直流電變換電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種直流電變換電路，包括一次側(cè)電路(1)、高頻變壓器(3)、二次側(cè)電路(5)、控制電路(7)、負(fù)載(9)；所述一次側(cè)電路(1)為所述的高頻變壓器(3)提供交流階梯波電壓信號(hào)(2)；所述交流階梯波電壓信號(hào)(2)經(jīng)所述的高頻變壓器(3)隔離降壓后轉(zhuǎn)變成負(fù)載(9)所需的交流電壓信號(hào)(4)；所述交流電壓信號(hào)(4)通過所述二次側(cè)電路(5)把所述交流電壓信號(hào)(4)整流濾波后輸出負(fù)載(9)所需的直流電壓信號(hào)(8)；所述控制電路(7)為所述一次側(cè)電路(1)開關(guān)管的提供控制信號(hào)(6)；利用本實(shí)用新型制成的通訊開關(guān)電源，使開關(guān)管工作于零電壓或零電流狀態(tài)，具有效率高、體積小、可靠性高等特點(diǎn)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及軟開關(guān)技術(shù)，尤其涉及到通過變換器實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)或 零電流開關(guān)的直流電變換電路。 直流電變換電路
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)和通訊技術(shù)的發(fā)展，對(duì)通訊和電力系統(tǒng)的電源在性能、體積、效率和 可靠性方便提出了更高的要求。為滿足這些要求，需開發(fā)一種效率高、體積小、可靠性好的 電源，而應(yīng)用直流電變換電路設(shè)計(jì)成的開關(guān)電源正好能彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)或零 電流開關(guān)的直流電變換電路。
[0004] 直流電變換電路，包括一次側(cè)電路、高頻變壓器、二次側(cè)電路、負(fù)載、控制電路；
[0005] 所述一次側(cè)電路為所述的高頻變壓器提供交流階梯波電壓信號(hào)；
[0006] 所述高頻變壓器是把所述交流階梯波電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成負(fù)載所需的交流電壓信號(hào)， 所述的高頻變壓器具有隔離和降壓的作用；
[0007] 所述二次側(cè)電路把所述高頻變壓器轉(zhuǎn)換控制后的電壓信號(hào)經(jīng)整流濾波后輸出負(fù) 載所需的直流電壓信號(hào)；
[0008] 所述負(fù)載是通過所述直流電壓信號(hào)為負(fù)載提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0009] 所述控制電路是控制所述一次側(cè)電路開關(guān)管的工作狀態(tài)。
[0010] 所述一次側(cè)電路包括電源、第一電容、第二電容、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開 關(guān)管、第四開關(guān)管、第三電容、第四電容、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極 管、第一電感、第二電感：
[0011] 所述第一電容一端接所述電源正端、所述第一開關(guān)管的漏極、所述第四開關(guān)管的 漏極、所述第一二極管的負(fù)端、所述第三電容和所述第四二極管的負(fù)端；另一端接所述第一 電感、所述第二電容；
[0012] 所述第二電容一端接所述電源負(fù)端、所述第二開關(guān)管的源極、所述第三開關(guān)管的 源極、所述第二二極管的正端、所述第四電容和所述第三二極管的正端，并接地；另一端接 所述第一電感、所述第一電容；
[0013] 所述第一開關(guān)管的源極接所述第一二極管的正端，所述第二二極管的負(fù)端、所述 第二開關(guān)管的漏極、所述第三電容、所述第四電容和所述第二電感；
[0014] 所述第四開關(guān)管的源極接所述第四二極管的正端，所述第三二極管的負(fù)端、所述 第三開關(guān)管的漏極和所述高頻變壓器；
