一種正反混激式開關(guān)電源電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種正反混激式開關(guān)電路，該電路可以基于實時檢測的輸入AC的電壓、電流、頻率、相位以及負(fù)載的情況，調(diào)整電源的控制策略，保持開關(guān)電源的功率因素處于較高水平，并盡量降低能耗，具有較高的安全性能以及輸出性能。
【專利說明】
一種正反混激式開關(guān)電源電路所屬

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉一種正反混激式開關(guān)電源電路。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境污染問題和能源緊缺問題日益嚴(yán)重?？稍偕茉吹拈_發(fā)利用是解決這個問題的有效方法之一。可再生能源發(fā)電主要有風(fēng)力、光伏、水利、燃料電池等，但是，受氣候條件的影響，可再生能源具有輸出電壓范圍寬的特點。因此，為了能有效的利用新能源，需要一種能在寬輸入電壓范圍內(nèi)高效工作的DC/DC變換器。根據(jù)工作模式的不同，DC-DC變換器可分為降壓式、升壓式、降壓/升壓式、反激式、正激式、半橋式、全橋式、推挽式等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0003]推挽正激變換器因其兼具正激電路和推挽電路的優(yōu)點而成為了低壓大電流的優(yōu)選方案，在推挽正激電路的整流方式中，全波整流是整流電路中效率最高的一種整流方式，然而全波整流推挽正激電路是在硬開關(guān)的狀態(tài)下工作，這樣的工作模式不僅產(chǎn)生大量的熱和電磁干擾噪聲，浪費了大量的能源，而且嚴(yán)重降低了變換器的效率和功率密度；同時由于變壓器副邊漏感的存在和整流二極管反向恢復(fù)的特性造成了非常高的關(guān)斷尖峰，在實際電路的設(shè)計中往往需要增加尖峰吸收支路，這樣不僅影響了變流的穩(wěn)定性和可靠性，而且必須選用耐壓較高的整流二極管，增加了變換器的成本。
[0004]在小功率應(yīng)用場合，反激變換器在業(yè)界被廣泛使用，由于反激變換器具有輸入電壓范圍寬，使用元件少，成本低，輸出與輸入隔離等特性，常用于需要多路輸出的應(yīng)用中。
[0005]低輸出電壓的轉(zhuǎn)換器，整流二極管正向壓降的傳導(dǎo)損耗成為主導(dǎo)損失，這種損失在某些情況下可以達(dá)到50%的總功率損耗。反激式開關(guān)電源在電源【技術(shù)領(lǐng)域】是指在開關(guān)電源開關(guān)管導(dǎo)通時，原邊將能量存儲在變壓器的勵磁電感里面，而在開關(guān)管關(guān)斷時，勵磁電感釋放能量給負(fù)載和輸出電容供電，下一個開關(guān)管導(dǎo)通時輸出電容維持負(fù)載輸出。
[0006]根據(jù)現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換器，當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時，由于在輕負(fù)載條件下的輸出電感器導(dǎo)致流入初級側(cè)的開關(guān)中的電流和流入次級側(cè)的開關(guān)(同步整流器)中的電流增大，使得關(guān)斷損耗和緩沖器損耗變大，因此降低了效率。
[0007]隨著對開關(guān)電源性能要求的提高，需要開發(fā)出新開關(guān)電路，以實現(xiàn)高效率的電源變換。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種正反混激式開關(guān)電源電路，該電路集成了正激式變換器和反激式變換器的優(yōu)點，提升了功率因素和電能轉(zhuǎn)換效率。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種正反混激式開關(guān)電源電路，包括:
[0010]整流模塊，用于將外部的AC轉(zhuǎn)換為DC ；
[0011 ] 第一電子開關(guān)，通過高速的導(dǎo)通和關(guān)斷，將整流模塊輸出的DC轉(zhuǎn)換成高頻AC ；
[0012]變壓器，包括原邊繞組和副邊繞組，其中副邊繞組具有第一副邊繞組和第二副邊繞組；
[0013]正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊，和第一副邊繞組相連，用于將原邊繞組傳遞過來的高頻AC轉(zhuǎn)換為DC輸出；
[0014]反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊，和第二副邊繞組相連，用于將原邊繞組傳遞過來的高頻AC轉(zhuǎn)換為DC輸出；
[0015]檢測模塊，用于檢測外部AC輸入的電壓、電流、頻率及相位，以及負(fù)載的變化情況；
[0016]控制模塊，用于控制整流模塊、第一電子開關(guān)、正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊和反激式DC/AC轉(zhuǎn)換模塊的運行,控制模塊根據(jù)外部AC輸入的情況和負(fù)載的變化情況,確定最佳控制策略，使得開關(guān)電源保持高轉(zhuǎn)換效率，其包括控制策略分析單元、控制邏輯形成單元和開關(guān)控制單元；
[0017]其中，該反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊通過如下步驟進(jìn)行設(shè)計:
[0018]步驟1:根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)定如下參數(shù)和性能指標(biāo):
[0019]輸入電壓Vin，輸出電壓V。，紋波電壓Vpp，輸出電流I。，輸出功率P。，輸出最小電阻Rtain,輸出最大電阻Rtaax，效率η ；
