专利名称：一种双端反激型无源无损开关电源拓扑的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及开关电源领域，尤其适用于反激型开关电源应用领域。
背景技术：
目前在开关电源领域中，反激型开关电源拓扑由于其具有结构简单、成本低和可 靠性高的特点，已经得到了越来越广泛的应用，如图1所示反激型拓扑1图，主开关不能实 现ZVS(Zero Voltage Switch)关断，变压器漏感能量消耗在稳压管上，由于稳压管功率的 限制，通常仅用于功率数十瓦以内的电源；图2所示反激型拓扑2图，主开关不能实现ZVS 关断，变压器漏感能量消耗在电阻上，通常用于功率100瓦内的电源；图3所示反激型拓扑 3图，主开关能实现ZVS关断，变压器漏感能量可部分回馈到初级电源，可用于功率数百瓦、 输入电压400V以内的电源；图4所示反激型拓扑4图，主开关不能实现ZVS关断，变压器漏 感能量可部分回馈初级电源，通常仅用于功率数百瓦、输入电压700V以内的电源；这些拓 扑效率均不高，并且无法适用于单变压器千瓦级电源的场合。
实用新型内容本实用新型提供一种高效率，适用于单变压器高压电源的双端反激型无源无损开 关电源拓扑，其内容如下一种双端反激型无源无损开关电源拓扑包括电容C1、电容C2、电容C3，二极管 D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，开关器件Q1、开关器件Q2，电感L1、电感L2，变压器T1， 电源Ui ；其中，所述电源Ui加在所述电容C1的两端，所述开关器件Q1的源极与所述变压 器T1初级线圈的正极相连，所述开关器件Q1的漏极与所述电源Ui的正极相连，所述变压 器T1初级线圈的负极与所述开关器件Q2的漏极相连，所述开关器件Q2的源极与所述电源 Ui的负极相连，所述电感L1的一端与所述电源Ui正极相连，所述电感L1的另一端与所述 二极管D3的负极相连，所述二极管D3、所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D4依次 串接在一起，且其电流的导通方向一致，所述二极管D4的正极与所述电感L2相连，所述电 感L2的另一端与所述电源Ui的负极相连，所述电容C2的一端和所述二极管D3正极相连， 其另一端和所述变压器T1初级线圈的正极相连，所述电容C3的一端和所述二极管D2的正 极相连，其另一端和所述变压器T1初级线圈的负极相连。该开关电源拓扑还包括缓冲电路，电阻R1、电阻R2、电容C7和电容C8 ；所述电阻R1和所述电容C7并联在所述开关器件Q1漏极和源极之间，所述电容C8 和所述电阻R2并联在所述开关器件Q2的漏极和源极之间。该开关电源拓扑还包括钳位电路，稳压二极管Z1、稳压二极管Z2、二极管D6、二极 管D7、电容C5和电容C6 ；所述稳压二极管Z1的正极和所述电源Ui正极相连，其负极与所述二极管D6的负 极相连，所述二极管D6的正极与所述变压器T1初级线圈的负极相连，所述电容C5的一端 与所述电源Ui的正极相连，所述电容C5的另一端与所述二极管D6的负极相连，并且所述稳压二极管Z2的负极和所述电源Ui负极相连，其正极与所述二极管D7的正极相连，所述 二极管D7的负极与所述变压器T1初级线圈的正极相连，所述电容C6的一端与所述电源Ui 的负极相连，所述电容C6的另一端与所述二极管D7的正极相连。 由于采用本实用新型提供的电源拓扑，能够将变压器里的漏感能量回馈到电源 里，且主开关能够实现ZVS关断，大大提高了效率，能够适用于大功率的场合，具有很强的 实用性。
[0010]图1为反激型拓扑1图；[0011]图2为反激型拓扑2图；[0012]图3为反激型拓扑3图；[0013]图4为反激型拓扑4图；[0014]图5为本实用新型反激型拓扑电路图；[0015]图6为本实用新型反激型拓扑电路图的变形拓扑图。
