基于自举电路和变压器混合驱动模式的半桥式开关电源

基于自举电路和变压器混合驱动模式的半桥式开关电源 () 第 34 卷 第 4 期Vol . 34 No . 4 自然科学版延 边 大 学 学 报 ( ) J o ur nal of Ya nbia n U niver sit y Nat ural Scie nceDec . 2008 2008 年 1 2 月 () 文章编号 : 100424353 20080420295203 基于自举电路和变压器混合驱动模式的 半桥式开关电源 金永镐 ,朱孟忠 ( ) 延边大学工学院 电子 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 系 ,吉林 延吉 133002 摘要 : 提出了一种基于自举电路和变压器混合驱动模式的半桥式开关电源的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方法 ,这种电源采用通用的PWM 发生器芯片 ,下部场效应管开关直接驱动 ,上部场效应管开关利用自举电路和变压器混合驱动方式驱 动 . 电路中变压器只是起到信号传递作用 ,因此所需要的变压器体积小 ,该开关电源还具有驱动波形良好 ,开 关损耗小 ,电路简单 ,性能价格比高等优点 . 同时还设计了开关电源自启动用辅助电源 ,它具有电路简单 、功耗 小 、宽电压范围工作等优点 . 关键词 : 自举电路 ; 混合驱动 ; 变压器 ; 开关损耗 ; 辅助电源 中图分类号 : TM910文献标识码 : A The Half2bridge Switching Po wer Ba sed on the Bootstra p Circuit and Transf ormer Composite Driving Mode J IN Yo ng2gao , Z H U Me ng2zho ng ( De p a rt ment o f I n f orm at i on En g i nee ri n g , Col l e ge o f En g i nee ri n g , )Y anbi an U ni ve rs i t y , Y an j i 133002 , Chi n a Abstract : A met ho d to design t he half2bridge switching po wer ba sed o n t he boo t st rap circuit a nd t ra nsfo r mer co mpo site driving mo de i s p resented. The po wer adop t s general PWM generato r chip . The do w n p a rt switch of t he F E T direct drive s and t he up side switch using t he boo t st rap circuit and t ransfo r mer co mpo site driving mo de to drive. In t he circuit , t he eff ect of t he t ra nsfo r mer i s signal t ransductio n , so it ha s t he cha racteri stic of small vol ume , well driving wavefo r m , lo w switching lo sses , circuit si mple s a nd high co st perfo r mance . Then t he switching po wer use s t he auxilia r y po wer to self2sta rting a nd ha s t he cha ract eri stic of circuit simples , lo w po w2 er a nd wide ra nge voltage . Key words : boo t st rap circuit ; co mpo site drivi ng ; t ransfo r mer ; switchi ng lo sse s ; a uxiliar y po wer 波形不理想 ,增加了开关损耗. 同时 ,驱动变压器0 引言 时所需要的功率较大 ,因此它需要较大体积的变 随着高速大功率 MO SF E T 生产技术的迅速[ 2 ] 压器.发展 ,MO S F E T 被广泛应用在各种开关电源 ,其 近年来 ,用于半桥式开关电源的各种场效应 驱动方式种类多样 ,特别是在工频 220 V 的开关 管专用驱动集成电路逐渐被人们应用 ,它具有电 电源中 ,高压侧开关必须采用变压器隔离驱动方 路简单 、工作稳定 、可靠等特点. 如 N C P5181 的工 式或电平转换驱动方式 . MO SF E T 是电压控制器 作电压为 10 , 20 V , 两个输出端的驱动电流为[ 1 ] 件 ,具有高输入阻抗和较大的输入电容,它与变 [ 3 ] 1 . 1 A , 高压驱动部分最大工作电压为 600 V ; 压器的寄生电感和等效电阻形成振荡 ,因此驱动 IR2110 的工作电压为 10 ,20 V , 两个输出端的 驱动电流为 2 A , 高压驱动部分最大工作电压为工作原理1 . 2 [ 4 ] 500 V ,但这些产品价格很高 ,很难应用在通用 采用 S G3525 构成半桥式开 关电 源 时 , 驱动 型开关电源中. 两个开关管使用如图 3 所示的驱动方式. 