一種軟關(guān)斷電源變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種軟關(guān)斷電源變換器，包括連接在輸入電源與輸出電源之間的變壓器，變壓器的初級繞組與輸入電源負端串聯(lián)一電路控制開關(guān)，電路控制開關(guān)由PWM控制電路的輸出信號控制通斷，變壓器的初級繞組與輸入電源負端之間還連接一條由第二電容、整流二極管和第一電容依次串聯(lián)的支路，還通過軟關(guān)斷控制電路控制電壓控制開關(guān)，本發(fā)明解決了開關(guān)因硬關(guān)斷帶來的損耗大的問題，實現(xiàn)軟關(guān)斷，降低了開關(guān)損耗，提高了效率，同時還解決了控制電路工作時的供電問題以及開關(guān)的關(guān)斷尖峰電壓的吸收問題，使得電源變換器無需再設(shè)置供電電路以及吸收電路，簡化了電路結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種軟關(guān)斷電源變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子電路的控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種控制功率開關(guān)實現(xiàn)軟關(guān)斷的電源變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在單端電源變換器中，因變壓器存在漏感，電源變換器中的開關(guān)管關(guān)斷時在開關(guān)管兩端會產(chǎn)生很高的反向電壓尖峰，有可能超過開關(guān)管的耐壓而使開關(guān)管損壞，并且單端電源變換器為了提高轉(zhuǎn)換效率，必須使開關(guān)管實現(xiàn)軟開關(guān)才能降低開關(guān)損耗。
[0003]已知的準諧振QR模式的單端電源變換器只能實現(xiàn)零電壓開通，開關(guān)管仍然是硬關(guān)斷，關(guān)斷損耗比較大，電源變換器轉(zhuǎn)換效率低，而且變壓器漏感儲能仍然需要采用常用的如附圖圖4所示一種具有吸收功能的RCD吸收電路結(jié)構(gòu)圖來吸收，漏感儲能轉(zhuǎn)儲到電容C中并由電阻R消耗掉一部分，而電能也被毫無益處的浪費。
[0004]現(xiàn)有的降低開關(guān)管的關(guān)斷損耗的電路主要有有源鉗位電路和附圖3所示一種具有吸收和軟關(guān)斷功能的RCD吸收電路，有源鉗位技術(shù)可以大大降低開關(guān)管的關(guān)斷電壓尖峰，使得開關(guān)管的關(guān)斷時的電壓和電流乘積減小，從而使關(guān)斷損耗降低一些，但開關(guān)管的軟關(guān)斷效果不明顯，開關(guān)管的關(guān)斷損耗無法更進一步降低；圖3所示RCD吸收電路中，開關(guān)管關(guān)斷期內(nèi)，電源電壓和漏感尖峰電壓疊加在一起經(jīng)二極管D和變壓器的初級繞組給電容C充電，電容C兩端電壓緩慢上升，此時，開關(guān)管關(guān)斷過程中電流是急劇下降的，從而使電壓和電流的重疊區(qū)域很小，即功率損耗小，開關(guān)管是軟關(guān)斷的，在開關(guān)管導(dǎo)通期內(nèi)，電容C的儲能經(jīng)電阻R和開關(guān)管放電，電能在電阻R上消耗掉一部分，使電容C的端電壓下降，為電容C在下一周期內(nèi)吸收漏感儲能做準備，這種模式下電能仍然被毫無益處的浪費，甚至電阻消耗掉的電能比開關(guān)管因軟關(guān)斷而節(jié)約的電能要多得多，在提倡節(jié)能的今天，使這種電路失去使用價值。