[0020]步驟2:設(shè)置開關(guān)頻率:最低開關(guān)頻率fmir^P最聞開關(guān)頻率fmax ;
[0021]步驟3:計算所述反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的最大電流I^max以及輸出電容最小值C..wInin，
[0022]步驟4:計算反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊電子開關(guān)關(guān)斷時火花放電最大釋放能量Wlmax,反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊電子開關(guān)導(dǎo)通時短路火花放電最大釋放能量W2max ；
[0023]步驟5:對所設(shè)計的反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的輸出本質(zhì)安全性能進(jìn)行評判判斷，若反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的輸出是滿足本質(zhì)安全的，則設(shè)計結(jié)束，否則返回到步驟2重新執(zhí)行。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟I中設(shè)計要求為:Vin = 36V±15%，輸出電壓:V。= 12V±50%，紋波電壓=Vpp = 15mV，輸出電流:1 = 2V±50% A，輸出功率:Po = 24±50% W，輸出最小電阻:?-= 12Ω，輸出最大電阻:Rtaax = 50Ω，效率:η =0.85。
[0025]優(yōu)選的，所述正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊采用推挽式結(jié)構(gòu)。
[0026]優(yōu)選的，該該開關(guān)控制單元，包括:
[0027]整流模塊驅(qū)動信號生成電路，用于根據(jù)檢測模塊檢測到的外部AC采樣電壓信號生成整流驅(qū)動電流信號，所述驅(qū)動電流信號的波形跟隨所述采樣電壓信號的波形，用于控制整流|吳塊的整流電子開關(guān)的關(guān)斷，并保持聞?wù)鞴β室蛩兀?br> [0028]第一電子開關(guān)驅(qū)動信號生成電路，連接至所述第一電子開關(guān)的門極，用于控制所述第一電子開關(guān)的開斷頻率及占空比；
[0029]正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路，用于控制正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的電子管的開斷；
[0030]反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路，用于控制正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的電子管的開斷。
[0031]優(yōu)選的，該控制策略分析單元對檢測模塊采集的外部輸入AC的電壓、電流、頻率及相位，以及負(fù)載信息，進(jìn)行分析，來確定控制策略。
[0032]優(yōu)選的，所述控制邏輯形成單元將上述控制策略進(jìn)行編程，形成控制信號，分別發(fā)給上述整流模塊驅(qū)動信號生成電路、第一電子開關(guān)驅(qū)動信號生成電路、正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路和反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路。
[0033]本發(fā)明提供的正反混激式開關(guān)電路具有以下優(yōu)點:可以基于實時檢測的輸入AC的電壓、電流、頻率、相位以及負(fù)載的情況，調(diào)整電源的控制策略，保持開關(guān)電源的功率因素處于較高水平，并盡量降低能耗，具有較高的安全性能以及輸出性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1示出了本發(fā)明的一種正反混激式開關(guān)電源電路的框圖；
[0035]圖2示出了圖1中系統(tǒng)中的控制模塊的具體組成；
[0036]圖3示出了本發(fā)明的一種正反混激式開關(guān)電源電路的反擊式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計流程圖。

【具體實施方式】
[0037]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的框圖。本發(fā)明提供一種正反混激式開關(guān)電源電路，該開關(guān)電源包括:整流模塊2、第一電子開關(guān)3、控制模塊4、檢測模塊5、變壓器6、正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊7、反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊8。
[0038]整流模塊2，用于將外部的AC輸入的交流電轉(zhuǎn)換為直流。該外部AC可以來自配電網(wǎng)，也可以來自風(fēng)力發(fā)電機、潮汐能發(fā)電機等環(huán)保發(fā)電裝置。
[0039]第一電子開關(guān)3，通過高速的導(dǎo)通和關(guān)斷，將整流模塊輸出的DC轉(zhuǎn)換成高頻AC。該第一電子開關(guān)3可以采用IGBT、MOSFET等晶體管。開關(guān)頻率在20_45KHz之間。
[0040]變壓器3，包括原邊繞組和副邊繞組，其中副邊繞組具有第一副邊繞組和第二副邊繞組。
[0041]正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊7，和第一副邊繞組相連，用于將原邊繞組傳遞過來的高頻AC轉(zhuǎn)換為DC輸出。
