專利名稱：開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)電源，尤其涉及一種用于變頻器的開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
變頻器中的開關(guān)電源需要提供IGBT驅(qū)動(dòng)電源、主控芯片電源、通訊電源等多路輸出電源，為了使開關(guān)電源的體積較小，一般采取反激式開關(guān)電源。但是，普通的反激式開關(guān)電源由于反激電壓的存在，開關(guān)管承受了超過母線電壓的電壓應(yīng)力，不能在較高的電壓下可靠工作。目前，在直流母線電壓為200V至1400V的變頻器中，要實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的正常工作，主要有以下兩種實(shí)現(xiàn)方式:
1、采用工頻變壓器的方法:將輸入電壓380VAC或690VAC通過工頻變壓器變?yōu)?20VAC，然后通過整流濾波獲取開關(guān)電源的輸入電壓為300VDC。這種辦法需要的工頻變壓器體積較大、成本較高，不利于變頻器的小型化；
2、采用正激式開關(guān)電源的方法:正激式開關(guān)電源可以使開關(guān)電源開關(guān)管承受的電壓減小，但是在輸出端需要體積較大的電感，因此不能直接輸出多路電源，需要二級開關(guān)電源。這種方法所采用的器件較多，成本較高，可靠性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種可以工作在寬電壓范圍內(nèi)、開關(guān)損耗低的反激式開關(guān)電源。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種開關(guān)電源，包括功率變換電路、PWM控制電路和變壓器；所述的變壓器包括初級繞組和至少一個(gè)次級繞組；所述初級繞組的一端與直流電源輸入端的正極耦接； 其特點(diǎn)在于，功率變換電路包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管以及開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路；
開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路包括限流電路、第一箝位電路和第二箝位電路；限流電路的一端與所述直流電源輸入端的正極耦接，另一端與第一箝位電路的一端耦接；第一箝位電路的另一端與第二開關(guān)管的源極耦接，第一箝位電路包括至少一只第一二極管；第二箝位電路包括一只第二二極管，該第二二極管的正極與第一開關(guān)管的源極耦接，負(fù)極與第一開關(guān)管的柵極率禹接；
第一開關(guān)管，該第一開關(guān)管的柵極耦接于限流電路與第一箝位電路的公共接點(diǎn)，漏極與初級繞組的另一端耦接，源極與第二開關(guān)管的漏極耦接；
第二開關(guān)管，該第二開關(guān)管的柵極與PWM控制電路的輸出端耦接，源極接地。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明采用了兩個(gè)開關(guān)管串聯(lián)的方式，開關(guān)電源能夠在寬輸入電壓的情況下使開關(guān)管的關(guān)斷電壓降低，防止開關(guān)管因?yàn)榉聪螂妷哼^高而擊穿。本發(fā)明能夠在變頻器母線為200VDC至1400VDC時(shí)正常工作；
2、本發(fā)明通過與第二開關(guān)管相并聯(lián)的電容，以及通過檢測開關(guān)管上的電壓振蕩情況，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的軟關(guān)斷以及在較低電壓下的開通，降低了開關(guān)管的損耗，增加了可靠性；
3、由于采用了反激式，開關(guān)電源的體積較小。與傳統(tǒng)的開關(guān)電源相比，本發(fā)明能夠在不使用工頻變壓器的情況下使開關(guān)電源的體積相對于正激式開關(guān)電源有極大的減小，且開關(guān)電源開關(guān)管承受的阻斷電壓較低，發(fā)熱較小，開關(guān)電源的可靠性也有很大的提高。


圖1是本發(fā)明開關(guān)電源的一個(gè)實(shí)施例的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作出進(jìn)一步說明。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的開關(guān)電源包括功率變換電路1、PWM控制電路
