一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路，連接在電源和負(fù)載之間，包括：開關(guān)電路、變壓器T1、變壓器T2和輸出電路，所述的開關(guān)電路輸入端可與直流電源相連接，亦可與交流電源相連接，所述的變壓器T1和變壓器T2均分別連接開關(guān)電路和輸出電路，所述的輸出電路輸出端與負(fù)載相連接，所述的開關(guān)電路包括控制開關(guān)S1、控制開關(guān)S2、電容C1和電容C2，控制開關(guān)S1和S2為單向可控硅、雙向可控硅、IGBT、MOSFET或GRT器件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有零電流電壓開關(guān)、功率體積比高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】-種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種開關(guān)電源電路，尤其是涉及一種零開（ZVS)零關(guān)（ZCS)的開 關(guān)電源電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年，開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展，作為電源廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè) 備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備等等，工頻變壓 器應(yīng)用于傳統(tǒng)電源中，而開關(guān)電源相比工頻變壓器具有功率轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)壓范圍寬、功率 體積比高、重量輕等特點(diǎn)，但是同時(shí)也存在著以下的幾個(gè)問題：
[0003] 1)現(xiàn)有的開關(guān)電源很難真正同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制開關(guān)的零開關(guān)損耗，即在控制開關(guān)的開 關(guān)的瞬間，電路中的電壓、電流不為零，所以消耗的功率也就不能達(dá)到零。
[0004] 2)當(dāng)開關(guān)電源工作于電動(dòng)車充電器、手機(jī)充電器時(shí)，開關(guān)頻率的控制、輸出頻率和 功率的大小都會(huì)影響蓄電電池的使用壽命與充電完成時(shí)間，可以通過增加控制開關(guān)的斷續(xù) 頻率來增加電路的輸出功率，但是相對(duì)地就增加了控制開關(guān)的使用負(fù)擔(dān)。
[0005] 3)常用的開關(guān)電源電路中與負(fù)載直接連接部分電路有兩種：1、半橋整流電路，2、 全橋整流電路，如圖3、圖4所示，功能上僅將變壓器感應(yīng)來的電流是進(jìn)行了整流。
[0006] 因此，急需一種零開零關(guān)、功率體積比高、重量輕的開關(guān)電源電路。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種零開零關(guān)、 增加輸出功率、功率體積比高、重量輕的開關(guān)電源電路。
[0008] 本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路，連接在電源和負(fù)載之間，包括開關(guān)電路、變壓器 T1、變壓器T2和輸出電路，所述的開關(guān)電路輸入端與電源相連接，所述的變壓器T1和變壓 器T2均分別連接開關(guān)電路和輸出電路，所述的輸出電路輸出端與負(fù)載相連接。
[0010] 所述的變壓器T1包括初級(jí)繞組LT11和次級(jí)繞組LT12，所述的變壓器T2包括初級(jí)繞 組L T21和次級(jí)繞組LT22，所述的初級(jí)繞組LT11和初級(jí)繞組LT21分別與開關(guān)電路相連接，所述的 次級(jí)繞組L T12和次級(jí)繞組LT22分別與輸出電路相連接。
[0011] 所述的開關(guān)電路包括控制開關(guān)Si、控制開關(guān)S2、電容Ci和電容c2，所述的控制開關(guān) Si和控制開關(guān)S 2串聯(lián)連接在電源兩端，所述的電容Ci和初級(jí)繞組LT11串聯(lián)后與控制開關(guān)Si 并聯(lián)，所述的電容c 2和初級(jí)繞組LT21串聯(lián)后與控制開關(guān)s2并聯(lián)。
