一种高压输出的开关电源电路的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种防电流倒灌的高压输出的开关电源电路。


背景技术：

2.高压输出的开关电源，因其输出电压高达几kv甚至几十kv，其变压器后端通常会使用倍压电路来对变压器副边电压进行倍叠，以得到更高的电压增益，减少变压器的圈数，降低变压器的设计难度。
3.本领域现有技术，一种四阶倍压输出电路、一阶rc滤波电路的高压输出电源电路拓扑结构如图1所示，其应用于输出电压远高于输入电压的升压场合，包括变压器l1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电阻r1、电容器c1、电容器c2、电容器c3、电容器c4、电容器c5、接地端口gnd和输出端口vo。
4.变压器l1副边绕组的同名端与电容器c2的一端相连，电容器c2的另一端与二极管d2的阴极、二极管d3的阳极和电容器c4的一端相连，电容器c4的另一端与二极管d4的阴极和二极管d5的阳极相连；变压器l1副边绕组的异名端与接地端口gnd、二极管d2的阳极和电容器c3的一端相连，电容器c3的另一端与二极管d3的阴极、二极管d4的阳极和电容器c5的一端相连，电容器c5的另一端与二极管d5的阴极和电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端与电容器c1的一端和输出端口vo相连，电容器c1的另一端与接地端口gnd相连。
5.现有技术电路存在一个缺陷，在倍压输出电路工作时，电阻r1的发热较为严重，输出滤波电路的实际滤波效果比理论计算的滤波效果差很多。且随着输出功率的增大，即输出电流增大时，该问题变得更加严重，电阻r1的过度发热甚至影响到了产品整体的可靠性。具体分析如下：
6.电路正常工作时，分为两个工作状态。
7.第一个工作状态，变压器l1的2端与4端为正，1端与3端为负。此时的第一阶变压器供电回路为：变压器l1的4端
→
二极管d2
→
电容器c2
→
变压器l1的3端。变压器副边绕组电压通过二极管d2加到电容器c2上，第一阶倍压完成。
8.第二个工作状态，变压器l1副边绕组电压翻转，变压器l1的2端与4端为负，1端与3端为正。此时存在的第二阶变压器供电回路为：变压器l1的3端
→
电容器c2
→
二极管d3
→
电容器c3
→
变压器l1的4端。变压器副边绕组电压和第一个工作状态加在电容器c2的电压串联后，通过二极管d3加到电容器c3上，此时电容器c3上的电压＝变压器绕组电压 电容器c2上的电压，这就是第二阶倍压工作过程。
9.后两阶倍压的工作原理与前两阶倍压的工作原理一致，当变压器翻转回第一个工作状态：2端与4端为正，1端与3端为负时，变压器副边绕组电压叠加电容器c2和电容器c3上的电压，通过二极管d4给电容器c4供电。变压器再次翻转回第二个工作状态：2端与4端为负，1端与3端为正时，变压器副边绕组电压叠加电容器c2和电容器c4上的电压，通过二极管d5给电容器c5和c3供电。同时，还会通过电阻r1给输出滤波电容c1供电。
10.问题在于，在上述第二个工作状态时，二极管d5通过电阻r1给滤波电容c1供电，会把c1的电压充得比较高，当翻转回第一个工作状态时，存在这样一个供电回路：电容器c1
→
电阻r1
→
电容器c5
→
二极管d4
→
电容器c4
→
电容器c2
→
变压器l1的3端
→
变压器l1的4端
→
电容器c1。之前充到滤波电路中电容器c1的能量会倒灌回倍压电路中，因为这个倒灌回路较为隐蔽，现有技术未能识别此回路带来的风险并做技术阻断，导致本技术在应用时，会造成产品输出滤波效果变差，产品效率变低，电阻r1发热增大的问题，影响产品性能的同时还降低了产品的可靠性。


技术实现要素：

11.有鉴如此，本发明提出一种高压输出的开关电源电路，能截断电流倒灌的回路，防止能量从输出滤波电路倒灌回倍压电路，有效降低产品的输出纹波，并能提升产品工作效率，降低滤波电阻损耗，提高产品整体可靠性。
