降低功率开关损耗的双管正激开关电源电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种降低功率开关损耗的双管正激开关电源电路，包括电压源、变压器、第一功率开关、第二功率开关、磁开关，其中，电压源的两端之间依次串联第一功率开关、磁开关、变压器的原边绕组和第二功率开关，第一功率开关的漏极与电压源的正极相连，第二功率开关的源极与电压源的负极相连，该电源电路的输出端为变压器的副边绕组两端。与现技术相比，本实用新型专利技术的双管正激开关电源电路基于磁开关软换流技术，能够有效降低了功率开关的总功率损耗，且可完全实现功率开关的软开通。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电源电路
，具体涉及正激开关电源电路，特别一种降低功率开关损耗的双管正激开关电源电路。
技术介绍
正激开关电源是一种通过变压器传递能量的常见的DC-DC电源拓扑，其主要用于中等功率场合。按照变压器原边的功率开关(开关管)的个数不同，正激开关电源分为单管正激开关电源和双管正激开关电源。其中双管正激开关电源通过功率开关串联的二极管进行磁复位，不需要额外的复位电路，同时双管正激开关电源的功率开关承受的最大电压严格等于输入电压，适合用于较高电压输入、大功率输出场合。现有的双管正激开关电源采用的是硬开关，即开通或关断时，功率开关的导通电·流的上升或下降和端电压的下降或上升同时进行。在大功率应用中，双管正激开关电源的功率开关的导通电流及端电压都较大，因此存在很可观的功率开关损耗，这一方面增加了管的散热成本，另一方面浪费了能源。图I为双管正激开关电源电路的结构图。如图所示，功率开关S/和S2’开通时，能量从电压源Vin’经功率开关S/和S2’并通过变压器T/传递到副边，此时，功率开关S/和s2’的端电压为零(忽略功率开关的通态压降)。功率开关S/和s2’关断时，变压器中的磁化电流通过二极管D/和D2’退磁，此时，功率开关S/和S2’的端电压等于电压源Vin’的输入电压。图2表示图I中的功率开关S/和S2’开通瞬间，其导通电流和端电压的变化。由图2可见，功率开关在h时刻开始导通，其端电压u’开始下降，导通电流i’开始上升，这两个过程同时进行，直到h时刻其端电压u’降到零，功率开关完全导通。开通过程中，功率开关端电压和导通电流都不为零，所以功率开关的功率不为零，同时功率开关损耗的功率会随着其端电压和通态电流以及开关频率的增大而增大。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本技术所要解决的技术问题是为了降低双管正激开关电源的功率开关损耗。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本技术提出一种双管正激开关电源电路，包括电压源Vin、变压器T1、第一功率开关S1、第二功率开关S2,电压源Vin的两端之间依次串联第一功率开关S1、变压器T1的原边绕组和第二功率开关S2，其特征在于，在第一功率开关S1和第二功率开关S2之间还串联有一个磁开关U。根据本技术的一种具体实施方式，所述磁开关L1是电感器，其非饱和电感大于所述变压器T1的励磁电感，其饱和电感小于所述变压器T1的励磁电感。根据本技术的一种具体实施方式，所述磁开关L1的非饱和电感大于所述变压器1\的励磁电感的10倍，饱和电感小于所述变压器T1的励磁电感的1/10。根据本技术的一种具体实施方式，所述磁开关L1的饱和时间大于功率第一功率开关S1和第二功率开关S2的开通时间。根据本技术的一种具体实施方式，所述磁开关L1的饱和时间小于2 μ S。根据本技术的一种具体实施方式，电路中还包括一个第一二极管D1和一个第二二极管D2，所述第一二极管D1与依次串联的第一功率开关S1、磁开关L1变压器T1的原边绕组并联，所述第二二极管D2与依次串联的磁开关L1、变压器T1的原边绕组、第二功率开关S2并联。根据本技术的一种具体实施方式，所述变压器T1的副边绕组的两个输出端之间连接有整流电路。根据本技术的一种具体实施方式，所述整流电路由方向相反的二极管串联而根据本技术的一种具体实施方式，所述变压器T1的副边绕组的两个输出端之间还可连接有一个输出滤波器。根据本技术的一种具体实施方式，所述输出滤波器由一个电感和一个电容串联而成。(三)有益效果与现技术相比，本专利技术的双管正激开关电源电路基于磁开关软换流技术，由于磁开关的饱和时间略大于功率开关的开通时间，使开通损耗极大的减小，因此能够有效降低了功率开关的总功率损耗，且可完全实现功率开关的软开通。附图说明图I是现有的双管正激开关电源的电路图；图2是现有的双管正激开关电源电路在开通时的电压电流波形图；图3是本技术的一个实施例的双管正激开关电源的电路图；图4是本技术的上述实施例中所采用的磁开关所使用的磁性材料的B-H曲线图；图5是本技术的实施例的电源电路在开通时的信号波形图；图6是本技术的实施例的磁开关的磁化及磁复位模态图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术作进一步的详细说明。