2、變壓器Tl、輸出檢測反饋電路3、電壓檢測電路4、RCD吸收回路5以及供電電路。變壓器Tl包括初級繞組Ta至少一個(gè)次級繞組Tb。初級繞組Ta的一端與直流電源輸入端的正極耦接。次級繞組Tb與負(fù)載耦接。RCD吸收電路5與該初級繞組Ta并聯(lián)連接。該RCD吸收回路5由電阻R1、電容Cl和二極管Dl組成。功率變換電路I包括第一開關(guān)管Ul、第二開關(guān)管M2以及開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路。開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路包括限流電路11、第一箝位電路12和第二箝位電路。限流電路11的一端與直流電源輸入端的正極耦接，另一端與第一箝位電路的一端耦接。該限流電路可由至少一個(gè)限流電阻構(gòu)成，圖中，該限流電路由兩只相互串聯(lián)的電阻R2和R4組成。第一箝位電路12的另一端與第二開關(guān)管M2的源極耦接，第一箝位電路包括至少一只第一二極管。在圖中所示的實(shí)施例中，第一箝位電路由相互串聯(lián)的兩只第一二極管ZD2、ZD3組成，其中一只第一二極管ZD2的負(fù)極與限流電路11的另一端耦接，正極與另一只第一二極管ZD3的負(fù)極耦接，另一只第一二極管ZD3的正極與第二開關(guān)管M2的源極S耦接。第二箝位電路包括一只第二二極管ZD1，該第二二極管ZDl的正極與第一開關(guān)管Ul的源極S耦接，負(fù)極與第一開關(guān)管Ul的柵極G耦接。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，兩只第一二極管ZD2、ZD3及第二二極管ZDl為TVS 二極管或穩(wěn)壓二極管。第一開關(guān)管Ul的柵極G耦接于限流電路11與第一箝位電路12的公共接點(diǎn)，漏極D與初級繞組Ta的另一端耦接，源極S與第二開關(guān)管M2的漏極D耦接。第二開關(guān)管M2的柵極G與PWM控制電路2的輸出端耦接，源極S接地。優(yōu)選地，第一開關(guān)管Ul和第二開關(guān)管M2均為NMOS管。PWM控制電路2與第二開關(guān)管M2集成于一集成開關(guān)管芯片U2中，該芯片的型號為TLP431。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該功率變換電路還包括一電容C3,電容C3的一端與第二開關(guān)管M2的漏極D耦接，另一端與第二開關(guān)管M2的源極S耦接。在一變化實(shí)施例中，也可將電容C3的一端與第一開關(guān)管Ul的漏極D耦接，另一端與第二開關(guān)管M2的源極S耦接。在又一變化實(shí)施例中，也可將電容C3的一端與第一開關(guān)管Ul的柵極G耦接，另一端與第二開關(guān)管M2的源極S耦接。輸出檢測反饋電路3的輸出端與PWM控制電路2的第一輸入端(參見圖1中的集成開關(guān)芯片U2的4腳)耦接，輸出檢測反饋電路3用于對變壓器次級繞組Tb的輸出電壓進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果反饋給所述的PWM控制電路2，PWM控制電路2根據(jù)該檢測結(jié)果控制所輸出的PWM信號的占空比。輸出檢測反饋電路3包括電壓采樣電路31、限流電阻R9、光耦I(lǐng)SOl和穩(wěn)壓器D5。電壓采樣電路31的輸入端與變壓器的任一個(gè)次級繞組的輸出端耦接(在變頻器的開關(guān)電源中，通常選擇輸出電壓為5V的那一個(gè)次級繞組)，輸出端與穩(wěn)壓器D5的輸入端耦接。光耦I(lǐng)SOl的發(fā)光二極管的正極通過限流電阻R9與耦接于電壓采樣電路輸入端的那一個(gè)次級繞組的輸出端耦接，該發(fā)光二極管的負(fù)極與穩(wěn)壓器D5的輸出端耦接。光耦I(lǐng)SOl的光敏三極管的集電極與PWM控制電路2的第一輸入端耦接，該光敏三極管的發(fā)射極接地。供電電路用于向集成開關(guān)管芯片U2供電(即向PWM控制電路2)。其主要由啟動(dòng)電路和設(shè)置在變壓器Tl的原邊側(cè)的一個(gè)輔助繞組Tc組成。啟動(dòng)電路包括限流電路61和電容C4。限流電路61的一端與直流電源的正極耦接，另一端與電容C4的一端耦接，電容C4的另一端接地。電容C4的一端與集成開關(guān)管芯片U2的電源端VCC耦接。圖中，該限流電路61是由相互串聯(lián)的電阻R3和R8組成。輔助繞組Tc的正極與二極管D2的正極耦接，二極管D2的負(fù)極與集成開關(guān)管芯片U2的電源端VCC耦接。電壓檢測電路4的輸出端與PWM控制電路2的第二輸入端(參見圖1中的集成開關(guān)芯片U2的5腳)耦接。該電壓檢測電路4用于檢測變壓器Tl的初級繞組Ta的輸出電壓，PWM控制電路2根據(jù)該電壓檢測電路4的檢測結(jié)果控制第二開關(guān)管M2開通的時(shí)間。在圖中所示出的實(shí)施例中，電壓檢測電路4包括二極管D4、分壓電路41以及濾波電容C2，二極管D4的正極與輔助繞組Tc的正極端耦接，負(fù)極與分壓電路41的輸入端耦接，分壓電路41的輸出端與PWM控制電路的第二輸入端耦接。分壓電路41由相互串聯(lián)的電阻R6和R7組成。圖1中的開關(guān)電源的工作過程是:
