一種高壓輸入反激開關(guān)電源的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于開關(guān)電源領(lǐng)域，公開了一種高壓輸入反激開關(guān)電源，包括PWM控制驅(qū)動(dòng)模塊、高頻變壓器以及n個(gè)串聯(lián)連接的開關(guān)模塊；高頻變壓器的初級(jí)繞組包括n段，分別記為第一初級(jí)繞組NP1、第二初級(jí)繞組NP2，……第n初級(jí)繞組NPn；n為大于等于2的正整數(shù)；每一個(gè)開關(guān)模塊包括第一開關(guān)管、第一電阻和第一電容；每一段初級(jí)繞組的一端與第一開關(guān)管的一端連接，每一段初級(jí)繞組的另一端通過第一電阻與第一開關(guān)管的另一端連接，第一開關(guān)管的控制端與PWM控制驅(qū)動(dòng)模塊連接；第一電容與第一電阻并聯(lián)連接。本實(shí)用新型提供的采用多個(gè)開關(guān)管，并將高頻變壓器的初級(jí)繞組分成多段，開關(guān)管受到的應(yīng)力為原來的1/n，該高壓輸入反激開關(guān)電源可以接很高的輸入電壓。
【專利說明】一種高壓輸入反激開關(guān)電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于開關(guān)電源領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高壓輸入反激開關(guān)電源。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，市場(chǎng)上高壓輸入反激開關(guān)電源普遍采用單管形式，一般使用一個(gè)MOS管作為開關(guān)管，其承受電壓應(yīng)力為輸入電壓加上次級(jí)“反激”回來的電壓，即(1。+!!#-)，其中Vdc為直流輸入電壓，η為變壓器匝數(shù)比，Vout為輸出低壓(此處不考慮二極管導(dǎo)通等其他壓降)，當(dāng)輸入電壓為很高的時(shí)候，開關(guān)管將承受更高的電壓。如下圖所示為典型的變頻器用反激開關(guān)電源，其中Ql為開關(guān)管，T為變壓器。
[0003]例如，380VAC變頻器的母線直流電壓最高到800VDC，此時(shí)將此母線電壓作為輸入的普通反激開關(guān)電源的開關(guān)管將承受(800+n*Vout)的電壓應(yīng)力，假設(shè)該反激電壓(n*V0Ut)有400V，則開關(guān)管承受1200V的電壓應(yīng)力。而市場(chǎng)上通常能買到的MOS管最高耐壓為1500V，剛夠留20%的安全工作裕量。
[0004]當(dāng)變頻器為690VAC輸入時(shí)候，其母線直流電壓最高達(dá)到1200VDC，此時(shí)將此母線電壓作為輸入的普通反激開關(guān)電源的開關(guān)管將承受(1200+η*ν_)的電壓應(yīng)力，假設(shè)該反激電壓(η*ν_)有600V，則開關(guān)管承受1800V的電壓應(yīng)力，為留安全工作裕量，要選擇2000V的MOS管，這樣高壓的MOS管，在市場(chǎng)上基本找不到了。
[0005]當(dāng)變頻器為1140VAC輸入時(shí)候，其母線直流電壓最高達(dá)到2200VDC，這時(shí)候需要耐壓超過3000V的開關(guān)管，當(dāng)前市場(chǎng)上也找不到這樣的MOS管。
[0006]綜上所述，采用普通拓?fù)涞姆醇る娫从捎陂_關(guān)管承受電壓應(yīng)力太高，找不到合適的開關(guān)管，所以已經(jīng)不適用于輸入電壓超過1000V的應(yīng)用場(chǎng)合。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高壓輸入反激開關(guān)電源，旨在解決現(xiàn)有的反激開關(guān)電源不適用于輸入電壓超過1000V的應(yīng)用場(chǎng)合的問題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種高壓輸入反激開關(guān)電源，包括PWM控制驅(qū)動(dòng)模塊、高頻變壓器以及η個(gè)串聯(lián)連接的開關(guān)模塊；所述高頻變壓器的初級(jí)繞組包括η段，分別記為第一初級(jí)繞組Np1、第二初級(jí)繞組ΝΡ2，……第η初級(jí)繞組Npn ；η為大于等于2的正整數(shù)；每一個(gè)開關(guān)模塊包括第一開關(guān)管、第一電阻和第一電容；每一段初級(jí)繞組的一端與所述第一開關(guān)管的一端連接，每一段初級(jí)繞組的另一端通過所述第一電阻與所述第一開關(guān)管的另一端連接，所述第一開關(guān)管的控制端與所述PWM控制驅(qū)動(dòng)模塊連接；所述第一電容與所述第一電阻并聯(lián)連接。