12.本发明的构思为：一种高压输出的开关电源电路，如图2所示，在倍压电路和输出滤波电路中间加入二极管，利用二极管二极管的单向导电性，使得能量只能从倍压电路供给输出滤波电路，而无法从输出滤波电路倒灌回倍压电路。
13.本发明是通过以下技术方案实现：
14.一种高压输出的开关电源电路，包括变压器l1、依次串联在变压器l1副边绕组的倍压电路和输出滤波电路，还包括二极管d1，所述二极管d1串联在倍压电路和输出滤波电路之间，用以防止输出滤波电路的能量倒灌回倍压电路。
15.优选地，所述倍压电路包括两阶或两阶以上的倍压单元，所述倍压单元均包括串联的电容器和二极管，二极管的阴极与电容器的负极连接。
16.优选地，所述输出滤波电路包括一阶或一阶以上滤波单元，所述滤波单元包括串联的电容器和电阻。
17.作为本发明的具体实施方式，本发明提供的技术方案还包括如下：
18.一种高压输出的开关电源电路，其特征在于：包括变压器l1、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电阻r1、电容器c1、电容器c2、电容器c3、电容器c4、电容器c5、接地端口gnd和输出端口vo；
19.变压器l1副边绕组的同名端与电容器c2的一端相连，电容器c2的另一端与二极管d2的阴极、二极管d3的阳极和电容器c4的一端相连，电容器c4的另一端与二极管d4的阴极和二极管d5的阳极相连；变压器l1副边绕组的异名端与接地端口gnd、二极管d2的阳极和电容器c3的一端相连，电容器c3的另一端与二极管d3的阴极、二极管d4的阳极和电容器c5的一端相连，电容器c5的另一端与二极管d5的阴极和二极管d1的阳极相连，二极管d1的阴极与电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端与电容器c1的一端和输出端口vo相连，电容器c1的另一端连接接地端口gnd。
20.一种高压输出的开关电源电路，其特征在于：包括变压器l1、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电阻r1、电容器c1、电容器c2、电容器c3、电容器c4、电容器c5、接地端口gnd和输出端口vo；
21.变压器l1副边绕组的同名端与电容器c2的一端相连，电容器c2的另一端与二极管d2的阴极、二极管d3的阳极和电容器c4的一端相连，电容器c4的另一端与二极管d4的阴极
和二极管d5的阳极相连；变压器l1副边绕组的异名端与接地端口gnd、二极管d2的阳极和电容器c3的一端相连，电容器c3的另一端与二极管d3的阴极、二极管d4的阳极和电容器c5的一端相连，电容器c5的另一端与二极管d5的阴极和电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端与电容器c1的一端和输出端口vo相连，电容器c1的另一端与二极管d1的阳极相连，二极管d1的阴极与接地端口gnd相连。
22.一种高压输出的开关电源电路，其特征在于：包括变压器l1、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电阻r1、电容器c1、电容器c2、电容器c3、电容器c4、电容器c5、接地端口gnd和输出端口vo；
23.变压器l1副边绕组的同名端与电容器c2的一端相连，电容器c2的另一端与二极管d2的阳极、二极管d3的阴极和电容器c4的一端相连，电容器c4的另一端与二极管d4的阳极和二极管d5的阴极相连；变压器l1副边绕组的异名端与接地端口gnd、二极管d2的阴极和电容器c3的一端相连，电容器c3的另一端与二极管d3的阳极、二极管d4的阴极和电容器c5的一端相连，电容器c5的另一端与二极管d5的阳极和二极管d1的阴极相连，二极管d1的阳极与电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端与电容器c1的一端和输出端口vo相连，电容器c1的另一端连接接地端口gnd。