[0042]反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊8，和第二副邊繞組相連，用于將原邊繞組傳遞過來的高頻AC轉(zhuǎn)換為DC輸出。
[0043]檢測模塊5，用于檢測外部ACl輸入的電壓、電流、頻率及相位，以及負(fù)載9的變化情況，并將相應(yīng)信息發(fā)送給控制模塊4。
[0044]控制模塊4，用于控制整流模塊2、第一電子開關(guān)3、正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊和反激式DC/AC轉(zhuǎn)換模塊7的運行，控制模塊根據(jù)外部ACl輸入的情況和負(fù)載9的變化情況，確定最佳控制策略，使得開關(guān)電源保持高轉(zhuǎn)換效率。
[0045]參見圖2，該控制模，4包括開關(guān)控制單元43，該開關(guān)控制單元43，包括:
[0046]整流模塊驅(qū)動信號生成電路，用于根據(jù)檢測模塊檢測到的外部AC采樣電壓信號生成整流驅(qū)動電流信號，所述驅(qū)動電流信號的波形跟隨所述采樣電壓信號的波形，用于控制整流模塊的整流電子開關(guān)的關(guān)斷，并保持高整流功率因素；第一電子開關(guān)驅(qū)動信號生成電路，連接至所述第一電子開關(guān)的門極，用于控制所述第一電子開關(guān)的開斷頻率及占空比；正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路，用于控制正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的電子管的開斷；反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路，用于控制正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的電子管的開斷。
[0047]所述控制模塊4包括控制策略分析單元41,該控制策略分析單元41對檢測模塊5采集的外部輸入ACl的電壓、電流、頻率及相位，以及負(fù)載9信息，進(jìn)行分析，來確定控制策略。
[0048]所述控制模塊4還包括控制邏輯形成單元42，所述控制邏輯形成單元42將上述控制策略進(jìn)行編程，形成控制信號，分別發(fā)給上述整流模塊驅(qū)動信號生成電路、第一電子開關(guān)驅(qū)動信號生成電路、正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路和反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路。
[0049]參見圖3，上述開關(guān)電源電路的反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊7采用如下方法進(jìn)行設(shè)計:
[0050]S1:根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)定如下參數(shù)和性能指標(biāo):
[0051]輸入電壓Vin，輸出電壓V。，紋波電壓Vpp，輸出電流I。，輸出功率P。，輸出最小電阻Rtain,輸出最大電阻Rtaax，效率η ；
[0052]S2:設(shè)置開關(guān)頻率:最低開關(guān)頻率f—和最聞開關(guān)頻率fmax ;
[0053]S3:計算所述反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的最大電流I@max以及輸出電容最小值Cmin ；
[0054]S4:計算反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊電子開關(guān)關(guān)斷時火花放電最大釋放能量Wlmax,反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊電子開關(guān)導(dǎo)通時短路火花放電最大釋放能量W2max ；
[0055]S5:對所設(shè)計的反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的輸出本質(zhì)安全性能進(jìn)行評判判斷，若反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的輸出是滿足本質(zhì)安全的，則設(shè)計結(jié)束，否則返回到步驟2重新執(zhí)行。
[0056]優(yōu)選的，所述SI中設(shè)計要求為:Vin= 36V±15%，輸出電壓:V。= 12V±50%，紋波電壓:Vpp = 15mV，輸出電流:1 = 2V±50%A，輸出功率:Po = 24±50% W，輸出最小電阻:Rljnin = 12 Ω，輸出最大電阻:RLmax = 50Ω，效率:η = 0.85。
[0057]預(yù)期的最低開關(guān)頻率fmin = 20kHz,最高開關(guān)頻率fmax = 10kHz。