[0009]更進(jìn)一步地，所述第一開關(guān)管為MOS管，所述MOS管的柵極作為所述第一開關(guān)管的控制端，所述MOS管的漏極作為所述第一開關(guān)管的一端，所述MOS管的源極作為第一開關(guān)管
的另一端。
[0010]更進(jìn)一步地，所述高壓輸入反激開關(guān)電源還包括誤差放大器、二極管D、電容Cr電阻％、電阻RtlI和電阻RJ ;所述二極管D的陽極與所述高頻變壓器次級(jí)繞組Ns的一端連接，所述電阻RtlI與所述電阻依次串聯(lián)連接在所述二極管D的陰極與所述高頻變壓器次級(jí)繞組Ns的另一端之間；所述電容Ctl的一端與所述二極管D的陰極連接，所述電容Ctl的另一端與所述高頻變壓器次級(jí)繞組Ns的另一端連接；所述電阻Rtl與所述電容Ctl并聯(lián)連接；所述誤差放大器的一個(gè)輸入端連接至所述電阻RtlI與所述電阻的串聯(lián)連接端，所述誤差放大器的另一個(gè)輸入端用于連接參考電壓Vref，所述誤差放大器的輸出端與所述PWM控制驅(qū)動(dòng)模塊連接。
[0011]本實(shí)用新型提供的高壓輸入反激開關(guān)電源采用η個(gè)開關(guān)管，并將高頻變壓器的初級(jí)繞組分成η段，開關(guān)管受到的應(yīng)力為原來的1/η，該高壓輸入反激開關(guān)電源可以接很高的輸入電壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的反激開關(guān)電源的具體電路圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型提供具有兩個(gè)開關(guān)管的高壓輸入反激開關(guān)電源的具體電路圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型提供具有η個(gè)開關(guān)管的高壓輸入反激開關(guān)電源的具體電路圖，η為大于等于2的正整數(shù)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0016]本實(shí)用新型涉及一種高壓輸入反激開關(guān)電源，用來將例如變頻器直流母線的高電壓轉(zhuǎn)化成安全低電壓后，給單板供電。本實(shí)用新型提供的高壓輸入反激開關(guān)電源采用兩個(gè)開關(guān)管，把高頻變壓器的初級(jí)繞組分成兩部分，這樣開關(guān)管受到的應(yīng)力為原來的一半，如果把初級(jí)繞組分η部分，那么承受的電壓應(yīng)力將是原來的1/η，所以該拓?fù)溟_關(guān)電源可以接很高的輸入電壓。本實(shí)用新型采用多個(gè)開關(guān)管和多段初級(jí)電感串接，以達(dá)到降低MOS管承受的電壓應(yīng)力目的，可以使用低壓MOS管去制作高壓開關(guān)電源。
[0017]如圖2所示，當(dāng)η等于2時(shí)，高頻變壓器初級(jí)分為兩段，分別接到開關(guān)管Ql和Q2，開關(guān)管Ql的一端與第一初級(jí)繞組Npi的一端連接，開關(guān)管Ql的另一端通過電阻Rl與第一初級(jí)繞組Npi的另一端連接，開關(guān)管Ql的控制端與PWM控制驅(qū)動(dòng)模塊的Vbl端連接，電容Cl與電阻Rl并聯(lián)連接。開關(guān)管Q2的一端與第二初級(jí)繞組Np2的一端連接，開關(guān)管Q2的另一端通過電阻R2與第二初級(jí)繞組Np2的另一端連接，開關(guān)管Q2的控制端與PWM控制驅(qū)動(dòng)模塊的Vb2端連接，電容C2與電阻R2并聯(lián)連接；第二初級(jí)繞組Np2的另一端還與開關(guān)管Ql的一端連接。
