倍压整流电路制造技术

本发明专利技术公开了一种倍压整流电路，包括变压器、Ｃ－Ｗ倍压电路和ＰＷＭ控制电路。变压器初级异名端接电源输入Ｖ↓［ｉｎ］，变压器初级同名端与开关管Ｑ１的漏极相连；ＰＷＭ控制电路的输出与开关管Ｑ１的栅极相连，开关管Ｑ１的源极与地相连；变压器次级与Ｃ－Ｗ倍压电路相连。本发明专利技术是一种以单端反激做ＰＷＭ控制，附带正激电压输出，可以在次级通过电荷泵把反激电压和正激电压反复叠加起来，实现高压输出的开关电源电路。在正激回路中，增加了储能电感，在中小功率高压产品中，应用此电路可以有效减少变压器匝数，改善器件耐压选用，由此可以形成优化临近损耗和开关损耗以提高效率、并部分改善ＥＭＩ特性的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电源电路，具体地说，涉及一种倍压并整流的电源电路。
技术介绍
目前，以电荷泵为基础的高压倍压整流电路，于1932年由COCCROFT和WALTON提出，通常称为C-W倍压整流电路。一种常见拓朴如图1所示，其中次级的整流管和电荷泵电容可以照图中方式反复的加上去，使输出电压越叠越高。如果把所有二极管反向，输出电压极性会相反。通常每2倍称为一阶，上述4倍压整流电路是2阶。当变压器次级输出为上负下正时，电流流向如图2所示。变压器次级向上臂两个电容充电。当变压器次级输出上正下负时，电流流向如图3。上臂电容和变压器向下臂两个电容充电。如果不带负载，稳态时，电容C1上的电压为U，电容C2、C3和C4、上的电压为2U，总的输出电压为4U，所以可以选用耐压较低的电容。但因为电容是串联放电，所以纹波较大。假设输出电流为I，每个电容的容量相同，为C，交流电源频率为f，则N阶倍压电路的输出电压纹波为(N+1)N4IfC.]]>电路可以改进如图4所示。变压器次级有两个绕组，由两个对称的C-W电路组成，两路相对的纹波电流互相抵消，输出纹波会小很多，电容电压应力同样不超过2U。但是，上述电路原本是对正弦波形交流电进行倍压操作，输入电压高低直接影响输出电压，没有控制的余地。
技术实现思路
本专利技术正是为了解决上述技术问题而设计的一种倍压整流电路。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种倍压整流电路，包括变压器、C-W倍压电路和PWM控制电路。变压器初级异名端接电源输入Vin，变压器初级同名端与开关管Q1的漏极相连；PWM控制电路的输出与开关管Q1的栅极相连，开关管Q1的源极与地相连；变压器次级与C-W倍压电路相连，C-W倍压电路为多阶倍压电路。所述C-W倍压电路可以为任意多阶倍压电路。优选地，所述倍压整流电路中的C-W倍压电路为二阶倍压电路，它包括电容C1、C2、C3和C4，二极管D1、D2、D3和D4，其中电容C1的一个管脚与二极管D1负极以及二极管D2正极相连，二极管D1正极接地，电容C2串接在二极管D1正极和二极管D2负极之间，二极管D2负极与二极管D3正极相连，电容C3串接在二极管D2负极和二极管D3正极之间，二极管D3负极与二极管D4正极相连，电容C4串接在二极管D3正极和二极管D4的负极之间，二极管D4负极为电源输出端Vo。所述倍压整流电路中的C-W倍压电路包括电容C1、C2、C3和C4，二极管D1、D2、D3和D4，并增加了储能电感L1和L2，其中储能电感L1串接在电容C1和二极管D1负极之间，储能电感L2串接在电容C3和二极管D3负极之间。所述倍压整流电路中的变压器T1次级为双绕组，其中第二绕组同名端与第一绕组异名端相连，二极管D5正极与二极管D1正极相连，电容C5串接在二极管D5负极和第二绕组异名端之间，二极管D5负极与二极管D6正极相连，储能电感L3串接在电容C2和二极管D6负极之间，二极管D7正极与二极管D3正极相连，电容C6串接在二极管D6正极和二极管D7负极之间，储能电感L4串接在电容C4和二极管D8负极之间，二极管D8正极与二极管D7负极相连。在开关电源上实现倍压整流电路，则需要加进PWM控制。对中小功率产品而言，初级采用单端电路比较经济。在倍压电路中，次级正反两种极性都在输出能量；并且是通过极性的转换过程实现次级的电压叠加。所以如果把这种电路初级换成PWM控制的单端开关脉动直流，则不同于常规的正激或反激，而是在正反两部分都输出电压并且两个电压叠加的一种拓朴。