[0012] 所述的控制開關(guān)Si和S2為單向可控硅、雙向可控硅、IGBT、M0SFET或GRT器件。
[0013] 所述的輸出電路包括第一輸出單元和第二輸出單元，所述的第一輸出單元與次級(jí) 繞組LT12相連接，所述的第二輸出單元與次級(jí)繞組L T22相連接，所述的第一輸出單元和第二 輸出單元并聯(lián)連接在負(fù)載兩端上。
[0014] 所述的第一輸出單元和第二輸出單元的結(jié)構(gòu)相同。
[0015] 所述的第一輸出單元包括二極管Di、二極管D2、電容C3和電容C 4，所述的電容C3的 正極分別連接負(fù)載的一端和二極管Di的陰極，電容C3的負(fù)極分別連接電容C 4的正極和次 級(jí)繞組LT12的一端，所述的電容C4的負(fù)極分別連接負(fù)載的另一端和二極管D 2的陽極，所述 的二極管Di的陽極與次級(jí)繞組LT12的另一端相連接，所述的二極管D 2的陰極連接二極管Di 的陽極。
[0016] 所述的第二輸出單元包括二極管D3、二極管D4、電容c 5和電容c6，所述的電容c5的 正極分別連接負(fù)載的一端和二極管D 3的陰極，電容c5的負(fù)極分別連接電容c6的正極和次 級(jí)繞組L T22的一端，所述的電容C6的負(fù)極連接負(fù)載的另一端和二極管D4的陽極，所述的二 極管D 3的陽極與次級(jí)繞組LT22的另一端相連接，所述的二極管D4的陰極連接二極管D 3的陽 極。
[0017] 所述的電源為直流電源或交流電源。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0019] 1)本實(shí)用新型的開關(guān)電路的開關(guān)的瞬間，電路中的電壓、電流為零，消除了因開關(guān) 控制不合理而消耗的功率，即實(shí)現(xiàn)了電路的零開零關(guān)功能。
[0020] 2)本實(shí)用新型的開關(guān)電路結(jié)構(gòu)與一般的相比，采用具有記憶功能的器件：電容和 電感，使得在一定的開關(guān)頻率下，電路的變頻功能可增加為原來的3到4倍，也就是說在滿 足電路的高頻率要求的同時(shí)，可以減小對(duì)控制開關(guān)器件的開關(guān)頻率參數(shù)的要求。
[0021] 3)本實(shí)用新型功率體積比高、重量輕，因?yàn)椴捎秒p電容、電感構(gòu)成新的拓?fù)浼軜?gòu)， 可使得對(duì)電網(wǎng)EMC的值減到最少，使得本開關(guān)電源的輸出效率最大限度提高。；
[0022] 4)本實(shí)用新型采用兩個(gè)單組線圈的變壓器，不用設(shè)置抽頭，進(jìn)一步減小變壓器體 積。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024] 圖2為本實(shí)用新型的具體電路圖；
[0025] 圖3為半橋整流電路；
[0026] 圖4為全橋整流電路。
【具體實(shí)施方式】 [0027]
[0028] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0029] 如圖1所示，一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路1，連接在電源2和負(fù)載3之間，包括開 關(guān)電路11、變壓器T1、變壓器T2和輸出電路12,所述的開關(guān)電路11輸入端與電源2相連 接，所述的變壓器T1和變壓器T2均分別連接開關(guān)電路11和輸出電路12,所述的輸出電路 12輸出端與負(fù)載3相連接。電源2可為直流電源或交流電源。
[0030] 如圖2所示，所述的變壓器T1包括初級(jí)繞組LT11和次級(jí)繞組LT12，所述的變壓器T2 包括初級(jí)繞組L T21和次級(jí)繞組LT22，所述的初級(jí)繞組LT11和初級(jí)繞組LT21分別與開關(guān)電路相 連接，所述的次級(jí)繞組L T12和次級(jí)繞組LT22分別與輸出電路相連接。
[0031] 所述的開關(guān)電路11包括控制開關(guān)Si、控制開關(guān)s2、電容q和電容C2，所述的控制 開關(guān)Si和控制開關(guān)S 2串聯(lián)連接在電源兩端，所述的電容q和初級(jí)繞組LT11串聯(lián)后與控制開 關(guān)Si并聯(lián)，所述的電容C 2和初級(jí)繞組LT21串聯(lián)后與控制開關(guān)S2并聯(lián)。所述的控制開關(guān)Si 和s2可為單向可控硅、雙向可控硅、IGBT、MOSFET或GRT器件等，對(duì)控制開關(guān)的控制包括調(diào) 頻和調(diào)幅2種形式。