上電后，由啟動(dòng)電路的電容C4為集成開關(guān)管U2提供工作電壓，PWM控制電路2開始工作。在第二開關(guān)管M2導(dǎo)通時(shí)，第一開關(guān)管Ul的源端電壓將被拉低，兩只第一二極管ZD2和ZD3的寄生結(jié)電容將導(dǎo)通U1，電阻R2、R4向第一開關(guān)管Ul提供柵極電流。穩(wěn)壓二極管ZDl可限制第一開關(guān)管Ul的柵源電壓。在第二開關(guān)管M2關(guān)斷時(shí)，第二開關(guān)管M2的最大漏源電壓將被由ZD2和ZD3構(gòu)成的第一箝位電路箝位，從而可將第二開關(guān)管M2的漏源電壓限制到TVS管ZD2和ZD3的擊穿電壓值之和。而第一開關(guān)管Ul的源極與第二開關(guān)管M2的漏極相連，因此，第一開關(guān)管Ul和第二開關(guān)管M2串聯(lián)的總關(guān)斷耐壓為Ul的耐壓和ZD2、ZD3的耐壓總和，從而可以使反激式開關(guān)電源可靠地工作在高輸入電壓的情況。在第二開關(guān)管M2關(guān)斷而第一開關(guān)管Ul尚未關(guān)斷時(shí)，初級繞組Ta中的電流將通過第一開關(guān)管U1，并經(jīng)由第二二極管ZDl流入兩只第一二極管ZD2、ZD3，從而在ZD2與ZD3上產(chǎn)生損耗，同時(shí)由于第二開關(guān)管M2有較大的關(guān)斷電壓，損耗會(huì)較大。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，通過設(shè)置電容C3，可以將上述的損耗大大降低。電容C3在第二開關(guān)管M2關(guān)斷時(shí)，會(huì)吸收初級繞組Ta中的電流，使得ZD2與ZD3上所流過的電流減小，同時(shí)電容C3會(huì)使第二開關(guān)管M2的關(guān)斷電壓減小，從而降低第二開關(guān)管M2的關(guān)斷損耗。集成開關(guān)管芯片U2通過輸出檢測反饋電路3的反饋，能夠根據(jù)開關(guān)電源的負(fù)載大小調(diào)節(jié)開關(guān)電源的開關(guān)頻率或占空比，使開關(guān)電源在輕載時(shí)的效率更高。同時(shí)，電壓檢測電路4能檢測加在第一開關(guān)管Ul和第二開關(guān)管M2上的關(guān)斷電壓，控制第一開關(guān)管Ul和第二開關(guān)管M2在關(guān)斷電壓諧振到最低點(diǎn)時(shí)開通，可以減小第一開關(guān)管Ul和第二開關(guān)管M2的開通損耗，提高開關(guān)電源的效率和可靠性。作為一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，本發(fā)明的開關(guān)電源可應(yīng)用在一種直流母線電壓為200VDCT1400VDC的變頻器中，使用耐壓1500V的第一開關(guān)管Ul和耐壓為600V的集成開關(guān)管芯片U2串聯(lián)。在變頻器輸入電壓升高或控制電機(jī)制動(dòng)時(shí)，母線電壓上升至1400V后，該開關(guān)電源依然能夠正常工作。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源，包括功率變換電路、PWM控制電路和變壓器；所述的變壓器包括初級繞組和至少一個(gè)次級繞組；所述初級繞組的一端與直流電源輸入端的正極耦接；其特征在于，所述的功率變換電路包括第一開關(guān)管、第二開關(guān)管以及開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路； 所述的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路包括限流電路、第一箝位電路和第二箝位電路；所述限流電路的一端與所述直流電源輸入端的正極耦接，另一端與所述第一箝位電路的一端耦接；第一箝位電路的另一端與第二開關(guān)管的源極耦接，所述的第一箝位電路包括至少一只第一二極管；所述的第二箝位電路包括一只第二二極管，該第二二極管的正極與第一開關(guān)管的源極耦接，負(fù)極與第一開關(guān)管的柵極耦接； 第一開關(guān)管，該第一開關(guān)管的柵極耦接于所述限流電路與所述第一箝位電路的公共接點(diǎn)，漏極與所述初級繞組的另一端耦接，源極與第二開關(guān)管的漏極耦接； 第二開關(guān)管，該第二開關(guān)管的柵極與所述PWM控制電路的輸出端耦接，源極接地。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述的功率變換電路還包括一電容； 所述電容的一端與第二開關(guān)管的漏極耦接，另一端與第二開關(guān)管的源極耦接； 或者，所述電容的一端與第一開關(guān)管的漏極耦接，另一端與第二開關(guān)管的源極耦接； 或者，所述電容的一端與第一開關(guān)管的柵極耦接，另一端與第二開關(guān)管的源極耦接。