[0015] 所述第一開關(guān)管的源極和所述第四開關(guān)管的源極輸出所述交流階梯波電壓信 號(hào)；
[0016] 所述高頻變壓器包括一次側(cè)繞組和第一二次側(cè)繞組和第二二次側(cè)繞組；
[0017] 所述一次側(cè)繞組接所述一次側(cè)電路的第二電感，第一二次側(cè)繞組的同名端接所述 二次側(cè)電路的第五二極管，另一端接第二二次側(cè)繞組的同名端，并接地，所述第二二次側(cè)繞 組的另一端接所述二次側(cè)電路的第六二極管，所述第一二次側(cè)繞組的同名端和第二二次側(cè) 繞組的非同名端輸出負(fù)載所需的電壓信號(hào)；
[0018] 所述二次側(cè)電路包括第五二極管、第六二極管、第七二極管、第三電感、第四電感 和第五電容；
[0019] 所述第三電感的一端接第五二極管的負(fù)端、第六二極管的負(fù)端、第四耦合電感，另 一端接第五電容和負(fù)載；
[0020] 所述第七二極管的負(fù)端接所述第四耦合電感，另一端接所述第二二次側(cè)繞組的同 名端、第五電容、負(fù)載，并接地。
[0021] 所述控制電路包括分壓電阻、霍爾電流傳感器、控制芯片UC3875及芯片周圍元器 件；所述控制電路為一次側(cè)的四個(gè)開關(guān)管提供柵極電壓信號(hào)，以控制其通斷；
[0022] 作為本實(shí)用新型的直流電變換電路，將高壓小電流直流電信號(hào)經(jīng)過一次側(cè)電路和 高頻變壓器，轉(zhuǎn)換為高頻交流電，最后經(jīng)二次側(cè)電路輸出低壓大電流直流電信號(hào)。利用本實(shí) 用新型制成的通訊開關(guān)電源，使開關(guān)管工作于零電壓或零電流狀態(tài)，具有效率高、體積小、 可靠性高等特點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1為本實(shí)用新型的直流電變換電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2為本實(shí)用新型圖1的直流電變換電路的主電路圖。
[0025] 圖3為本實(shí)用新型圖1的直流電變換電路的控制電路圖。
[0026] 圖4為利用本實(shí)用新型開發(fā)的開關(guān)電源主電路圖。
[0027] 圖5為本實(shí)用新型圖3前橋臂實(shí)現(xiàn)零電壓后橋臂實(shí)現(xiàn)零電流的輸出信號(hào)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容進(jìn)一步說明。
[0029] 如圖1所示，為本實(shí)用新型直流電變換電路的結(jié)構(gòu)圖，包括一次側(cè)電路1、高頻變 壓器3、二次側(cè)電路5、控制電路7、負(fù)載9。
[0030] 所述一次側(cè)電路1對(duì)所述高頻變壓器3提供一個(gè)交流梯形波電壓信號(hào)2 ;
[0031] 所述高頻變壓器3將所述的交流階梯波電壓信號(hào)2降壓隔離后變換成負(fù)載9所需 的交流電壓信號(hào)4 ;
[0032] 所述二次側(cè)電路5是把所述電壓信號(hào)4進(jìn)行整流濾波后為負(fù)載9提供所需的電壓 電流信號(hào)；
[0033] 所述控制電路7為一次側(cè)電路1的四個(gè)開關(guān)管提供控制信號(hào)6,具體控制信號(hào)見圖 4的61、62、63、64的輸出信號(hào)圖。
[0034] 如圖2所示，為本實(shí)用新型圖1的直流電變換電路的主電路圖。
[0035] 所述一次側(cè)電路包括電源11、電容12、電容13、開關(guān)管14、開關(guān)管15、開關(guān)管18、 開關(guān)管19、電容100、電容101、二極管16、二極管17、二極管102、二極管103、電感10、電感 104 ：
[0036] 所述電容12 -端接所述電源11的正端、所述開關(guān)管14的漏極、所述開關(guān)管18的 漏極、所述二極管16的負(fù)端、所述電容100和所述二極管102的負(fù)端；另一端接所述電感 10、所述電容13 ;
