[实用新型]带中性点的双管正激式高压直流取电单元

说明书

(一)技术领域

本实用新型带中性点的双管正激式高压直流取电单元应用于高压直流供电系统中。

(二)背景技术

目前，公知的直流电源输入电压范围低，通常在100V-400V之间，不适合应用于400V-1200V电压输入的环境中变换。

(三)发明内容

本实用新型目的在于公开一种带中性点的双管正激式高压直流取电单元。利用双管正激拓扑结构，提高电源的输入电压，使这种带中性点的双管正激式高压直流取电单元能在1200V电压下工作。

本实用新型其组成包括有：直流电压输入、输入滤波均压、高频变压器、输出整流滤波、直流输出、电压采样反馈、PWM脉宽调制和隔离驱动电路；其特征在于：直流输入工作电压在400V-1200V之间，直流电压输出恒定在140V，输入滤波电路选用4个电容串联，并在滤波电容两端并联电阻均压。输入端的正负极串入10欧电阻，然后至主电路，主电路拓扑结构选用双管正激，双管正激变换器的工作可以分为三个过程：能量转移阶段、变压器磁复位阶段和死区阶段。原边的两个开关管Q101、Q102同时导通时，能量从输入端向输出端转移。在变压器磁复位阶段，原边的两个二极管DZ1、DZ2导通，使变压器绕组承受反相输入电压，实现变压器磁复位。变压器完全复位后，变换器工作在死区阶段，即原边无电流、副边续流。二极管DZ1、DZ2还起钳位作用，开关管Q101、Q102被箝位在输入电压。MOSFET上的电压应力至少低一倍小于单管正激。

本实用新型其特征还在于：带中性点的双管正激式高压直流取电单元控制芯片选用电流型UC3844，其最大占空比为50％，启动电压16V，当工作电压大于34V时，稳压管稳压，使内部电路在小于34V电压下可靠工作；当输入电压低于10V时，芯片被锁定，控制器停止工作。输出电压被反馈网络降压，将反馈电压送入误差放大器，与基准电压相比较而产生一个误差电压信号。脉宽调制部分拾取这个误差电压并且把它与功率变压器的电流相比较并转化为合适的占空比去控制输出部分功率脉冲调制的数量。调制和隔离驱动电路中电阻R11与电容C8决定系统的工作频率，在误差放大器输出1脚与反馈2脚之间所接电容C9、电容C3、电容C4起到补偿作用，D2、D3、电容C6、电容C7、电阻R12使UC3844能够实现软起动，时间由电容C6、电容C7决定，UC3844启动电流由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4决定。驱动因两路开关管压差较大，所以采用通过一个高频脉冲变压器驱动两路MOSFET以便隔离，电阻R115、电阻R117对UC3844提供电流限制保护，双反串联稳压二极管是用来对功率MOSFET的栅源电压过高保护，稳压管稳压值为+12V，电阻R116、电阻R118降低漏源阻抗。

(四)附图说明

图1为本实用新型系统原理框图；

图2为本实用新型输入和主电路图；

图3为本实用新型带中性点的双管正激式高压直流取电单元控制芯片UC3844结构图；

图4为本实用新型控制电路和驱动电路图；

图5带中性点的双管正激式高压直流取电单元实物图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

因输入电压高、范围较宽，所以输入滤波电路选用4个电容串联使用，并在滤波电容两端并联电阻来均压。输入端的正负极串入10欧电阻，以减小浪涌和多个电源同时使用对前级的冲击。如图2所示，然后至主电路，主电路拓扑结构选用双管正激，因它可以应用于较高电压输入场合。双管正激变换器的工作可以分为三个过程：能量转移阶段、变压器磁复位阶段和死区阶段。如图2所示在能量转移阶段，原边的两个开关管Q101、Q102同时导通，能量从输入端向输出端转移。在变压器磁复位阶段，原边的两个二极管DZ1、DZ2导通，使变压器绕组承受反相输入电压，从而实现变压器磁复位。当变压器完全复位后，变换器工作在死区阶段，即原边无电流、副边续流。此外，二极管DZ1、DZ2还起钳位作用，开关管Q101、Q102被箝位在输入电压。MOSFET上的电压应力小于单管正激，至少低一倍。

本带中性点的双管正激式高压直流取电单元控制芯片选用电流型UC3844，其最大占空比为50％，启动电压16V，具有过压保护和欠压锁定功能。当工作电压大于34V时，稳压管稳压，使内部电路在小于34V电压下可靠工作；当输入电压低于10V时，芯片被锁定，控制器停止工作。UC3844结构框图见图3。其UC3844基本工作过程如下首先，输出电压被反馈网络降压，然后把这个反馈电压送入误差放大器，使之与基准电压相比较而产生一个误差电压信号。脉宽调制部分拾取这个误差电压并且把它与功率变压器的电流相比较并转化为合适的占空比去控制输出部分功率脉冲调制的数量。图4中电阻R11与电容C8决定系统的工作频率，在误差放大器输出1脚与反馈2脚之间所接电容C9、电容C3、电容C4起到补偿作用，D2、D3、电容C6、电容C7、电阻R12使UC3844能够实现软起动，时间由电容C6、电容C7决定，UC3844启动电流由电阻电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4决定。驱动因两路开关管压差较大，所以采用通过一个高频脉冲变压器驱动两路MOSFET以便隔离，具体电路如图4。图中电阻R115、电阻R117对UC3844提供电流限制保护，双反串联稳压二极管是用来对功率MOSFET的栅源电压过高保护，稳压管稳压值为+12V，电阻R116、电阻R118是用来降低漏源阻抗。如图4所示，输出电压直接经电阻R5、电阻R6、电阻R7分压后，得到输出电压的电压采样信号，输入PWM控制器的电压反馈输入端2脚(误差放大器的反向输入端)。误差放大器的正向输入端接UC3844内部的2.5V的基准电压。当采样电压小于2.5V时，误差放大器正向和反向输出端之间的电压差经放大器放大后，调节输出电压，使得UC3844的输出信号的占空比变大，输出电压上升，最终使输出电压稳定在设定的电压值。电阻R9、电容C3、电容C4并联构成电流型反馈。这种电路的优点是电压采样电路简单，缺点是输入电压和输出电压必须共地，不能做到输入和输出的电气隔离。