本技术在传统的双管正激开关电源的电路的变压器原边绕组上串联一个磁开关。图3是本技术的一个实施例的双管正激开关电源的电路图。如图3所示，该电路包括电压源Vin、变压器T1、第一功率开关S1、第二功率开关S2、磁开关L1，其中，电压源Vin的两端之间依次串联第一功率开关S1、磁开关L1、变压器T1的原边绕组和第二功率开关S2，该电源电路的输出端为变压器T1的副边绕组两端。第一功率开关S1的漏极(或集电极)与输入电压源的正极相连，第二功率开关S2的源极(或发射极)与输入电压源的负极相连。根据本技术，磁开关L1是一个电感器，并且，其具有较大的非饱和电感(大于变压器T1励磁电感，优选为大于10倍)和较小的饱和电感(小于变压器T1励磁电感，优选为小于1/10) O图4为本技术的上述实施例中所采用的磁开关L1所使用的磁性材料的B-H曲线图。如图4所示，该磁化曲线近似长 方形，其较大的非饱和磁导率yu和较小的饱和磁导率μ s决定了其非饱和电感大和饱和电感小的特点。根据本技术的该实施例，一个第一二极管D1与依次串联的第一功率开关Sp磁开关L1变压器T1的原边绕组并联，一个第二二极管D2与依次串联的磁开关L1、变压器T1的原边绕组、第二功率开关S2并联，所述第一、第二二极管DpD2用于为变压器T1的磁复位提供回路。根据本技术，在变压器T1的副边绕组的两个输出端之间还连接有整流电路，其用于将变压器副边绕组的输出端的交流电压整成直流电压。在该实施例中，整流电路由方向相反的两个二极管d3、d4串联而成。根据本技术，在变压器T1的副边绕组的两个输出端之间还可连接一个输出滤波器，其用于滤除电压波形中的开关噪声。在该实施例中，输出滤波器由电感L2和电容C1串联而成。图5是本技术的实施例的电源电路在开通时的信号波形图，其显示了本技术的工作原理。如图5所示，上方的波形线表示第一、第二功率开关SpS2的开关信号，下方两条波形线分别表示第一、第二功率开关Sps2的端电压u和导通电流i。从图5中可以看出，在第一、第二功率开关Sp S2开通的瞬时h，磁开关L1未饱和，其非饱和电感值很大，所以流过第一、第二功率开关Sp S2和变压器T1的原边绕组的电流缓慢上升；经过时间h后，第一、第二功率开关Sp S2完全开通，其端电压降低到接近于零，此时，磁开关L1仍处于非饱和状态，流过第一、第二功率开关电流依然很小，因此开通损耗几乎为零。当又经过一段时间到时刻t2时，L1进入饱和状态，由于其饱和电感值很小，甚至相对于电路中的其他电感可忽略不记，此时电流i快速上升达到开关导通状态时的稳定值，整个软开通过程所需时间小于2 μ s，(t2-t0)远小于开关电源的开关周期(大于20 μ S)，所以磁开关的作用并不影响开关电源基本原理的实现。在该实施例中，由于功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双管正激开关电源电路，包括电压源(Vin)、变压器(T1)、第一功率开关(S1)、第二功率开关(S2)，电压源(Vin)的两端之间依次串联第一功率开关(S1)、变压器(T1)的原边绕组和第二功率开关(S2)，第一功率开关(S1)的漏极与电压源(Vin)的正极相连，第二功率开关(S2)的源极与电压源(Vin)的负极相连，其特征在于，在第一功率开关(S1)和第二功率开关(S2)之间还串联有一个磁开关(L1)。

【技术特征摘要】
1.一种双管正激开关电源电路，包括电压源(Vin)、变压器0\)、第一功率开关(S1)、第二功率开关(S2)，电压源(Vin)的两端之间依次串联第一功率开关(Si)、变压器(T1)的原边绕组和第二功率开关(S2)，第一功率开关(S1)的漏极与电压源(Vin)的正极相连，第二功率开关(S2)的源极与电压源(Vin)的负极相连，其特征在于，在第一功率开关(S1)和第二功率开关(S2)之间还串联有一个磁开关(U)。2.如权利要求I所述的双管正激开关电源电路，其特征在于，所述磁开关(L1)是电感器，其非饱和电感大于所述变压器(T1)的励磁电感，其饱和电感小于所述变压器(T1)的励磁电感。3.如权利要求2所述的双管正激开关电源电路，其特征在于，所述磁开关(L1)的非饱和电感大于所述变压器(T1)的励磁电感的10倍，饱和电感小于所述变压器T1的励磁电感的 1/10。4.如权利要求I所述的双管正激开关电源电路，其特征在于，所述磁开关(L1)的饱和时间大于功率第一功率开关(S1)和第二功率开关(S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦子安，马英麒，徐向宇，王宇，周翊，赵江山，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：实用新型
国别省市：