[0032] 所述的輸出電路12包括第一輸出單兀和第二輸出單兀，所述的第一輸出單兀與 次級(jí)繞組L T12相連接，所述的第二輸出單元與次級(jí)繞組LT22相連接，所述的第一輸出單元和 第二輸出單元并聯(lián)連接在負(fù)載兩端上。第一輸出單元和第二輸出單元的結(jié)構(gòu)相同。所述的 第一輸出單元包括二極管Di、二極管D 2、電容C3和電容C4，所述的電容C3的正極分別連接負(fù) 載的一端和二極管Di的陰極，電容C 3的負(fù)極分別連接電容C4的正極和次級(jí)繞組LT12的一 端，所述的電容C 4的負(fù)極分別連接負(fù)載的另一端和二極管D2的陽極，所述的二極管01的陽 極與次級(jí)繞組L T12的另一端相連接，所述的二極管仏的陰極連接二極管Di的陽極。所述的 第二輸出單元包括二極管D3、二極管D 4、電容C5和電容C6，所述的電容C5的正極分別連接負(fù) 載的一端和二極管D 3的陰極，電容C5的負(fù)極分別連接電容C6的正極和次級(jí)繞組LT22的一 端，所述的電容C 6的負(fù)極連接負(fù)載的另一端和二極管D4的陽極，所述的二極管D3的陽極與 次級(jí)繞組L T22的另一端相連接，所述的二極管D4的陰極連接二極管D3的陽極。
[0033] 本實(shí)用新型中開關(guān)電路11的工作過程為：
[0034] 1)當(dāng)控制開關(guān)Si、控制開關(guān)&均斷開時(shí)，通以電源，電壓為U，若電源為交流電源， 控制開關(guān)Si、s 2要求用雙向器件。
[0035] 此時(shí)，因?yàn)殡姼械拇嬖?，電路中的電流緩慢增長，電源對(duì)電容Q和電容C2進(jìn)行充 電。直至電容充電完成，電路中電流為〇,為穩(wěn)定狀態(tài)1，其穩(wěn)定時(shí)間由電容和電感具體LC 二階時(shí)間常數(shù)數(shù)值決定。
[0036] 2)當(dāng)電容Q和電容(：2充電完成，電路中電流為0時(shí)，控制開關(guān)Si閉合。
[0037] 此時(shí)，因?yàn)殡娙莸拇嬖?，電容兩端的電壓不能突變，電源?duì)電容C2進(jìn)行繼續(xù)充電， 電容C 2的電壓增加了 U/2,對(duì)電容C1放電，直至電容C2充電完成，C1放電完成，電路中電 流為〇,為穩(wěn)定狀態(tài)2。
[0038] 3)當(dāng)電容(：2充電完成，電路中電流為0時(shí)，控制開關(guān)Si斷開。
[0039] 此時(shí)，電容C2釋放能量，電容Q存儲(chǔ)能量，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)3。
[0040] 4)再將控制開關(guān)S2閉合。
[0041] 此時(shí)，電源均對(duì)電容^進(jìn)行繼續(xù)充電，電容的電壓增加了 U/2,直至電路中電流 為〇,為穩(wěn)定狀態(tài)4。
[0042] 5)控制開關(guān)&斷開。
[0043] 此時(shí)，電容Q釋放能量，電容C2存儲(chǔ)能量，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)5。
[0044] 6)再重復(fù)過程1)_5)，開關(guān)電路中電容電感狀態(tài)在穩(wěn)定狀態(tài)1、2、3、4、5中相互轉(zhuǎn) 換。
[0045] 若電源為直流電源，控制開關(guān)Sp S2采用單向器件，開關(guān)電路的工作過程與交流電 源時(shí)類似。
[0046] 開關(guān)電路的控制開關(guān)可在零電流零電壓時(shí)通斷，電容之間傳遞能量，使變壓器T1、 T2的初級(jí)線圈兩端的電壓高頻變化，電路的變頻功能為普通開關(guān)電路的3到4倍，可降低對(duì) 開關(guān)管的開合頻率要求，增加開關(guān)壽命，在相同的開關(guān)開合頻率下，而本實(shí)用新型傳遞的能 量較大。
[0047] 因?yàn)檩敵鲭娐钒?個(gè)結(jié)構(gòu)相同的輸出單元，所以分析一個(gè)輸出單元內(nèi)的工作過 程：
[0048] 1)當(dāng)二極管01導(dǎo)通時(shí)，變壓器ΤΙ對(duì)電容C3充電的同時(shí)，向負(fù)載R提供能量，電容 C 4釋放能量。
