǎo)通， 升壓電感電流IL繼續(xù)線性上升。3、 模態(tài)3: (t2-t3時(shí)刻)，t2時(shí)刻關(guān)斷Q4，由于四個(gè)功率管電壓 ￥1^4全為零，因此(}4是零電壓關(guān)斷。在該模態(tài)中，Ql-Q3導(dǎo)通，Q4 關(guān)斷,升壓電感電流IL繼續(xù)線性上升。4、 模態(tài)4: (t3-t4時(shí)刻)，t3時(shí)刻關(guān)斷Ql，由于功率場(chǎng)效應(yīng)管漏極 和源極之間的電容效應(yīng)，電容兩端的電壓V1不能突變，因此Q1是零電 壓關(guān)斷。在該模態(tài)中，Q2，Q3導(dǎo)通，Q1,Q4關(guān)斷，電網(wǎng)和升壓電,感中的能量同時(shí)向負(fù)載供電，副邊電流Io流經(jīng)整流管D5，升壓電感L1中電 流IL線性下降。此時(shí)，原邊電壓Vb=nVo，Vl-V4-Vb，V2-V3=0，原邊電 流Ip-IL，其中n是高頻變壓器的原，副邊間的匝數(shù)比。5、 模態(tài)5: (t4-t5時(shí)刻)t4時(shí)刻開通Ql，由于變壓器原邊繞組漏 感的存在，變壓器原邊繞組電流Ip和升壓電感電流IL在開通瞬間不 能突變，因此Ql在導(dǎo)通時(shí)刻漏源極間電流為零，實(shí)現(xiàn)了零電流開通。 在該模態(tài)中，Q1-Q3導(dǎo)通，Q4關(guān)斷，由于原邊繞組電壓為零,副邊輸出 電壓加在原邊漏感上使原邊電流Ip線性減小。Q2中的電流向Ql轉(zhuǎn) 移，而Ql中的電流從零線性上升，輸入電壓直接加在升壓電感Ll兩端， 相當(dāng)于基本Boost變換器中電源向升壓電感的充電狀態(tài)，升壓電感電 流IL線性上升，整流二極管D5的輸出電流Io也減小到零，自然關(guān)斷， 不存在反向恢復(fù)問(wèn)題。6、 模態(tài)6: (t5-t6時(shí)刻)，t5時(shí)刻開通Q4,該模態(tài)的工作方式和模 態(tài)2相同，升壓電感電流IL繼續(xù)上升。7、 模態(tài)7: (t6-17時(shí)刻)，t6時(shí)刻關(guān)斷Q3，該模態(tài)的工作方式和模 態(tài)3相同，升壓電感電流IL繼續(xù)上升。8、 模態(tài)8: (t7-t8時(shí)刻)，t7時(shí)刻關(guān)斷Q2，由于功率場(chǎng)效應(yīng)管漏 極和源極之閬的電容效應(yīng)，電容兩端的電壓V2不能突變，因此Q2是零 電壓關(guān)斷。在該模態(tài)中，Q1，Q4導(dǎo)通，Q2，Q3關(guān)斷，電網(wǎng)和升壓電感中 的能量同時(shí)向負(fù)載供電，副邊電流Io流經(jīng)整流管D6。經(jīng)過(guò)t8時(shí)刻后，
電源工作方式進(jìn)入模態(tài)l,變換器又開始另一周期的工作。9、同步整流電路驅(qū)動(dòng)釆用程序動(dòng)態(tài)控制，當(dāng)升壓電感中電流連續(xù) (CCM)時(shí)，數(shù)字控制電路給出相對(duì)應(yīng)的同步整流場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng) 升壓電感中電流不連續(xù)時(shí)(DCM)，數(shù)字控制單元關(guān)閉同步整流場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而利用間步整流場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)并聯(lián)的反向二極管進(jìn)行全波整 流輸出。
權(quán)利要求1、一種新型電流型全橋數(shù)字電源，其特征是由市電橋式整流電路(D9-D12)，升壓電感(L1)，四個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q1-Q4)，功率場(chǎng)效應(yīng)管電流測(cè)量電路(D16，D17)，市電電壓采樣電路(D7，D8，R2，R 3)，低損耗緩沖電路(D13，D14，R1)，隔直平衡電容(C8)，變壓器(T1)，輔助電源(1)，數(shù)字控制電路(2)，變壓器副邊同步整流電路(Q5，Q6，C9)組成，升壓電感(L1)的一端連接到市電橋式整流電路的正極輸出端，升壓電感(L1)的另一端連接到功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q1)的漏極和功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q2)的漏極，功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q3)的源極和功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q4)的源極連接到市電橋式整流電路的負(fù)極輸出端，變壓器的原邊繞組與隔直平衡電容(C8)串連后，一端連接到功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q1)的源極和功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q3)的漏極，另一端連接到功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q2)的源極和功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q4)的漏極，電源的數(shù)字控制電路有四個(gè)輸出端分別連接到四個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q1-Q4)的柵極，數(shù)字控制電路還有兩個(gè)輸出端連接到同步整流管(Q5，Q6)的柵極，變壓器副邊繞組具有中間抽頭，該中間抽頭為副邊整流輸出直流電壓的正板，變壓器副邊繞組的兩端抽頭分別連接到功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q5)的漏極和功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q6)的漏極，功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q5)的源極和功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q6)的源極連接后作為副邊整流輸出直流電壓的負(fù)極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型電流型全橋數(shù)字電源，其特征 在于電路采用了二極管(D7) ， (D8)和電阻(R2) ， (R3)組成的巿 電電壓采樣電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求]所述的一種新型電流型全橋數(shù)字電源其特征 在于電路釆用了由二極管(D13) , (D14)和電阻(Rl)組成的低損耗 緩沖電路,在該低損耗緩沖電路中，二極管(Dl 4 )的反向恢復(fù)時(shí)間必須長(zhǎng)于功率場(chǎng)效應(yīng)管(Q1-Q4)的關(guān)斷時(shí)間。4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型電流型全橋數(shù)字電源，其特征 在于電路采用了二極管(016)， (D17)組成的電流檢測(cè)電路，二極管 的陽(yáng)極通過(guò)電阻上拉到A/D采樣的基準(zhǔn)電源，在電路中，二極管(D16),(D17)的反向恢復(fù)時(shí)間必須短于功率場(chǎng)效應(yīng)管(Ql-Q4)的關(guān)斷時(shí)間。5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型電流型全橋數(shù)字電源,其特征 在于該電源具有外部數(shù)字接口 ，可用于實(shí)現(xiàn)顯示，數(shù)據(jù)傳送和控制功厶EZ
專利摘要一種新型電流型全橋數(shù)字電源，包括輸入整流電路，數(shù)字控制電路，DC/DC級(jí)電源變換器，輔助電源等。其特點(diǎn)是電路采用了電流型金橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用數(shù)字信號(hào)處理器強(qiáng)大的運(yùn)算能力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)單級(jí)功率因數(shù)校正交/直(AC/DC)的隔離型電源變換器。
文檔編號(hào)H02M7/5387GK201018412SQ200620095750
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2006年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月23日
發(fā)明者浩 阮 申請(qǐng)人:浩 阮