[0005]并且目前的電源變換器中的控制電路需要外部供電才能工作，一般采用另外的獨立小電源、待機電源來供電，或者在變壓器中設(shè)置供電繞組來提供輔助供電，使得電源比較復(fù)雜，浪費電子材料，成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種開關(guān)損耗低、效率高、電路簡單的軟關(guān)斷電源變換器。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:一種軟關(guān)斷電源變換器，包括連接在輸入電源與輸出電源之間的變壓器，變壓器的初級繞組與輸入電源負端串聯(lián)一電路控制開關(guān)，所述電路控制開關(guān)由一 PWM控制電路的輸出信號控制通斷，還包括一軟關(guān)斷控制電路及其所控制的電壓控制開關(guān)，所述電壓控制開關(guān)一端連接整流二極管的正極，另一端連接輸入電源負極；所述變壓器的初級繞組與輸入電源負端之間還連接一條由第二電容、整流二極管和第一電容依次串聯(lián)的支路，所述的第一電容和第二電容在電路控制開關(guān)關(guān)斷期內(nèi)充電，為PWM控制電路和軟關(guān)斷控制電路提供工作電壓，同時使電路控制開關(guān)軟關(guān)斷以及抑制電路控制開關(guān)兩端的反向電壓尖峰；
所述軟關(guān)斷控制電路包括依次連接的將第一電容兩端經(jīng)第三電阻和第四電阻分壓后的電壓值和基準電壓比較并輸出放大后的誤差電壓值的第一比較器、將來自一斜坡產(chǎn)生電路產(chǎn)生的斜坡電壓與所述誤差電壓值比較并輸出窄脈沖的第二比較器，所述斜坡產(chǎn)生電路的輸入端信號為PWM控制電路的輸出信號，所述窄脈沖經(jīng)過一第一反相器和一第二反相器后輸出至所述電壓控制開關(guān)的控制端，并快速控制電壓控制開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)閉；軟關(guān)斷控制電路根據(jù)第三電阻和第四電阻檢測的第一電容的電壓來控制在電路控制開關(guān)導(dǎo)通期間內(nèi)電壓控制開關(guān)的導(dǎo)通時間，和電壓控制開關(guān)串聯(lián)的第二電容在電路控制開關(guān)關(guān)斷期內(nèi)所充電荷被泄放一部分，恢復(fù)電路控制開關(guān)在下一個開關(guān)周期的軟關(guān)斷功能。。
[0008]所述輸入電源正端通過第一電阻連接第一電容與整流二極管的連接點，為PWM控制電路和軟關(guān)斷控制電路提供初始啟動的工作電流。
[0009]所述電壓控制開關(guān)由第一場效應(yīng)管和第二場效應(yīng)管以及第五電阻組成，所述第一場效應(yīng)管的柵極和第二場效應(yīng)管的柵極以及第五電阻的一端連接于第二反相器的輸出端，第一場效應(yīng)管的源極和第二場效應(yīng)管(34)的源極以及第五電阻的另一端連接于第二反相器的電源地端，所述第一場效應(yīng)管的漏極連接第二電容與整流二極管的結(jié)點，第二場效應(yīng)管的漏極連接軟關(guān)斷控制電路的電源地端。
[0010]電路控制開關(guān)的另一端通過第二電阻接地，所述PWM控制電路通過電流檢測輸入端和驅(qū)動輸出端與電路控制開關(guān)電連接，同時通過FB輸入端輸入輸出電壓誤差反饋信號。
[0011]斜坡產(chǎn)生電路的輸入端輸入的脈沖信號是和電路控制開關(guān)的驅(qū)動波形同步的脈沖序列。
[0012]所述的電路控制開關(guān)是晶體三極管和場效應(yīng)管以及絕緣柵雙極晶體管其中任何一種組成。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