[0058]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種正反混激式開關(guān)電源電路，其特征在于，該開關(guān)電源電路包括: 整流模塊，用于將外部的AC轉(zhuǎn)換為DC ； 第一電子開關(guān)，通過高速的導(dǎo)通和關(guān)斷，將整流模塊輸出的DC轉(zhuǎn)換成高頻AC ； 變壓器，包括原邊繞組和副邊繞組，其中副邊繞組具有第一副邊繞組和第二副邊繞組； 正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊，和第一副邊繞組相連，用于將原邊繞組傳遞過來的高頻AC轉(zhuǎn)換為DC輸出； 反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊，和第二副邊繞組相連，用于將原邊繞組傳遞過來的高頻AC轉(zhuǎn)換為DC輸出； 檢測模塊，用于檢測外部AC輸入的電壓、電流、頻率及相位，以及負(fù)載的變化情況； 控制模塊，用于控制整流模塊、第一電子開關(guān)、正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊和反激式DC/AC轉(zhuǎn)換模塊的運行，控制模塊根據(jù)外部AC輸入的情況和負(fù)載的變化情況，確定最佳控制策略，使得開關(guān)電源保持高轉(zhuǎn)換效率，其包括控制策略分析單元、控制邏輯形成單元和開關(guān)控制單兀； 其中，該反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊通過如下步驟進(jìn)行設(shè)計: 步驟1:根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)定如下參數(shù)和性能指標(biāo): 輸入電壓Vin，輸出電壓V。，紋波電壓Vpp，輸出電流I。，輸出功率P。，輸出最小電阻Rtain,輸出最大電阻Rl_，效率1I ; 步驟2:設(shè)置開關(guān)頻率:最低開關(guān)頻率fmir^P最聞開關(guān)頻率fmax ； 步驟3:計算所述反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的最大電流Immax以及輸出電容最小值Cmin ；步驟4:計算反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊電子開關(guān)關(guān)斷時火花放電最大釋放能量Wlmax,反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊電子開關(guān)導(dǎo)通時短路火花放電最大釋放能量W2max ； 步驟5:對所設(shè)計的反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的輸出本質(zhì)安全性能進(jìn)行評判判斷，若反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的輸出是滿足本質(zhì)安全的，則設(shè)計結(jié)束，否則返回到步驟2重新執(zhí)行。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述步驟I中設(shè)計要求為:Vin=36V±15%，輸出電壓:V。= 12V±50%，紋波電壓:Vpp = 15mV，輸出電流:1 = 2V±50%A，輸出功率:Po = 24±50% W，輸出最小電阻=ICn= 12Ω，輸出最大電阻成_ = 50Ω，效率:η = 0.85。
3.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊采用推挽式結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，該該開關(guān)控制單元，包括: 整流模塊驅(qū)動信號生成電路，用于根據(jù)檢測模塊檢測到的外部AC采樣電壓信號生成整流驅(qū)動電流信號，所述驅(qū)動電流信號的波形跟隨所述采樣電壓信號的波形，用于控制整流豐吳塊的整流電子開關(guān)的關(guān)斷，并保持聞?wù)鞴β室蛩兀? 第一電子開關(guān)驅(qū)動信號生成電路，連接至所述第一電子開關(guān)的門極，用于控制所述第一電子開關(guān)的開斷頻率及占空比； 正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路，用于控制正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的電子管的開斷； 反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路，用于控制正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊的電子管的開斷。
5.如權(quán)利要求4所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，該控制策略分析單元對檢測模塊采集的外部輸入AC的電壓、電流、頻率及相位，以及負(fù)載信息，進(jìn)行分析，來確定控制策略。
6.如權(quán)利要求5所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述控制邏輯形成單元將上述控制策略進(jìn)行編程，形成控制信號，分別發(fā)給上述整流模塊驅(qū)動信號生成電路、第一電子開關(guān)驅(qū)動信號生成電路、正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路和反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路。
7.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)電源電路，其特征在于，所述控制邏輯形成單元將上述控制策略進(jìn)行編程，形成控制信號，分別發(fā)給上述整流模塊驅(qū)動信號生成電路、第一電子開關(guān)驅(qū)動信號生成電路、正激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路和反激式AC/DC轉(zhuǎn)換模塊驅(qū)動信號生成電路。
【文檔編號】H02M5/44GK104135170SQ201410411668
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】羅建, 劉成, 曾茂良 申請人:成都邁碩電氣有限公司