[0037] 所述電容13 -端接所述電源11的負(fù)端、所述開關(guān)管15的源極、所述開關(guān)管19的 源極、所述二極管17的正端、所述電容101和所述二極管103的正端；另一端接所述電感 10、所述電容12 ;
[0038] 所述開關(guān)管14的源極接所述二極管16的正端，所述二極管17的負(fù)端、所述開關(guān) 管15的漏極、所述二極管17的負(fù)端、所述電容100、所述電容101和所述電感104 ;
[0039] 所述開關(guān)管18的源極接所述二極管102的正端，所述二極管103的負(fù)端、所述開 關(guān)管19的漏極、所述二極管103的負(fù)端和所述高頻變壓器3 ;
[0040] 所述第一開關(guān)管的源極和所述第四開關(guān)管的源極輸出所述交流階梯波電壓信 號(hào)；
[0041] 所述高頻變壓器3包括一次側(cè)繞組31和二次側(cè)繞組32和二次側(cè)繞組33 ;
[0042] 所述一次側(cè)繞組31接所述一次側(cè)電路的電感104,二次側(cè)繞組32的同名端接所述 二次側(cè)電路5的二極管56,另一端接二次側(cè)繞組33的同名端，并接地，所述二次側(cè)繞組33 的另一端接所述二次側(cè)電路5的二極管55,所述二次側(cè)繞組32的同名端和二次側(cè)繞組33 的非同名端輸出負(fù)載所需的交流電壓信號(hào)4 ;
[0043] 所述二次側(cè)電路5包括二極管55、二極管56、二極管53、電感51、電感52和電容 54；
[0044] 所述電感51的一端接二極管55的負(fù)端、二極管56的負(fù)端、稱合電感52,另一端接 電容54和負(fù)載91 ;
[0045] 所述二極管53的負(fù)端接所述耦合電感52,另一端接所述二次側(cè)繞組32的同名端、 電容54、負(fù)載91，并接地；
[0046] 圖3為本實(shí)用新型圖1的直流電變換電路的控制電路圖。
[0047] 所述控制電路7包括電流互感器、霍爾電壓傳感器、控制芯片UC3875、電阻701、電 阻702、電容703、電阻704、電容705、電阻706、運(yùn)放707、電阻708、電容709、電位器710、 電阻711、電容712、濾波電容713、電容714、電阻715、電容716、電阻717、電容718、電阻 719、電容720、電容721、隔離變壓器722、隔離變壓器723、電阻724、電阻725、電阻726、電 阻727、電容728、電容729,用于控制四個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通；
[0048] 所述霍爾電流傳感器接入所述二次側(cè)電路檢測流過負(fù)載的電流，利用電阻分壓負(fù) 載兩端的電壓，電流通過采樣電阻轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，并處理后送到所述控制芯片UC3875的 5腳，當(dāng)5腳的電壓高于2. 5V時(shí)，芯片關(guān)閉所有四路脈沖輸出，以消除過流對(duì)電路沖擊。分 壓后的電壓信號(hào)以放大處理后，傳輸給所述控制芯片UC3875的3腳；
[0049] 所述控制芯片UC3875的7腳和15腳分別接電阻715、電容716和電阻717、電容 718,用于調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，避免同一橋臂兩管同時(shí)導(dǎo)通；16腳分別接電阻719、電容720,以控 制四路開關(guān)管輸出脈沖的頻率；1腳接電阻701和電阻702的一端，18腳接電阻701的另一 端，4腳接電阻702的另一端和電容709的一端，另一端接地；2腳接電容703的一端和電阻 704的一端，電容705的一端接電阻704的另一端，另一端接電容703的另一端、電阻706的 一端及控制芯片的3腳，運(yùn)放707的正端接霍爾傳感器檢測的uf和電阻708的一端，負(fù)端 接輸出端和電阻706的另一端，5腳接電位器710的可調(diào)端，電阻711的一端接電容712的 一端和電容713的一端，另一端接電位器710的一端，電容713的另一端接電容712的另一 端和電位器710的另一端，6腳通過電容714接地，8腳和9腳串聯(lián)隔離變壓器723的初級(jí) 