本發(fā)明提供一種軟關(guān)斷電源變換器，采用PWM控制電路控制開關(guān)的關(guān)斷和通過軟關(guān)斷控制電路控制電壓控制開關(guān)，以及第一電容和整流二極管、第二電容的串聯(lián)支路對電路電壓的調(diào)節(jié)作用，解決了開關(guān)因硬關(guān)斷帶來的損耗大的問題，實現(xiàn)軟關(guān)斷，降低了開關(guān)損耗，提高了效率，同時還解決了控制電路工作時的供電問題以及開關(guān)的關(guān)斷尖峰電壓的吸收問題，使得電源變換器無需再設(shè)置供電電路以及吸收電路，簡化了電路結(jié)構(gòu)。
[0014]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的一種實施方式的電路結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明中軟關(guān)斷控制電路的具體實施電路結(jié)構(gòu)框圖；
圖3是已知的一種具有吸收和軟關(guān)斷功能的RCD吸收電路結(jié)構(gòu)圖；
圖4是已知的一種具有吸收功能的RCD吸收電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0016]為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合附圖以及實施例對本發(fā)明進行進一步詳細描述。
[0017]實施例1
如圖1、2所示，一種軟關(guān)斷電源變換器，包括第一電容7、第二電容11、整流二極管10、電路控制開關(guān)3、電壓控制開關(guān)9、軟關(guān)斷控制電路8、第一電阻1、第二電阻4、第三電阻5、第四電阻6、PWM控制電路2、變壓器12、輸入電源正端和負端。所述的輸入電源的正端和第一電阻I的一端以及變壓器12的初級繞組13 —端電連接；第二電容11的一端和變壓器12的初級繞組13另一端以及電路控制開關(guān)3的一端21電連接，第二電容11的另一端和整流二極管10陽極以及電壓控制開關(guān)9的另一端31電連接；第一電容7的正端分別和第一電阻I的另一端、PWM控制電路2的電源正端15、軟關(guān)斷控制電路8的電源正端23、整流二極管10的陰極以及第三電阻5的一端電連接，第一電容7的負端分別和輸入電源的負端、PWM控制電路2的電源地端18、軟關(guān)斷控制電路8的電源地端26、電壓控制開關(guān)9的一端32、第二電阻4的一端以及第四電阻6的一端電連接，第三電阻5的另一端和第四電阻6的另一端以及軟關(guān)斷控制電路8的輸入端25電連接；軟關(guān)斷控制電路8的控制信號輸出端27和電壓控制開關(guān)9的控制端29電連接，軟關(guān)斷控制電路8的控制信號輸出地端28和電壓控制開關(guān)9的中點30電連接；電路控制開關(guān)3的另一端22和第二電阻4的另一端以及PWM控制電路2的電流檢測輸入端19電連接，電路控制開關(guān)3的控制端20和PWM控制電路2的驅(qū)動輸出端17電連接；PWM控制電路2的信號輸出端16和軟關(guān)斷控制電路8的輸入端24電連接；PWM控制電路2的14端連接FB端是輸出電壓誤差反饋信號輸入端。
[0018]所述的軟關(guān)斷控制電路8至少包括第二比較器38、第一比較器39、第二反相器36、第一反相器37以及斜坡產(chǎn)生電路40 ;所述的電壓控制開關(guān)9由場效應(yīng)管33和場效應(yīng)管34以及電阻35組成。軟關(guān)斷控制電路8的電源正端23分別和第二比較器38的電源正端50、第一比較器39的電源正端44、第二反相器36的電源正端58、第一反相器37的電源正端55以及斜坡產(chǎn)生電路40電源正端42電連接，軟關(guān)斷控制電路8的電源地端26分別和第二比較器38的電源地端52、第一比較器39的電源地端45、第一反相器37的電源地端54、斜坡產(chǎn)生電路40電源地端43以及場效應(yīng)管34的漏極端32電連接；第一比較器39的一個輸入端即為軟關(guān)斷控制電路8的輸入端25，第一比較器39的另