[0018]兩個(gè)開關(guān)管所受的電壓應(yīng)力為:1/2* (VdC+n*Vout)，其他部分電路電流和普通的反激電源一樣，工作時(shí)候，同時(shí)驅(qū)動(dòng)和同時(shí)關(guān)斷開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2，所以工作原理也和普通的反激電源一模一樣。當(dāng)驅(qū)動(dòng)時(shí)候，開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2被開通，第一初級(jí)繞組Npi和第二初級(jí)繞組Np2串聯(lián)接在母線電壓Vdc上，兩個(gè)繞組兩端電壓都為l/2*Vdc，此時(shí)變壓器儲(chǔ)能。當(dāng)驅(qū)動(dòng)關(guān)閉時(shí)候，開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2被關(guān)閉，變壓器通過次級(jí)釋放能量，此時(shí)在第一初級(jí)繞組Npi和第二初級(jí)繞組Np2上都產(chǎn)生“反激”電壓均為l/2*n*Vout，所以此時(shí)開關(guān)管Ql和開關(guān)管Q2受到的電壓應(yīng)力為導(dǎo)通時(shí)候分段電感上的電壓l/2*Vdc加上關(guān)斷時(shí)候的“反激”電壓l/2*n*Vout,總和后為:1/2* (Vdc+n*Vout),為普通反激電源拓?fù)涞?/2。
[0019]上述電路中，電阻Rl和電阻R2起到均壓作用，電容Cl和電容C2的容值可以是很小，起到穩(wěn)定均分電壓作用，當(dāng)分段電感兩端電壓出現(xiàn)小幅波動(dòng)時(shí)候，電容Cl和電容C2短時(shí)間能將電壓波動(dòng)減小，把器件離散性引起的電壓不均影響降低到最小。本實(shí)用新型拓?fù)渚鶋盒Чh(yuǎn)優(yōu)于采用雙反激拓?fù)涞碾娫?，雙反激拓?fù)潆娫匆膊捎脙蓚€(gè)開關(guān)管，兩個(gè)開關(guān)管均可以被鉗位在輸入電壓Vdc，但是當(dāng)一個(gè)開關(guān)管被鉗位時(shí)候，另外一個(gè)電源就不會(huì)被鉗位，導(dǎo)致兩個(gè)開關(guān)管電壓的不均衡，這樣就會(huì)導(dǎo)致其中一個(gè)開關(guān)管溫度高，而另外一個(gè)開關(guān)管溫度不高的不均衡現(xiàn)象。而本實(shí)用新型是采用分段初級(jí)電感形式進(jìn)行均壓，再用外圍并聯(lián)電阻電容加以穩(wěn)定，和雙反激電源有本質(zhì)的區(qū)別。
[0020]應(yīng)用中，如某變頻器的母線直流電壓最高到1200VDC，當(dāng)使用普通的反激電源拓?fù)鋾r(shí)候，其開關(guān)管收到電壓應(yīng)力將超過1800V。如果使用本實(shí)用新型拓?fù)?，使用兩個(gè)開關(guān)管，并將初級(jí)電感分為兩部分，則其單個(gè)開關(guān)管受到的電壓應(yīng)力將減小為900V，那么使用1500V耐壓的MOS管就可以滿足這個(gè)需求。同樣采用兩個(gè)開關(guān)管的雙反激拓?fù)?，其開關(guān)管電壓應(yīng)力被鉗位在輸入電壓Vdc，為1200V。
[0021]如果輸入電壓更高，則可以把初級(jí)多串幾級(jí)，采用多個(gè)開關(guān)管，高頻變壓器采用多段，變壓器可以做成一個(gè)，也可以是多個(gè)，多個(gè)串聯(lián)成初級(jí)電感，其承受電壓均分，如圖3所示。也可以做成模塊式，每個(gè)模塊由一個(gè)開關(guān)管、一個(gè)含有初次級(jí)繞組的變壓器以及其他通用的均壓和必要的吸收電路，根據(jù)輸入電壓的高低來配置模塊的多少，以達(dá)到相應(yīng)的耐壓需求。
[0022]設(shè)計(jì)本實(shí)用新型電源變壓器時(shí)候，和普通的反激電源一樣。例如，計(jì)算得普通反激變壓器的初級(jí)匝數(shù)為100匝，如果把初級(jí)電感分為兩段，使用兩個(gè)開關(guān)管，那么只需在制作變壓器時(shí)候把兩段繞組引出線來即可，不需要更改任何參數(shù)。
