降低功率開關損耗的雙管正激開關電源電路制造技術

本實用新型專利技術公開了一種降低功率開關損耗的雙管正激開關電源電路，包括電壓源、變壓器、第一功率開關、第二功率開關、磁開關，其中，電壓源的兩端之間依次串聯第一功率開關、磁開關、變壓器的原邊繞組和第二功率開關，第一功率開關的漏極與電壓源的正極相連，第二功率開關的源極與電壓源的負極相連，該電源電路的輸出端為變壓器的副邊繞組兩端。與現技術相比，本實用新型專利技術的雙管正激開關電源電路基于磁開關軟換流技術，能夠有效降低了功率開關的總功率損耗，且可完全實現功率開關的軟開通。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于電源電路
，具體涉及正激開關電源電路，特別一種降低功率開關損耗的雙管正激開關電源電路。
技術介紹
正激開關電源是一種通過變壓器傳遞能量的常見的DC-DC電源拓撲，其主要用于中等功率場合。按照變壓器原邊的功率開關(開關管)的個數不同，正激開關電源分為單管正激開關電源和雙管正激開關電源。其中雙管正激開關電源通過功率開關串聯的二極管進行磁復位，不需要額外的復位電路，同時雙管正激開關電源的功率開關承受的最大電壓嚴格等于輸入電壓，適合用于較高電壓輸入、大功率輸出場合?，F有的雙管正激開關電源采用的是硬開關，即開通或關斷時，功率開關的導通電·流的上升或下降和端電壓的下降或上升同時進行。在大功率應用中，雙管正激開關電源的功率開關的導通電流及端電壓都較大，因此存在很可觀的功率開關損耗，這一方面增加了管的散熱成本，另一方面浪費了能源。圖I為雙管正激開關電源電路的結構圖。如圖所示，功率開關S/和S2’開通時，能量從電壓源Vin’經功率開關S/和S2’并通過變壓器T/傳遞到副邊，此時，功率開關S/和s2’的端電壓為零(忽略功率開關的通態壓降)。功率開關S/和s2’關斷時，變壓器中的磁化電流通過二極管D/和D2’退磁，此時，功率開關S/和S2’的端電壓等于電壓源Vin’的輸入電壓。圖2表示圖I中的功率開關S/和S2’開通瞬間，其導通電流和端電壓的變化。由圖2可見，功率開關在h時刻開始導通，其端電壓u’開始下降，導通電流i’開始上升，這兩個過程同時進行，直到h時刻其端電壓u’降到零，功率開關完全導通。開通過程中，功率開關端電壓和導通電流都不為零，所以功率開關的功率不為零，同時功率開關損耗的功率會隨著其端電壓和通態電流以及開關頻率的增大而增大。
技術實現思路
(一 )要解決的技術問題本技術所要解決的技術問題是為了降低雙管正激開關電源的功率開關損耗。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本技術提出一種雙管正激開關電源電路，包括電壓源Vin、變壓器T1、第一功率開關S1、第二功率開關S2,電壓源Vin的兩端之間依次串聯第一功率開關S1、變壓器T1的原邊繞組和第二功率開關S2，其特征在于，在第一功率開關S1和第二功率開關S2之間還串聯有一個磁開關U。根據本技術的一種具體實施方式，所述磁開關L1是電感器，其非飽和電感大于所述變壓器T1的勵磁電感，其飽和電感小于所述變壓器T1的勵磁電感。根據本技術的一種具體實施方式，所述磁開關L1的非飽和電感大于所述變壓器1\的勵磁電感的10倍，飽和電感小于所述變壓器T1的勵磁電感的1/10。根據本技術的一種具體實施方式，所述磁開關L1的飽和時間大于功率第一功率開關S1和第二功率開關S2的開通時間。根據本技術的一種具體實施方式，所述磁開關L1的飽和時間小于2 μ S。根據本技術的一種具體實施方式，電路中還包括一個第一二極管D1和一個第二二極管D2，所述第一二極管D1與依次串聯的第一功率開關S1、磁開關L1變壓器T1的原邊繞組并聯，所述第二二極管D2與依次串聯的磁開關L1、變壓器T1的原邊繞組、第二功率開關S2并聯。根據本技術的一種具體實施方式，所述變壓器T1的副邊繞組的兩個輸出端之間連接有整流電路。根據本技術的一種具體實施方式，所述整流電路由方向相反的二極管串聯而根據本技術的一種具體實施方式，所述變壓器T1的副邊繞組的兩個輸出端之間還可連接有一個輸出濾波器。根據本技術的一種具體實施方式，所述輸出濾波器由一個電感和一個電容串聯而成。(三)有益效果與現技術相比，本專利技術的雙管正激開關電源電路基于磁開關軟換流技術，由于磁開關的飽和時間略大于功率開關的開通時間，使開通損耗極大的減小，因此能夠有效降低了功率開關的總功率損耗，且可完全實現功率開關的軟開通。附圖說明圖I是現有的雙管正激開關電源的電路圖；圖2是現有的雙管正激開關電源電路在開通時的電壓電流波形圖；圖3是本技術的一個實施例的雙管正激開關電源的電路圖；圖4是本技術的上述實施例中所采用的磁開關所使用的磁性材料的B-H曲線圖；圖5是本技術的實施例的電源電路在開通時的信號波形圖；圖6是本技術的實施例的磁開關的磁化及磁復位模態圖。