由于场 本文提出了一种基于自举电路和变压器混合 效应管 GS 之间的等效电容较大 ,为获得较好的 驱动模式的半桥式开关电源的设计方法 ,这种方 驱动波形而采用功率驱动方式 ,因此变压器不能 [ 5 ] 法可使用在通用型 P WM 发生器芯片 TL 494或 太小 ,一般使用 E E19 以上的尺寸. [ 6 ] S G3525 上,具有所需要的驱动变压器体积小 , 驱动波形良好 ,电路简单 ,工作稳定等优点 . 同时 还设计了开关电源自启动用辅助电源 ,它具有电 路简单 、功耗小 、工作稳定等特点 . 这种电源应用 在各种工业用大功率报警器产品中可提高产品的 竞争力. 1 混合驱动模式的开关电源 图 3 上部开关用变压器驱动的电路 图 4 为上部开关用变压器驱动时的波形图. 电路的组成1 . 1 从图 4 中可以看出 , 变压器输入端的 V 波形虽 BA 自举电路和变压器混合驱动模式的开关电源 然很理想 , 但输出端 V 波形的上升部分和下降DC 框图如图 1 所示. 它主要由 S G3525 组成的 P WM 部分却很不理想 , 无法迅速完成开关动作 , 从而发生器 、信号传递用变压器 、驱动器 、自举电路 、2 增加了开关损耗 .个 MO S F E T 、功率变压器 、半桥式电容等部分组 成 . 图 1 自举电路和变压器混合驱动模式的开关电源 框图 具体的工作电路如图 2 所示 . S G3525 的工作 电压为 8,35 V ,最高工作频率为 400 k Hz ,其内 图 4 上部开关用变压器驱动时的波形图部误差放大器 、P WM 发生器 、2 路输出驱动器组 成 ,具有软驱动 、可关断 、死区时间可外部调节 、两 图 5 为自举电路和变压器混合驱动模式的开 个输出端 A 和 B 的驱动电流可达 500 mA 等特关电源的驱动波形图 . 变压器的输出信号经过互 [ 627 ] 补管组成的射极跟随器缓冲后驱动上部开关管. 点. 射极跟随器的工作电源由自举电路提供. 当下部 开关 Q15 导通时 ,通过 D8 给 C14 充上电源电压 V ; 当上部开关 Q12 导通时 , C 点和 E 点的电压 C 也上升 ,此时虽然 C14 的电压作为射极跟随器的 工作电源下降 ,但它和等效电阻组成的时间常数 ( 远大于驱动时间 , 因此下降幅度很小 图 5 中 V EC ) 图所示,所以不管是哪一个开关管导通 ,C14 两 减少开关损耗.2 结论 实验结果表明 ,本文提出的自举电路和变压 器混合驱动模式的开关电源 ,上部开关管的驱动 波形经过变压器隔离和射极跟随器缓冲后 ,波形 的上升部分和下降部分很理想 ,可迅速完成开关 动作 ,减少开关损耗 . 实验表明 : ) 1在环 境温 度为 25 ?, 输出 功 率为 100 W 时 ,采用变压器直接驱动模式时 ,上部开关管温度 为 50 ?左右 ,而采用混合驱动模式时 ,上部开关 管温度为 30 ?左右 . ) 2电路中变压器只是起到信号传递作用 ,因 此可使用小功率变压器 ,如 E E10 尺寸等 ,驱动用 三极管可使用 1 A 、30 V 的小功率管. ) 3自启动辅助电源电路简单 ,Q1 可采用小功 图 5 自举电路和变压器混合驱动模式的开关 电源的驱动波形图 率管 , R2 可取很大 ,因此静态功耗很小 ,而且可在 1 . 3 自启动辅助电源的工作原理 80,350 V 宽电压范围内工作.自启 动 辅 助 电 源 电 路 图 如 图 6 所 示 , 它 由 R4 、Q1 、R2 、D2 、C2 、D3 、D4 、L 2 组成 . S G3525 工 参考文献 :作时需要 8,35 V 电压和 12 mA 左右的电流. 启 [ 1 ] 金永镐 ,郑春善 . 基于同步方式恒流驱动模 式的宽动时由 Q1 、R2 、D2 、C2 组成的简单稳压电路提供 电压输入串联型开关电源 [J ] . 电子技术应用 ,2007 ,10 V 左右的电压 ,当电源迅速启动后由主变压器 () 33 12:1662168 . 的辅助绕组经过 D3 、D4 、L 2 提供 15 V 左右电压 , Va n De Syp e , Van Den Bo ssche , Mae s J . Gate [ 2 ] Drive Circuit fo r Zero2voltage Switching Half a nd 因此场效应管 Q1 无偏置电压自动截止 . 由于 Q1 Full2bridge Co nverter s [ J ] . Indust r y Applicatio ns , ( 是场效应管 , 因此偏置电阻 R2 可取很大 820 , ( ) Pro2ceeding of IE E E Tra nsactio ns , 2002 , 38 5 : Ω) 2 000 k,以便减少启动后的静态功耗. 这种电源138021388 . () 的优点是 :由于电源启动时间很短 0. 05,0. 1 s, N CP5181 Data Sheet [ K/ OL ] . ht tp :/ / data sheet . ee2 [ 3 ] wo rld. co m. cn/ pa rt/ 164153 _ ON S EM I _ N CP5181 . 所需要的电流为 12 ,20 mA , 同时限流电阻 R4 ht ml . 分担一部分电压 ,因此 Q1 可采用小功率管 ,从而 IR2110 Data Sheet [ K/ OL ] . ht tp :/ / www . irf . co m/ [ 4 ] 静态功耗很小 . 这种辅助电源可在 80,350 V 宽 p ro duct2info/ data sheet s/ data/ ir2110 . p df . 电压范围内工作. 王亚君 . TL 494 及其在半桥变换开关电源中的应用[ 5 ] () [J ] . 现代电子技术 ,2004 ,173 6:94295 . 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