一個輸入端和基準電壓Vref電連接；斜坡產(chǎn)生電路40的輸入端即為軟關(guān)斷控制電路8的輸入端24，斜坡產(chǎn)生電路40的輸出端41和第二比較器38的一個輸入端49電連接,第二比較器38的另一個輸入端48和第一比較器39的輸出端47電連接,第二比較器38的輸出端51和第一反相器37的輸入端53電連接；第一反相器37的輸出端56和第二反相器36的輸入端57電連接,第二反相器36的輸出端即為軟關(guān)斷控制電路8的控制信號輸出端27，第二反相器36的輸出地端即為軟關(guān)斷控制電路8的輸出地端28 ;場效應(yīng)管33的柵極和場效應(yīng)管34的柵極以及電阻35的一端的連接點即為電壓控制開關(guān)9控制端29，場效應(yīng)管33的源極和場效應(yīng)管34的源極以及電阻35的另一端的連接點即為電壓控制開關(guān)9的中點30。
[0019]其中開關(guān)3是晶體三極管和場效應(yīng)管以及絕緣柵雙極晶體管其中任何一種組成。
[0020]電路工作時，在圖1所示本發(fā)明的軟關(guān)斷的電源變換器的電路結(jié)構(gòu)框圖中，第一電阻I提供PWM控制電路2和軟關(guān)斷控制電路8的初始啟動工作電流；在電路控制開關(guān)3關(guān)斷期內(nèi)，輸入電源電壓加上變壓器漏感儲能產(chǎn)生的反向電壓經(jīng)第二電容11和變壓器12初級繞組以及整流二極管10給第一電容7充電，第一電容7的電壓作為PWM控制電路2和軟關(guān)斷控制電路8的工作電壓，漏感儲能的一部分轉(zhuǎn)化為PWM控制電路2和軟關(guān)斷控制電路8的工作電能，同時，電路控制開關(guān)3因漏感儲能產(chǎn)生的反向尖峰電壓也將被第一電容7和第二電容11吸收，電路控制開關(guān)3兩端的反向電壓尖峰得到抑制；在電路控制開關(guān)3導(dǎo)通期內(nèi)，電壓控制開關(guān)9導(dǎo)通一小段時間，導(dǎo)通時間將根據(jù)軟關(guān)斷控制電路8經(jīng)第三電阻5和第四電阻6檢測到的第一電容7的電壓來確定，使得第二電容11儲存的電荷經(jīng)電路控制開關(guān)3和電壓控制開關(guān)9泄放一部分，第二電容11兩端電壓將下降，當電路控制開關(guān)3再次關(guān)斷時，第二電容11和整流二極管10以及第一電容7的串聯(lián)支路的兩端電壓不能突變，第二電容11兩端電壓只能緩慢上升，致使電路控制開關(guān)3兩端電壓也就緩慢上升，實現(xiàn)開關(guān)的軟關(guān)斷目的。電壓控制開關(guān)9導(dǎo)通時間是受第一電容7的電壓來確定的，因此，電路控制開關(guān)3和電壓控制開關(guān)9以及第二電容11的放電回路消耗的能量是和第一電容7所提供給PWM控制電路2和軟關(guān)斷控制電路8的工作電能是相關(guān)的，第一電容7消耗的電能少，則第一電容7兩端電壓將略有上升，經(jīng)軟關(guān)斷控制電路8處理后使電壓控制開關(guān)9導(dǎo)通時間減少，電路控制開關(guān)3和電壓控制開關(guān)9以及第二電容11的放電回路消耗的能量也將減少，在現(xiàn)有技術(shù)情況下，一般電源變換器的控制電路消耗的電能在幾十毫瓦的水平，因此，電路控制開關(guān)3和電壓控制開關(guān)9以及第二電容11的放電回路消耗的能量也維持在幾十毫瓦的水平，實現(xiàn)了低損耗的漏感儲能吸收功能。
