一种多路输出软开关电源

技术领域

本发明涉及电源领域，具体来说，涉及一种多路输出软开关电源。

背景技术

在电源领域，高功率密度、高效率和低成本的驱动电源更加具有竞争力。通常驱动电源会选择谐振电路来达到实现高功率密度及高效率的目的。谐振电路可以实现原边两个或两个以上的开关管的零电压开通和副边整流二极管的零电流关断，可以降低电源的开关损耗，提高功率变换器的效率和功率密度。

实际应用中，系统往往需要多路输出电源，分别供电给不同的模块单元。一般主负载单元消耗的功率比较高，其他辅助单元相对功率要求会低一些。一般会选择反激变换器，但普通的单管反激变压器漏感能量无法传递到副边，会产生应力尖峰，只能耗散掉，转换效率低。而且两套电源工作频率不同步，很容易产生EMC拍频振铃问题。

有鉴于此，提供高效低成本的多路输出电源，已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种多路输出软开关电源，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种多路输出软开关电源，包括输入Vin、电容C1、电容C2、开关管S1、开关管S2、开关管S3、二极管D1、二极管D2、电感L1、电感Lm、电感Lr、主谐振变压器T1、辅助反激变压器T2、主路输出Vo1、辅助输出Vo2、输出整流电路及驱动控制电路；所述输入Vin并联电容C1，所述电容C1的正极依次与所述开关管S1的第一端及所述二极管D1的负极连接，所述电容C1的负极依次与所述开关管S2的第二端、所述电容C2的一端及所述开关管S3的第二端连接并接地，所述开关管S1的第二端依次与所述电感L1的一端、所述电感Lr的一端及所述开关管S2的第一端连接，所述电感L1的另一端与所述主谐振变压器T1的第一输入端连接，所述主谐振变压器T1的第二输入端与所述电容C2的另一端连接，所述主谐振变压器T1的输出端并联所述输出整流电路，所述输出整流电路并联主路输出Vo1，所述电感Lr的另一端依次与所述电感Lm的一端及所述辅助反激变压器T2的第一输入端连接，所述辅助反激变压器T2的第二输入端依次与所述电感Lm的另一端、所述开关管S3的第一端及所述二极管D1的正极连接，所述辅助反激变压器T2的第一输出端与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极与所述辅助输出Vo2的正极连接，所述辅助输出Vo2的负极与所述辅助反激变压器T2的第二输出端连接并接地，所述辅助反激变压器T2的第三输出端接地，所述辅助反激变压器T2的第四输出端与所述驱动控制电路的ZCD端连接，所述驱动控制电路的第一端与所述开关管S1的第三端连接，所述驱动控制电路的第二端与所述开关管S2的第三端连接，所述驱动控制电路的第三端与所述开关管S3的第三端连接。

进一步的，所述电容C1为极性电容。

进一步的，所述主路输出Vo1为极性电容。

进一步的，所述辅助输出Vo2为极性电容。

进一步的，主路谐振电路采用输出电压或输出电流的频率反馈控制，对称互补驱动S1和S2，通过频率控制，获得所设定的输出电压Vo或输出电流Io。

进一步的，辅路控制开关即开关管S3的开通与开关管S2关断边沿基本同步；开关管S3比开关管S1早开通；开关管S3比开关管S1提前关断，占空比始终小于0.5，同双管反激电路，其占空比受负载反馈控制，占空比越大，输出能量越大。

进一步的，开关管S3在开关管S2关断时，立即ZVS开通；经过死区时间延时后，开关管S1开通。

进一步的，辅助反激变压器T2的辅助绕组提供ZCD信号；在二极管D2零电流关断后，开通开关管S1及开关管S3；在异常状况时，当开关管S2关断时，驱动控制电路若没有检测ZCD信号，则会延时等待，直至检测到ZCD信号，在谷底电压时开通开关管S3，之后受电路反馈控制在开关管S1关断之前关断开关管S3。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的主路和辅助电路复用开关管S1，既加强确保了主路开关管S2的零电压开通，也回收了辅路变压器的漏感能量，降低了开关管S3的器件应力，通过控制优化，也实现了开关管S3的零电压开通；可独立控制的同时，实现了频率同步，减轻了EMC设计难度。

(2)本发明的多路输出软开关电源，相比于传统多路输出电路组合，电路简单，控制方便，转换效率高，电路成本低，实施有益效果多。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种多路输出软开关电源的示意图；

图2是图1中的电压波形图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种多路输出软开关电源。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的多路输出软开关电源，包括输入Vin、电容C1、电容C2、开关管S1、开关管S2、开关管S3、二极管D1、二极管D2、电感L1、电感Lm、电感Lr、主谐振变压器T1、辅助反激变压器T2、主路输出Vo1、辅助输出Vo2、输出整流电路及驱动控制电路；所述输入Vin并联电容C1，所述电容C1的正极依次与所述开关管S1的第一端及所述二极管D1的负极连接，所述电容C1的负极依次与所述开关管S2的第二端、所述电容C2的一端及所述开关管S3的第二端连接并接地，所述开关管S1的第二端依次与所述电感L1的一端、所述电感Lr的一端及所述开关管S2的第一端连接，所述电感L1的另一端与所述主谐振变压器T1的第一输入端连接，所述主谐振变压器T1的第二输入端与所述电容C2的另一端连接，所述主谐振变压器T1的输出端并联所述输出整流电路，所述输出整流电路并联主路输出Vo1，所述电感Lr的另一端依次与所述电感Lm的一端及所述辅助反激变压器T2的第一输入端连接，所述辅助反激变压器T2的第二输入端依次与所述电感Lm的另一端、所述开关管S3的第一端及所述二极管D1的正极连接，所述辅助反激变压器T2的第一输出端与所述二极管D2的正极连接，所述二极管D2的负极与所述辅助输出Vo2的正极连接，所述辅助输出Vo2的负极与所述辅助反激变压器T2的第二输出端连接并接地，所述辅助反激变压器T2的第三输出端接地，所述辅助反激变压器T2的第四输出端与所述驱动控制电路的ZCD端连接，所述驱动控制电路的第一端与所述开关管S1的第三端连接，所述驱动控制电路的第二端与所述开关管S2的第三端连接，所述驱动控制电路的第三端与所述开关管S3的第三端连接。