線圈，其中一個(gè)次級(jí)線圈的同名端接連電阻726的一端，異名端接開關(guān)管18的S端，另一個(gè) 次級(jí)線圈的同名端接開關(guān)管19的S端，異名端接電阻727的一端，電阻726的另一端接開 關(guān)管18的G端，電阻727的另一端接開關(guān)管19的G端，10腳和11腳接15V電源，并通過電 容728、電容729接地，13腳和14腳串聯(lián)隔離變壓器722的初級(jí)線圈，其中一個(gè)次級(jí)線圈的 同名端接連電阻724的一端，異名端接開關(guān)管14的S端，另一個(gè)次級(jí)線圈的同名端接開關(guān) 管15的S端，異名端接電阻725的一端，電阻724的另一端接開關(guān)管14的G端，電阻725 的另一端接開關(guān)管15的G端，19腳通過電容721接地。
[0050] 產(chǎn)生負(fù)載所需的直流電壓的方法，包括如下步驟：
[0051] (1)所述高壓小電流直流電源11為所述開關(guān)管提供漏極電源；
[0052] (2)所述控制電路7產(chǎn)生控制信號(hào)6為所述開關(guān)管提供柵極信號(hào)，具體見圖4 ;
[0053] (3)所述一次側(cè)電路1經(jīng)開關(guān)管的控制輸出所述交流階梯波電壓2 ;
[0054] (4)所述高頻變壓器3是將交流階梯波電壓2降壓隔離后變換成低壓大電流的所 述交流電壓信號(hào)4;
[0055] (5)所述二次側(cè)電路5是將所述交流電壓信號(hào)4整流濾波后輸出負(fù)載9所需的直 流電壓。
[0056] 如圖4所示，為利用本實(shí)用新型開發(fā)的開關(guān)電源主電路圖。
[0057] 如圖5所示，為本實(shí)用新型圖4前橋臂實(shí)現(xiàn)零電壓后橋臂實(shí)現(xiàn)零電流的輸出信號(hào) 圖，其中粗線為電壓波形，細(xì)線為電流波形。具體工作如下：
[0058] t〇-tl :初始條件為M2和M4導(dǎo)通，一次側(cè)由電源、14、1^2、1^1^2構(gòu)成一個(gè)回路，二 次側(cè)由L8、D20、L4和輸出電容、電阻構(gòu)成一個(gè)回路。反向流過L6,并且值越來越大。
[0059] tl_t2:M2關(guān)斷，因?yàn)長4的值比較大，所以i。近似不變，則id也近似不變。所以， C5開始放電，C6開始充電，Vq；開始增大，則V。開始減小，V。也開始減小。U繼續(xù)反向流 過L6,值越來越大。
[0060] t2-t3 :vM 減小至小于 N10*V(/(N4+N10)時(shí)，N4、N10 分別為 L4 和 L10 的匝數(shù)，D21 開始導(dǎo)通。于是iD；M開始減小。iu；繼續(xù)反向流過L6,值越來越大。
[0061] t3-t4 :t3時(shí)刻，￥。5減小到零，于是D1導(dǎo)通，一次側(cè)由Dl、M4、LI、L2構(gòu)成一個(gè)回 路。二次側(cè)i D；M繼續(xù)減小--?繼續(xù)反向流過L6,值越來越大。
[0062] t4_t5 :t4時(shí)刻，減小到零，則原邊電流也降為零，只有一個(gè)很小的激磁電流通 過一次側(cè)回路。U繼續(xù)反向流過L6,加速了 M4的關(guān)斷。
[0063] t5_t6 :t5時(shí)刻，M4零電流關(guān)斷，激磁電流經(jīng)D1和D3流回電源。、開始反向減 小。
[0064] t6_t7 :t6時(shí)刻，M3零電壓開啟，此前，Ml的門極信號(hào)早已為正，所以，一次側(cè)由電 源^1、1^1、1^2、1〇構(gòu)成一個(gè)回路。二次側(cè)，019有電流流過，因?yàn)?。不變，則1 1)21開始減小。 iy;繼續(xù)反向減小。
[0065] t7_t8:t7時(shí)刻，iD21減小到零，D21截止。此后的半個(gè)周期與前半個(gè)周期類同。 繼續(xù)反向減小。