[0021]在圖1所示本發(fā)明的軟關(guān)斷的電源變換器的電路結(jié)構(gòu)框圖其中的軟關(guān)斷控制電路8和電壓控制開關(guān)9的一種比較具體的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，軟關(guān)斷控制電路8至少包括第二比較器38、第一比較器39、第二反相器36、第一反相器37以及斜坡產(chǎn)生電路40 ；所述的電壓控制開關(guān)9由場效應(yīng)管33和場效應(yīng)管34以及電阻35組成。其中，第一比較器39的輸入端25輸入的是圖1所示第一電容7兩端電壓經(jīng)第三電阻5和第四電阻6分壓后的電壓值，和第一比較器39的另一輸入端46的基準電壓Vref比較，在第一比較器39的輸出端47輸出放大后的誤差電壓值并輸入到第二比較器38的輸入端48 ;斜坡產(chǎn)生電路40的輸入端24輸入的是PWM控制電路2的輸出端16輸出的和驅(qū)動電路控制開關(guān)3的驅(qū)動波形同步的脈沖序列，經(jīng)斜坡產(chǎn)生電路40處理后在輸出端41生成前沿緩后沿陡且與電路控制開關(guān)3的驅(qū)動脈沖同頻的斜坡電壓，斜坡電壓的脈沖寬度也與電路控制開關(guān)3的驅(qū)動脈沖相同，此斜坡電壓輸入到第二比較器38的輸入端49和第二比較器38的輸入端48的誤差電壓值比較，在第二比較器38的輸出端51將輸出窄脈沖,脈沖寬度與第一電容7兩端電壓相關(guān)，當?shù)谝浑娙?兩端電壓因PWM控制電路2和軟關(guān)斷控制電路8工作電流大而下降時，第一比較器39的輸出端47輸出放大后的誤差電壓值升高,貝U第二比較器38的輸出端脈沖變寬，當?shù)谝浑娙?兩端電壓因負載變輕而上升時，第一比較器39的輸出端47輸出放大后的誤差電壓值降低，貝1J第二比較器38的輸出端51輸出脈沖變窄。第二比較器38的輸出端51輸出脈沖輸出至第一反相器37的輸入端53,第一反相器37的輸出端56輸出脈沖輸出至第二反相器36的輸入端57，第二反相器36的輸出端27輸出脈沖輸出至電壓控制開關(guān)9的控制端29，控制電壓控制開關(guān)9導(dǎo)通一小段時間后關(guān)閉。第二反相器36除了具有倒相驅(qū)動功能外，還具有電平移位功能，當?shù)诙聪嗥?6的輸出端27輸出正脈沖時，電壓控制開關(guān)9內(nèi)部的場效應(yīng)管34的體內(nèi)寄生二極管將導(dǎo)通，在電阻35兩端及場效應(yīng)管33和場效應(yīng)管34的柵源極之間得到正向驅(qū)動電壓，第二反相器36的電源地直接連接到電壓控制開關(guān)9內(nèi)部的場效應(yīng)管33和場效應(yīng)管34的連接中點，第二反相器36的電源地端相比軟關(guān)斷控制電路8的電源地被升高了一個二極管的正向?qū)妷海仉娖奖灰莆?，使得第二反相?6能夠快速控制電壓控制開關(guān)9導(dǎo)通和關(guān)閉。
[0022]以上為本發(fā)明的其中具體實現(xiàn)方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(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，還可以做出若干變形和改進，這些顯而易見的替換形式均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種軟關(guān)斷電源變換器，包括連接在輸入電源與輸出電源之間的變壓器(12)，變壓器(12)的初級繞組與輸入電源負端串聯(lián)一電路控制開關(guān)(3)，所述電路控制開關(guān)(3)由一PWM控制電路(2)的輸出信號控制通斷，其特征在于:還包括一軟關(guān)斷控制電路(8)及其所控制的電壓控制開關(guān)(9)，所述電壓控制開關(guān)(9) 一端連接整流二極管(10)的正極，另一端連接輸入電源負極；所述變壓器(12)的初級繞組與輸入電源負端之間還連接一條由第二電容(11)、整流二極管(10)和第一電容(7)依次串聯(lián)的支路，所述的第一電容(7)和第二電容(11)在電路控制開關(guān)(3)關(guān)斷期內(nèi)充電，為PWM控制電路(2)和軟關(guān)斷控制電路(8)提供工作電壓，同時使電路控制開關(guān)(3)軟關(guān)斷以及抑制電路控制開關(guān)(3)兩端的反向電壓尖峰； 