[0023]在本實(shí)用新型中，高壓輸入反激開關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)電路需要考慮各路驅(qū)動(dòng)的隔離，一般采用變壓器隔離技術(shù)進(jìn)行隔離驅(qū)動(dòng)，變壓器的初級(jí)接收從PWM芯片來的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，變壓器的次級(jí)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以輸出η個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。例如采用兩個(gè)開關(guān)管，由于兩個(gè)開關(guān)管的電位不相等，所以需要用驅(qū)動(dòng)變壓器來進(jìn)行隔離。如果有多個(gè)開關(guān)管，則需要提供多個(gè)隔離的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，多個(gè)信號(hào)同時(shí)開通和同時(shí)關(guān)閉。
[0024]本實(shí)用新型提供的高壓輸入反激開關(guān)電源中，當(dāng)輸入為超過1000V的高壓時(shí)，初級(jí)電路的開關(guān)管采用多個(gè)MOS管，高頻變壓器的初級(jí)線圈分割成多段，這樣能有效降低MOS管電壓應(yīng)力，讓低壓MOS管應(yīng)用在高壓輸入開關(guān)電源。另外多個(gè)開關(guān)管是同時(shí)開通和同時(shí)關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)部分通過驅(qū)動(dòng)變壓器實(shí)現(xiàn)隔離。
[0025]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(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】
1.一種高壓輸入反激開關(guān)電源，其特征在于，包括PWM控制驅(qū)動(dòng)模塊、高頻變壓器以及η個(gè)串聯(lián)連接的開關(guān)模塊； 所述高頻變壓器的初級(jí)繞組包括η段，分別記為第一初級(jí)繞組Np1、第二初級(jí)繞組Np2,……第η初級(jí)繞組Npn ;η為大于等于2的正整數(shù)； 每一個(gè)開關(guān)模塊包括第一開關(guān)管、第一電阻和第一電容； 每一段初級(jí)繞組的一端與所述第一開關(guān)管的一端連接，每一段初級(jí)繞組的另一端通過所述第一電阻與所述第一開關(guān)管的另一端連接，所述第一開關(guān)管的控制端與所述PWM控制驅(qū)動(dòng)模塊連接； 所述第一電容與所述第一電阻并聯(lián)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓輸入反激開關(guān)電源，其特征在于，所述第一開關(guān)管為MOS管，所述MOS管的柵極作為所述第一開關(guān)管的控制端，所述MOS管的漏極作為所述第一開關(guān)管的一端，所述MOS管的源極作為第一開關(guān)管的另一端。
3.如權(quán)利要求1所述的高壓輸入反激開關(guān)電源，其特征在于，所述高壓輸入反激開關(guān)電源還包括誤差放大器、二極管D、電容Q、電阻&、電阻RtlI和電阻R# ； 所述二極管D的陽極與所述高頻變壓器次級(jí)繞組Ns的一端連接，所述電阻RtlI與所述電阻RJ依次串聯(lián)連接在所述二極管D的陰極與所述高頻變壓器次級(jí)繞組Ns的另一端之間； 所述電容Ctl的一端與所述二極管D的陰極連接，所述電容Ctl的另一端與所述高頻變壓器次級(jí)繞組Ns的另一端連接； 所述電阻Rtl與所述電容Ctl并聯(lián)連接； 所述誤差放大器的一個(gè)輸入端連接至所述電阻RtlI與所述電阻的串聯(lián)連接端，所述誤差放大器的另一個(gè)輸入端用于連接參考電壓Vref，所述誤差放大器的輸出端與所述PWM控制驅(qū)動(dòng)模塊連接。
【文檔編號(hào)】H02M5/10GK203554299SQ201320751823
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月25日
【發(fā)明者】潘泰孚, 王茂峰, 池家武 申請(qǐng)人:深圳市步科電氣有限公司