[0066] 本實(shí)用新型公開了一種直流電變換電路，并且參照附圖描述了本實(shí)用新型的具體 實(shí)施方式和效果。應(yīng)該理解到的是：上述實(shí)施例只是對(duì)本實(shí)用新型的說明，而不是對(duì)本實(shí)用 新型的限制，任何不超出本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的實(shí)用新型創(chuàng)造，均落入本實(shí)用新型 保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 直流電變換電路，其特征在于包括一次側(cè)電路、高頻變壓器、二次側(cè)電路、負(fù)載、控制 電路： 所述一次側(cè)電路為所述的高頻變壓器提供交流階梯波電壓信號(hào)； 所述高頻變壓器是把所述交流階梯波電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成負(fù)載所需的交流電壓信號(hào)，所述 的高頻變壓器具有隔離和降壓的作用； 所述二次側(cè)電路把所述高頻變壓器轉(zhuǎn)換控制后的電壓信號(hào)整流濾波后輸出負(fù)載所需 的直流電壓信號(hào)； 所述負(fù)載是通過所述直流電壓信號(hào)為負(fù)載提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 所述控制電路是控制所述一次側(cè)電路開關(guān)管的工作狀態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1所述的直流電變換電路，其特征在于一次側(cè)電路包括電源、第一電容、 第二電容、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第四開關(guān)管、第三電容、第四電容、第一二 極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、第一電感、第二電感： 所述第一電容一端接所述電源的正端、所述第一開關(guān)管的漏極、所述第四開關(guān)管的漏 極、所述第一二極管的負(fù)端、所述第三電容和所述第四二極管的負(fù)端；另一端接所述第一電 感、所述第二電容； 所述第二電容一端接所述電源的負(fù)端、所述第二開關(guān)管的源極、所述第三開關(guān)管的源 極、所述第二二極管的正端、所述第四電容和所述第三二極管的正端，并接地；另一端接所 述第一電感、所述第一電容； 所述第一開關(guān)管的源極接所述第一二極管的正端，所述第二二極管的負(fù)端、所述第二 開關(guān)管的漏極、所述第三電容、所述第四電容和所述第二電感； 所述第四開關(guān)管的源極接所述第四二極管的正端，所述第三二極管的負(fù)端、所述第三 開關(guān)管的漏極和所述高頻變壓器； 所述第一開關(guān)管的源極和所述第四開關(guān)管的源極輸出交流階梯波電壓信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求1所述的直流電變換電路，其特征在于所述高頻變壓器包括一次側(cè)繞組 和第一二次側(cè)繞組和第二二次側(cè)繞組： 所述一次側(cè)繞組接所述一次側(cè)電路的第二電感，第一二次側(cè)繞組的同名端接所述二次 側(cè)電路的第五二極管，另一端接第二二次側(cè)繞組的同名端，并接地，所述第二二次側(cè)繞組的 另一端接所述二次側(cè)電路的第六二極管，所述第一二次側(cè)繞組的同名端和第二二次側(cè)繞組 的非同名端輸出負(fù)載所需的電壓信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求1所述的直流電變換電路，其特征在于所述二次側(cè)電路包括第五二極 管、第六二極管、第七二極管、第三電感、第四電感和第五電容： 所述第三電感的一端接第五二極管的負(fù)端、第六二極管的負(fù)端、第四電感，另一端接第 五電容和負(fù)載； 所述第七二極管的負(fù)端接所述第四電感，另一端接第二二次側(cè)繞組的同名端、第五電 容、負(fù)載，并接地。
【文檔編號(hào)】H02M3/28GK203911755SQ201420181824
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】吳麗君 申請(qǐng)人:浙江商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院