具体实施例以下将结合附图对本实用新型进行详细说明，图5为本实用新型反激型拓扑电路 图，如图所示电源Ui加在电容C1的两端，主开关Q1的源极与变压器T1初级线圈的正极相 连，Q1的漏极与Ui的正极相连，T1初级线圈的负极与Q2的漏极相连，Q2的源极与Ui的负 极相连，L1的一端与Ui正极相连，L1的另一端与D3的负极相连，D3、Dl、D2、D4依次串接 在一起，且其电流的导通方向一致，D4的正极与L2相连，L2的另一端与Ui的负极相连，C2 的一端和D3正极相连，其另一端和T1初级线圈的正极相连，C3的一端和D2的正极相连， 其另一端和Q2的源极相连。在主开关Q1、Q2的两端还设置有缓冲电路，如图示R1和C7并 联在Q1漏极和源极之间，C8和R2并联在Q2的漏极和源极之间。另外图中还包括钳位电 路，如图示Z1的正极和Ui正极相连，其负极与D6的负极相连，D6的正极与T1初级线圈的 负极相连，C5的一端与Ui的正极相连，C5的另一端与D6的负极相连，并且Z2的负极和Ui 负极相连，其正极与D7的正极相连，D7的负极与T1初级线圈的正极相连，C6的一端与Ui 的负极相连，C6的另一端与D7的正极相连。本实用新型的工作原理如下主开关Ql、Q2同时导通期间，输入电压Ui加到变压 器初级线圈m上，变压器磁化电感和漏感同时储能，此时，缓冲电容器C2、C3的电压Uc2、 Uc3基本相等且代数和接近Ui，其中Uc2、Uc3在初始状态时是没有电压的，在经过主开关 Ql、Q2几次开通关断后，达到稳定状态，此时Uc2、Uc3基本相等且代数和接近Ui。且二极 管D1、D2临近导通，当附的电流达到电流值Ipl时Q1、Q2同时关断，则附通过C3、D2、D1、 C2续流，Q1、Q2的电压上升率为Ipl/C2，Q1、Q2获得ZVS关断条件。当附的反向电压达到 n*Uo时，Uo是N2的输出电压，此时Q1、Q2电压之和为Ui+nUo，D5开始导通，变压器初级电 流开始向次级换流，由于变压器漏感储能及对换流的阻滞作用，通过C3、D2、Dl、C2的续流 继续进行，当此续流结束时，漏感储能的全部及互感储能的一部分存储到C2、C3中，设此时 C2、C3 电压之和为 Uc = Ui+nUo+AU，则有 l/2*Ls*Ipl*Ipl = 1/4*C2* A U* A U。在 Q1、Q2 再次导通之前，C2、C3的电压能够保持。在电源正常带载工作时，参数设计使2*Ui+2*UZl> Uc > 2*Ui，(UZ1 = UZ2)。D6、Zl、C5与D7、Z2、C6在异常情况下如过流、短路等对C2、 C3进行电压钳位，保护主开关Ql、Q2不被击穿。当Ql、Q2再次同时开通时，C2通过D3、L1 放电，C3通过D4、L2放电，T1工作于非连续电流模式，则Q1、Q2在ZCS开通。Ql、Q2开通 后，C2与LI、C3与L2开始半个正弦周期的谐振。由于通常C2、C3的起始电压大于Ui，故 在L1、L2电流减小到零之前D1、D2已导通，L1、L2剩余能量馈入输入电源C1。如此完成一 个循环周期工作过程。R1、C7和R2、C8提供附加的缓冲并均衡由于分布参数不一致造成的 Q1、Q2关断时电压应力的不一致。本实用新型在双端反激拓扑基础上通过采用一种新的无源无损缓冲方案和多重 交错方案，解决了主开关的ZVS关断、变压器漏感能量回馈及滤波电容纹波电流大的问题。 利用本实用新型提供的拓扑电路图，采用两只800V的M0SFET或IGBT单管，在输入电压 600V、输出48V时，可实现单变压器功率2KW，效率94%，通过多重交错并联，可实现10KW级 反激型变换器。从而很好的解决了单变压器在千瓦级电源场合的适用，且变换器的效率得 到明显提高，具有很强的实用性。