24.一种高压输出的开关电源电路，其特征在于：包括变压器l1、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电阻r1、电容器c1、电容器c2、电容器c3、电容器c4、电容器c5、接地端口gnd和输出端口vo；
25.变压器l1副边绕组的同名端与电容器c2的一端相连，电容器c2的另一端与二极管d2的阳极、二极管d3的阴极和电容器c4的一端相连，电容器c4的另一端与二极管d4的阳极和二极管d5的阴极相连；变压器l1副边绕组的异名端与接地端口gnd、二极管d2的阴极和电容器c3的一端相连，电容器c3的另一端与二极管d3的阳极、二极管d4的阴极和电容器c5的一端相连，电容器c5的另一端与二极管d5的阳极和电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端与电容器c1的一端和输出端口vo相连，电容器c1的另一端与二极管d1的阴极相连，二极管d1的阳极与接地端口gnd相连。
26.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
27.1、通过在倍压电路和输出滤波电路之间串接一个二极管，利用二极管单向导电性的原理，使得输出滤波电路的能量无法倒灌回倍压电路，输出滤波电路的能量只给输出负载供电，减少了输出端的纹波。
28.2、现有技术能量从倍压电路经由电阻r1传输到输出滤波电路，又经由电阻r1倒灌回倍压电路，在能量来回传输的过程中部分能量损耗在电阻r1上，通过串接二极管防止电流倒灌后，可消除此问题，提高产品的效率与可靠性。
附图说明
29.图1为现有技术一种四阶倍压输出电路的原理图；
30.图2为本发明高压输出的开关电源电路的结构示意图；
31.图3为本发明高压输出的开关电源电路第一实施例的原理图；
32.图4为本发明高压输出的开关电源电路第二实施例的原理图；
33.图5为本发明高压输出的开关电源电路第三实施例的原理图；
34.图6本本发明高压输出的开关电源电路第四实施例的原理图。
具体实施方式
35.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，以下将结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
36.第一实施例
37.如图3所示，本实施例高压输出的开关电源电路包括变压器l1、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电阻r1、电容器c1、电容器c2、电容器c3、电容器c4、电容器c5、接地端口gnd和输出端口vo。
38.变压器l1副边绕组的同名端与电容器c2的一端相连，电容器c2的另一端与二极管d2的阴极、二极管d3的阳极和电容器c4的一端相连，电容器c4的另一端与二极管d4的阴极和二极管d5的阳极相连；变压器l1副边绕组的异名端与接地端口gnd、二极管d2的阳极和电容器c3的一端相连，电容器c3的另一端与二极管d3的阴极、二极管d4的阳极和电容器c5的一端相连，电容器c5的另一端与二极管d5的阴极和二极管d1的阳极相连，二极管d1的阴极与电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端与电容器c1的一端和输出端口vo相连，电容器c1的另一端连接接地端口gnd。
39.本实施例的工作原理为：电路正常工作时，分为两个工作状态。
40.第一个工作状态，变压器l1的2端与4端为正，1端与3端为负。此时的第一阶变压器供电回路为：变压器l1的4端
→
二极管d2
→
电容器c2
→
变压器l1的3端。变压器副边绕组电压通过二极管d2加到电容器c2上，第一阶倍压完成。
41.第二个工作状态，变压器l1副边绕组电压翻转，变压器l1的2端与4端为负，1端与3端为正。此时存在的第二阶变压器供电回路为：变压器l1的3端
→
电容器c2
→
二极管d3
→
电容器c3
→
变压器l1的4端。变压器副边绕组电压和第一个工作状态加在电容器c2的电压串联后，通过二极管d3加到电容器c3上，此时电容器c3上的电压＝变压器绕组电压 电容器c2上的电压，这就是第二阶倍压工作过程。