在一个实施例中，所述电容C1为极性电容。

在一个实施例中，所述主路输出Vo1为极性电容。

在一个实施例中，所述辅助输出Vo2为极性电容。

在一个实施例中，主路谐振电路采用输出电压或输出电流的频率反馈控制，其控制方式与一般串联谐振或串并联谐振电路的控制方式类似，对称互补驱动S1和S2，通过频率控制，获得所设定的输出电压Vo或输出电流Io。

在一个实施例中，辅路控制开关即开关管S3的开通与开关管S2关断边沿基本同步；因为开关管S1和开关管S2驱动有死区时间，因此正常状态下，开关管S3比开关管S1早开通；在异常状态时，开关管S1略晚一些开通，以保证辅助反激变压器T2励磁复位，之后开通以避免反向恢复造成的损耗和器件应力尖峰；开关管S3比开关管S1提前关断，占空比始终小于0.5，同双管反激电路，其占空比受负载反馈控制，占空比越大，输出能量越大。对于辅路，开关管S1和开关管S3实际上构成了双管反激，电感Lr能量可以被回收，不会被耗散。辅助电路的能量受开关管S3的导通占空比控制。开关管S3的器件应力等于输入电压Vin，相比于单管反激，器件应力大幅下降。相比于普通的双管反激，因为这里复用了主路的开关管S1，因此省掉了双管反激电路的高端开关管和其复杂的隔离驱动电路，电路更简单，成本更低。

在一个实施例中，不同于单管和双管反激，在开关管S2导通期间内，开关管S3的静态电压为零，只要电感Lr和电感Lm完成复位，开关管S3会迅速稳定到零电压，因此开关管S3具备天然的ZVS(零电压开通)开通条件；开关管S3在开关管S2关断时，立即ZVS开通；经过死区时间延时后，开关管S1开通。这样开关管S1和开关管S3都能保证ZVS开通，减小开通损耗。

在一个实施例中，辅助反激变压器T2的辅助绕组提供ZCD信号，用于判断辅助反激变压器T2励磁电感电流是否已归零，即二极管D2是否已经ZCS(零电流关断)关断；在二极管D2零电流关断后，开通开关管S1及开关管S3，可以保证没有反向恢复损耗；在异常状况时，当开关管S2关断时，驱动控制电路若没有检测ZCD信号，则会延时等待，直至检测到ZCD信号，在谷底电压时开通开关管S3，之后受电路反馈控制在开关管S1关断之前关断开关管S3。

在一个实施例中，在主路轻载时，主谐振变压器T1的励磁电感电流减小，往往无法保证开关管有效的ZVS开通。通过分析，我们知道，在开关管S1关断时，因为辅助反激变压器T2额外储存的能量，与主谐振变压器T1的励磁能量一起共同作用，可以保证开关管S2可以零电压开通。而在开关管S2关断之前，电感Lr的能量早已经被释放，因此不会影响开关管S1原本的ZVS开通条件；鉴于以上分析，主路和辅助电路复用开关管S1，有益实施效果非常明显。

在一个实施例中，当需要更多路输出时，本领域技术人员很容易推导，复用开关管S1即可实现更多路输出，获得同样的有益实施效果。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。

在实际应用时，当开关管S1导通，开关管S2关断，开关管S3导通时，主电路电流经过开关管S1，电感L1，变压器T1，谐振电容C2，电容C1。辅助电路电流经过开关管S1，辅助反激变压器T2，电容C1；

当开关管S1导通，开关管S2关断，开关管S3关断时，主电路电流经过开关管S1，电感L1，变压器T1，谐振电容C2，电容C1。辅助电路电流经过开关管S1，辅助反激变压器T2，二极管D1；

当开关管S1关断，开关管S2导通，开关管S3关断时，主电路电流经过开关管S2，电感L1，变压器T1，谐振电容C2。辅助电路漏感电流经过开关管S2，电感Lr，变压器T2，二极管D1，输入电容C1，辅助电路励磁电感Lm通过辅助反激变压器T2，二极管D2向辅助输出Vo2释放储能；

主路谐振电路通过主谐振变压器T1，经过输出整流电路，向主路输出Vo1负载提供能量。

综上所述，本发明的主路和辅助电路复用开关管S1，既加强确保了主路开关管S2的零电压开通，也回收了辅路变压器的漏感能量，降低了开关管S3的器件应力，通过控制优化，也实现了开关管S3的零电压开通；可独立控制的同时，实现了频率同步，减轻了EMC设计难度。本发明的多路输出软开关电源，相比于传统多路输出电路组合，电路简单，控制方便，转换效率高，电路成本低，实施有益效果多。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。