具體實施方式為使本技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本技術作進一步的詳細說明。本技術在傳統的雙管正激開關電源的電路的變壓器原邊繞組上串聯一個磁開關。圖3是本技術的一個實施例的雙管正激開關電源的電路圖。如圖3所示，該電路包括電壓源Vin、變壓器T1、第一功率開關S1、第二功率開關S2、磁開關L1，其中，電壓源Vin的兩端之間依次串聯第一功率開關S1、磁開關L1、變壓器T1的原邊繞組和第二功率開關S2，該電源電路的輸出端為變壓器T1的副邊繞組兩端。第一功率開關S1的漏極(或集電極)與輸入電壓源的正極相連，第二功率開關S2的源極(或發射極)與輸入電壓源的負極相連。根據本技術，磁開關L1是一個電感器，并且，其具有較大的非飽和電感(大于變壓器T1勵磁電感，優選為大于10倍)和較小的飽和電感(小于變壓器T1勵磁電感，優選為小于1/10) O圖4為本技術的上述實施例中所采用的磁開關L1所使用的磁性材料的B-H曲線圖。如圖4所示，該磁化曲線近似長 方形，其較大的非飽和磁導率yu和較小的飽和磁導率μ s決定了其非飽和電感大和飽和電感小的特點。根據本技術的該實施例，一個第一二極管D1與依次串聯的第一功率開關Sp磁開關L1變壓器T1的原邊繞組并聯，一個第二二極管D2與依次串聯的磁開關L1、變壓器T1的原邊繞組、第二功率開關S2并聯，所述第一、第二二極管DpD2用于為變壓器T1的磁復位提供回路。根據本技術，在變壓器T1的副邊繞組的兩個輸出端之間還連接有整流電路，其用于將變壓器副邊繞組的輸出端的交流電壓整成直流電壓。在該實施例中，整流電路由方向相反的兩個二極管d3、d4串聯而成。根據本技術，在變壓器T1的副邊繞組的兩個輸出端之間還可連接一個輸出濾波器，其用于濾除電壓波形中的開關噪聲。在該實施例中，輸出濾波器由電感L2和電容C1串聯而成。圖5是本技術的實施例的電源電路在開通時的信號波形圖，其顯示了本技術的工作原理。如圖5所示，上方的波形線表示第一、第二功率開關SpS2的開關信號，下方兩條波形線分別表示第一、第二功率開關Sps2的端電壓u和導通電流i。從圖5中可以看出，在第一、第二功率開關Sp S2開通的瞬時h，磁開關L1未飽和，其非飽和電感值很大，所以流過第一、第二功率開關Sp S2和變壓器T1的原邊繞組的電流緩慢上升；經過時間h后，第一、第二功率開關Sp S2完全開通，其端電壓降低到接近于零，此時，磁開關L1仍處于非飽和狀態，流過第一、第二功率開關電流依然很小，因此開通損耗幾乎為零。當又經過一段時間到時刻t2時，L1進入飽和狀態，由于其飽和電感值很小，甚至相對于電路中的其他電感可忽略不記，此時電流i快速上升達到開關導通狀態時的穩定值，整個軟開通過程所需時間小于2 μ s，(t2-t0)遠小于開關電源的開關周期(大于20 μ S)，所以磁開關的作用并不影響開關電源基本原理的實現。在該實施例中，由于功率本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙管正激開關電源電路，包括電壓源(Vin)、變壓器(T1)、第一功率開關(S1)、第二功率開關(S2)，電壓源(Vin)的兩端之間依次串聯第一功率開關(S1)、變壓器(T1)的原邊繞組和第二功率開關(S2)，第一功率開關(S1)的漏極與電壓源(Vin)的正極相連，第二功率開關(S2)的源極與電壓源(Vin)的負極相連，其特征在于，在第一功率開關(S1)和第二功率開關(S2)之間還串聯有一個磁開關(L1)。

【技術特征摘要】
1.一種雙管正激開關電源電路，包括電壓源(Vin)、變壓器0\)、第一功率開關(S1)、第二功率開關(S2)，電壓源(Vin)的兩端之間依次串聯第一功率開關(Si)、變壓器(T1)的原邊繞組和第二功率開關(S2)，第一功率開關(S1)的漏極與電壓源(Vin)的正極相連，第二功率開關(S2)的源極與電壓源(Vin)的負極相連，其特征在于，在第一功率開關(S1)和第二功率開關(S2)之間還串聯有一個磁開關(U)。2.如權利要求I所述的雙管正激開關電源電路，其特征在于，所述磁開關(L1)是電感器，其非飽和電感大于所述變壓器(T1)的勵磁電感，其飽和電感小于所述變壓器(T1)的勵磁電感。3.如權利要求2所述的雙管正激開關電源電路，其特征在于，所述磁開關(L1)的非飽和電感大于所述變壓器(T1)的勵磁電感的10倍，飽和電感小于所述變壓器T1的勵磁電感的 1/10。4.如權利要求I所述的雙管正激開關電源電路，其特征在于，所述磁開關(L1)的飽和時間大于功率第一功率開關(S1)和第二功率開關(S2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：秦子安，馬英麒，徐向宇，王宇，周翊，趙江山，
申請(專利權)人：中國科學院光電研究院，
類型：實用新型
國別省市：