所述軟關(guān)斷控制電路(8)包括依次連接的將第一電容(7)兩端經(jīng)第三電阻(5)和第四電阻(6)分壓后的電壓值和基準電壓比較并輸出放大后的誤差電壓值的第一比較器(39)、將來自一斜坡產(chǎn)生電路(40)產(chǎn)生的斜坡電壓與所述誤差電壓值比較并輸出窄脈沖的第二比較器(38)，所述斜坡產(chǎn)生電路(40)的輸入端信號為PWM控制電路(2)的輸出信號，所述窄脈沖經(jīng)過一第一反相器(37)和一第二反相器(36)后輸出至所述電壓控制開關(guān)(9)的控制端，并快速控制電壓控制開關(guān)(9 )導(dǎo)通和關(guān)閉；軟關(guān)斷控制電路(8 )根據(jù)第三電阻(5 )和第四電阻(6)檢測的第一電容(7)的電壓來控制在電路控制開關(guān)(3)導(dǎo)通期間內(nèi)電壓控制開關(guān)(9)的導(dǎo)通時間，和電壓控制開關(guān)(9)串聯(lián)的第二電容(11)在電路控制開關(guān)(3)關(guān)斷期內(nèi)所充電荷被泄放一部分，恢復(fù)電路控制開關(guān)(3)在下一個開關(guān)周期的軟關(guān)斷功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟關(guān)斷電源變換器，其特征在于:所述輸入電源正端通過第一電阻(I)連接第一電容(7)與整流二極管(10)的連接點，為PWM控制電路(2)和軟關(guān)斷控制電路(8 )提供初始啟動的工作電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟關(guān)斷電源變換器，其特征在于:所述電壓控制開關(guān)(9)由第一場效應(yīng)管(33)和第二場效應(yīng)管(34)以及第五電阻(35)組成，所述第一場效應(yīng)管(33)的柵極和第二場效應(yīng)管(34)的柵極以及第五電阻(35)的一端連接于第二反相器(36)的輸出端，第一場效應(yīng)管(33)的源極和第二場效應(yīng)管(34)的源極以及第五電阻(35)的另一端連接于第二反相器(36)的電源地端(28)，所述第一場效應(yīng)管(33)的漏極連接第二電容(11)與整流二極管(10)的結(jié)點，第二場效應(yīng)管(34)的漏極連接軟關(guān)斷控制電路(8)的電源地端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟關(guān)斷電源變換器，其特征在于:電路控制開關(guān)(3)的另一端通過第二電阻(4)接地，所述PWM控制電路(2)通過電流檢測輸入端(19)和驅(qū)動輸出端(17 )與電路控制開關(guān)(3 )電連接，同時通過FB輸入端輸入輸出電壓誤差反饋信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟關(guān)斷電源變換器，其特征在于:斜坡產(chǎn)生電路(40)的輸入端(24)輸入的脈沖信號是和電路控制開關(guān)(3)的驅(qū)動波形同步的脈沖序列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軟關(guān)斷電源變換器，其特征在于:所述的電路控制開關(guān)(3)是晶體三極管和場效應(yīng)管以及絕緣柵雙極晶體管其中任何一種組成。
【文檔編號】H02M1/08GK103780065SQ201410070471
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】湯能文, 朱昌亞, 洪光岱 申請人:惠州市錦湖實業(yè)發(fā)展有限公司, 天寶電子（惠州）有限公司