其中正激部分输出电压直接由输入电压和变压器变比影响，不可控，只有反激部分的电压受占空比影响，可控制。因此，一种可行的拓朴是初级单端电路，次级正反输出，以反激为PWM控制的电路。直接把初级换成单端PWM控制电路后拓朴如图5所示，假设变压器变比为K，占空比为D，变压器应当适当开气隙以储存能量。这个电路次级工作方式类似C-W电路，只是次级正反两种极性的电压是不相等的。初级开关导通时，根据同名端次级处于上负下正状态，初级能量通过变压器给电容C1、C3充电。此时C1、C3上电压为变压器次级电压Vin/K。当初级开关关断时，次级绕组上电压为VinD/K(1-D)，变压器里储存的能量向外释放，C2、C4上电压为C1、C3上原有电压叠加上绕组电压，等于Vin/K(1-D)，这也是这种电路的一阶输出电压。对于N阶倍压，最终输出Vo＝NVin/K(1-D)。但是，这样的电路虽然可以实现倍压，却有很大缺陷。在初级关断时候，C1、C3向C2、C4充电同时也给输出负载提供电流，电容放电必然导致电压下降。当初级再次开通时候，次级正激电压Vin/K是固定的，而C1、C3此时电压低于这一值，重新充电时次级对C1、以及C2对C3必然形成极大的充电电流尖峰。由此带来的电应力冲击、EMI干扰、变压器损耗大等一系列问题。为此，可以给正激臂加上储能电感，抑制电流突变。如图所示6，在正激半周期里变压器次级上负下正，绕组通过L1、L2给C1、C3充电，充电过程中电感上的压差弥补了次级绕组与电容间的压差，使充电电流无尖峰，同时电感储能。在反激半周期里变压器次级上正下负，正常实现倍压，同时L1、L2通过D2、D4续流放电，续流放电期间电感上的电压相当于一阶的输出电压。此时输出电压Vo＝N，其中的VL是正激过程中L1、L2上的电压，这个电压值受输出负载大小影响而变化，负载越重电压越大，此时为保证输出电压需要更大占空比。假设电容量很大忽略周期内电容上电压波动，则最极端情况下L1、L2存了足够多的能量，以至于整个反激周期里电感L1、L2的电都没放完，则根据伏秒平衡可以推导出VL＝Vin/K，此时C1上没有电压，而C2＝C3＝C4＝VinD/K(1-D)，最终输出电压Vo＝NVinD/K(1-D)，相当于只把反激电压叠加起来；但此时功率拓朴不同于反激，因为有相当部分输出能量是在初级导通时候传递到次级的，包括直接输出或存在次级电感内，在续流时输出。所以变压器需要储存的能量小于反激，设计时可以实现较小的纹波电流，有利于改善EMI。这一电路同样可以用双绕组实现输出纹波电压抵消，如图7所示。经实测，用二倍压电路做一个小型的15W功率400V输出的产品，效率比常规反激方案高了将近5个百分点，变压器加工难度大幅度减轻，并且纹波噪声也有改善。本专利技术的有益效果是该倍压整流电路是一种以单端反激做PWM控制，附带正激电压输出，可以在次级通过电荷泵把反激电压和正激电压反复叠加起来，实现高压输出的开关电源电路。在正激回路中，加进了储能电感，使得电路拓朴及相应性能和常见的C-W倍压电路有根本性区别。在中小功率高压产品中，应用此电路可以有效减少变压器匝数，改善器件耐压选用，由此可以形成优化临近损耗和开关损耗以提高效率、并部分改善EMI特性的效果。附图说明图1为普通的C-W倍压整流电路原理图。图2为当变压器次级输出为上负下正时，普通的C-W倍压整流电路电流流向示意图。图3为当变压器次级输出为上正下负时，普通的C-W倍压整流电路电流流向示意图。图4为变压器次级有两个绕组时普通的C-W倍压整流电路原理图。图5为本专利技术倍压整流电路原理图。图6为本专利技术增加了储能电感的倍压整流电路原理图。图7为本专利技术变压器次级有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种倍压整流电路，包括变压器、Ｃ－Ｗ倍压电路和ＰＷＭ控制电路；其特征在于：变压器初级异名端接电源输入Ｖ↓［ｉｎ］，变压器初级同名端与开关管（Ｑ１）的漏极相连；ＰＷＭ控制电路的输出与开关管（Ｑ１）的栅极相连，开关管（Ｑ１）的源极与地相连；变压器次级与Ｃ－Ｗ倍压电路相连，Ｃ－Ｗ倍压电路为多阶倍压电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢作烜，李小宇，
申请(专利权)人：北京新雷能有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]