[0049] 2)當(dāng)二極管仏導(dǎo)通時(shí)，變壓器T1對(duì)電容C4充電的同時(shí)，向負(fù)載R提供能量，電容 C 3釋放能量。
[0050] 本實(shí)用新型的輸出電路與現(xiàn)有電路相比，不僅實(shí)現(xiàn)了整流，而且經(jīng)過所處的輸出 電路的存儲(chǔ)釋放能量，輸出負(fù)載穩(wěn)定的強(qiáng)電壓和具有小幅度的脈沖的強(qiáng)電流。因此，在同等 輸出功率的情況下，本實(shí)用新型的體積更小，重量更輕；同體積重量的情況下，輸出的能量 可多出一倍。
【權(quán)利要求】
1. 一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路，連接在電源和負(fù)載之間，其特征在于，包括開關(guān)電 路、變壓器T1、變壓器T2和輸出電路，所述的開關(guān)電路輸入端與電源相連接，所述的變壓器 T1和變壓器T2均分別連接開關(guān)電路和輸出電路，所述的輸出電路輸出端與負(fù)載相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述的變壓器 T1包括初級(jí)繞組LT11和次級(jí)繞組L T12，所述的變壓器T2包括初級(jí)繞組LT21和次級(jí)繞組LT22， 所述的初級(jí)繞組L T11和初級(jí)繞組LT21分別與開關(guān)電路相連接，所述的次級(jí)繞組Lt12和次級(jí)繞 組L T22分別與輸出電路相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述的開關(guān)電 路包括控制開關(guān)Si、控制開關(guān)S2、電容q和電容C 2，所述的控制開關(guān)S1和控制開關(guān)S2串聯(lián) 連接在電源兩端，所述的電容q和初級(jí)繞組L T11串聯(lián)后與控制開關(guān)Si并聯(lián)，所述的電容C2 和初級(jí)繞組LT21串聯(lián)后與控制開關(guān)S2并聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述的控制開 關(guān)Si和S2為單向可控硅、雙向可控硅、IGBT、MOSFET或GRT器件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述的輸出電 路包括第一輸出單元和第二輸出單元，所述的第一輸出單元與次級(jí)繞組L T12相連接，所述的 第二輸出單元與次級(jí)繞組LT22相連接，所述的第一輸出單元和第二輸出單元并聯(lián)連接在負(fù) 載兩端上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述的第一輸 出單元和第二輸出單元的結(jié)構(gòu)相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述的第一輸 出單元包括二極管Di、二極管D2、電容C 3和電容C4，所述的電容C3的正極分別連接負(fù)載的一 端和二極管Di的陰極，電容C 3的負(fù)極分別連接電容C4的正極和次級(jí)繞組LT12的一端，所述 的電容C 4的負(fù)極分別連接負(fù)載的另一端和二極管D2的陽極，所述的二極管01的陽極與次 級(jí)繞組L T12的另一端相連接，所述的二極管D2的陰極連接二極管Di的陽極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述的第二輸 出單元包括二極管D3、二極管D 4、電容C5和電容C6，所述的電容C5的正極分別連接負(fù)載的一 端和二極管D 3的陰極，電容C5的負(fù)極分別連接電容C6的正極和次級(jí)繞組LT22的一端，所述 的電容C 6的負(fù)極連接負(fù)載的另一端和二極管D4的陽極，所述的二極管D3的陽極與次級(jí)繞 組L T22的另一端相連接，所述的二極管D4的陰極連接二極管D3的陽極。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種零開零關(guān)的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述的電源為 直流電源或交流電源。
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK203911723SQ201420201112
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】葛錚 申請(qǐng)人:葛錚