3.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述的第一開關(guān)管和第二開關(guān)管為NMOS管或IGBT管。
4.如權(quán)利要求1所述的變頻器開關(guān)電源，其特征在于，所述的第一二極管及第二二極管為TVS 二極管或穩(wěn)壓二極管。
5.如權(quán)利要求1至 4中任何一項(xiàng)所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述的限流電路由至少一只限流電阻構(gòu)成； 所述的第一箝位電路由相互串聯(lián)的兩只第一二極管組成，其中一只第一二極管的負(fù)極與所述限流電路的另一端耦接，正極與另一只第一二極管的負(fù)極耦接，另一只第一二極管的正極與所述第二開關(guān)管的源極耦接。
6.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述的開關(guān)電源包括一RCD吸收電路，所述的RCD吸收電路與所述的初級繞組并聯(lián)連接。
7.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述的開關(guān)電源包括一輸出檢測反饋電路，該輸出檢測反饋電路的輸出端與PWM控制電路的第一輸入端耦接，該輸出檢測反饋電路用于對變壓器次級繞組的輸出電壓進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果反饋給所述的PWM控制電路。
8.如權(quán)利要求7所述的變頻器開關(guān)電源，其特征在于，所述的輸出檢測反饋電路包括電壓采樣電路、限流電阻、光耦和穩(wěn)壓器；所述電壓采樣電路的輸入端與變壓器的任一個(gè)次級繞組的輸出端耦接，輸出端與所述穩(wěn)壓器的輸入端耦接；所述光耦的發(fā)光二極管的正極通過限流電阻與耦接于電壓采樣電路輸入端的那一個(gè)次級繞組的輸出端耦接，該發(fā)光二極管的負(fù)極與所述穩(wěn)壓器的輸出端耦接；所述光耦的光敏三極管的集電極與PWM控制電路的第一輸入端耦接，該光敏三極管的發(fā)射極接地。
9.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源，其特征在于， 所述的開關(guān)電源包括一電壓檢測電路，所述的電壓檢測電路的輸出端與所述PWM控制電路的第二輸入端耦接，該電壓檢測電路用于檢測所述變壓器的初級繞組的輸出電壓，所述的PWM控制電路根據(jù)該電壓檢測電路的檢測結(jié)果控制第二開關(guān)管開通的時(shí)間。
10.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源，其特征在于，所述的PWM控制電路與所述的第二開關(guān)管集成于同 一芯片中。
全文摘要
一種開關(guān)電源，包括功率變換電路、PWM控制電路和變壓器。變壓器初級繞組的一端與直流電源輸入端的正極耦接。功率變換電路包括第一、第二開關(guān)管及開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路。開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路包括限流電路、第一及第二箝位電路。限流電路兩端分別與直流電源輸入端正極和第一箝位電路的一端耦接。第一箝位電路的另一端與第二開關(guān)管的源極耦接。第二箝位電路包括第二二極管，其正極和負(fù)極分別與第一開關(guān)管的源極和柵極耦接。第一開關(guān)管的柵極耦接于限流電路與第一箝位電路的公共接點(diǎn)，漏極與初級繞組的另一端耦接，源極與第二開關(guān)管的漏極耦接。第二開關(guān)管的柵極與PWM控制電路的輸出端耦接，源極接地。由于采用了兩個(gè)開關(guān)管串聯(lián)，使本發(fā)明能夠在寬輸入電壓的情況下正常工作。
文檔編號H02M1/08GK103151930SQ201310112548
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者陳雷, 江振洲, 邢輝, 龐忠浩, 張輝 申請人:上海新時(shí)達(dá)電氣股份有限公司, 上海辛格林納新時(shí)達(dá)電機(jī)有限公司