以上对本实用新型所提供的一种双端反激型无源无损开关电源拓扑进行了详细 介绍，上述的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及核心思想；同时，对于本领域的一 般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，例如 如图6所示的拓扑电路图就是在图5所绘拓扑基础上，变压器初级m增加中间抽头，并将 此中间变压器抽头与D1、D2的连接点和(或)有两电容器串联构成的C1的中间接点相连， 综上所述，本说明书的内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求一种双端反激型无源无损开关电源拓扑，其特征在于包括电容C1、电容C2、电容C3，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，开关器件Q1、开关器件Q2，电感L1、电感L2，变压器T1，电源Ui；其中，所述电源Ui加在所述电容C1的两端，所述开关器件Q1的源极与所述变压器T1初级线圈的正极相连，所述开关器件Q1的漏极与所述电源Ui的正极相连，所述变压器T1初级线圈的负极与所述开关器件Q2的漏极相连，所述开关器件Q2的源极与所述电源Ui的负极相连，所述电感L1的一端与所述电源Ui正极相连，所述电感L1的另一端与所述二极管D3的负极相连，所述二极管D3、所述二极管D1、所述二极管D2、所述二极管D4依次串接在一起，且其电流的导通方向一致，所述二极管D4的正极与所述电感L2相连，所述电感L2的另一端与所述电源Ui的负极相连，所述电容C2的一端和所述二极管D3正极相连，其另一端和所述变压器T1初级线圈的正极相连，所述电容C3的一端和所述二极管D2的正极相连，其另一端和所述变压器T1初级线圈的负极相连。
2.如权利要求1所述一种双端反激型无源无损开关电源拓扑，其特征在于还包括电 阻R1、电阻R2、电容C7和电容C8 ；所述电阻R1和所述电容C7并联在所述开关器件Q1漏极和源极之间，所述电容C8和 所述电阻R2并联在所述开关器件Q2的漏极和源极之间。
3.如权利要求1所述一种双端反激型无源无损开关电源拓扑，其特征在于还包括稳 压二极管Z1、稳压二极管Z2、二极管D6、二极管D7、电容C5和电容C6 ；所述稳压二极管Z1的正极和所述电源Ui正极相连，其负极与所述二极管D6的负极相 连，所述二极管D6的正极与所述变压器T1初级线圈的负极相连，所述电容C5的一端与所 述电源Ui的正极相连，所述电容C5的另一端与所述二极管D6的负极相连，并且所述稳压二极管Z2的负极和所述电源Ui负极相连，其正极与所述二极管D7的正极相 连，所述二极管D7的负极与所述变压器T1初级线圈的正极相连，所述电容C6的一端与所 述电源Ui的负极相连，所述电容C6的另一端与所述二极管D7的正极相连。
专利摘要本实用新型提供了一种高效率，适用于单变压器高压电源的双端反激型无源无损开关电源拓扑，包括电容(C1-C3)，二极管(D1-D4)，开关器件(Q1、Q2)，电感(L1、L2)，变压器(T1)，其中电源(Ui)加在电容(C1)的两端，(Q1)的源极与(T1)初级线圈的正极相连，(Q1)的漏极与(Ui)的正极相连，(T1)初级线圈的负极与(Q2)的漏极相连，(Q2)的源极与(Ui)的负极相连，(L1)的一端与(Ui)正极相连，(L1)的另一端与(D3)的负极相连，(D3)、(D1)、(D2)、(D4)依次串接在一起，且其电流的导通方向一致，(D4)的正极与(L2)相连，(L2)的另一端与(Ui)的负极相连，(C2)的一端和(D3)正极相连，其另一端和(T1)初级线圈的正极相连，(C3)的一端和(D2)的正极相连，其另一端和(T1)初级线圈的负极相连。采用此种电源拓扑，能够将变压器里的漏感能量回馈到电源里，且主开关能够实现ZVS关断，大大提高了效率，能够适用于大功率的场合，具有很强的实用性。
文档编号H02M3/155GK201766503SQ201020176370
公开日2011年3月16日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者张文学 申请人:北京动力源科技股份有限公司