42.后两阶倍压的工作原理与前两阶倍压的工作原理一致，当变压器翻转回第一个工作状态：2端与4端为正，1端与3端为负时，变压器副边绕组电压叠加电容器c2和电容器c3上的电压，通过二极管d4给电容器c4供电。变压器再次翻转回第二个工作状态：2端与4端为负，1端与3端为正时，变压器副边绕组电压叠加电容器c2和电容器c4上的电压，通过二极管d5给电容器c5和c3供电。同时，还会通过二极管d1与电阻r1给输出滤波电容c1供电。
43.因为二极管d1的单向导电特性，电容器c1
→
电阻r1
→
电容器c5
→
二极管d4
→
电容器c4
→
电容器c2
→
变压器l1的3端
→
变压器l1的4端
→
电容器c1的供电回路被二极管d1截断，倒灌回路不通，能量无法从输出滤波电路倒灌回倍压电路，输出滤波电路的能量只给输出负载供电，减少了输出端的纹波。
44.第二实施例
45.如图4所示，为本发明第二实施例。与第一实施例相比，本实施例二极管d1连接位置不同，二极管d1串接在电容器c1与接地端口gnd之间，二极管d1的阳极连接电容器c1，二极管d1的阴极连接接地端口gnd，其它电连接关系不变。
46.本实施例工作原理与第一实施例类似，在此不再赘述。
47.第三实施例
48.如图5所示，为本发明第三实施例。高压输出的开关电源电路包括变压器l1、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电阻r1、电容器c1、电容器c2、电容器c3、电容器c4、电容器c5、接地端口gnd和输出端口vo。
49.变压器l1副边绕组的同名端与电容器c2的一端相连，电容器c2的另一端与二极管d2的阳极、二极管d3的阴极和电容器c4的一端相连，电容器c4的另一端与二极管d4的阳极和二极管d5的阴极相连；变压器l1副边绕组的异名端与接地端口gnd、二极管d2的阴极和电容器c3的一端相连，电容器c3的另一端与二极管d3的阳极、二极管d4的阴极和电容器c5的一端相连，电容器c5的另一端与二极管d5的阳极和二极管d1的阴极相连，二极管d1的阳极与电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端与电容器c1的一端和输出端口vo相连，电容器c1的另一端连接接地端口gnd。
50.本实施例适用于输出电压为负电压的高压输出开关电源，电路正常工作时，分为两个工作状态。
51.第一个工作状态，变压器l1的1端与3端为正，2端与4端为负。此时的第一阶变压器供电回路为：变压器l1的3端
→
电容器c2
→
二极管d2
→
变压器l1的4端。变压器副边绕组电压通过二极管d2加到电容器c2上，第一阶倍压完成。
52.第二个工作状态，变压器l1副边绕组电压翻转，变压器l1的1端与3端为负，2端与4端为正。此时存在的第二阶变压器供电回路为：变压器l1的4端
→
电容器c3
→
二极管d3
→
电容器c2
→
变压器l1的3端。变压器副边绕组电压和第一个工作状态加在电容器c2的电压串联后，通过二极管d3加到电容器c3上，此时电容器c3上的电压＝变压器绕组电压 电容器c2上的电压，这就是第二阶倍压工作过程。
53.后两阶倍压的工作原理与前两阶倍压的工作原理一致，当变压器翻转回第一个工作状态：1端与3端为正，2端与4端为负时，变压器副边绕组电压叠加电容器c2和电容器c3上的电压，通过二极管d4给电容器c4供电。变压器再次翻转回第二个工作状态：1端与3端为负，2端与4端为正时，变压器副边绕组电压叠加电容器c2和电容器c4上的电压，通过二极管d5给电容器c5和c3供电。同时，还会通过二极管d1与电阻r1给输出滤波电容c1供电。
54.因为二极管d1的单向导电特性，电容器c1
→
变压器l1的4端
→
变压器l1的3端
→
电容器c2
→
电容器c4
→
二极管d4
→
电容器c5
→
电阻r1
→
电容器c1的供电回路被二极管d1截断，倒灌回路不通，能量无法从输出滤波电路倒灌回倍压电路。
55.第四实施例
56.如图6所示，为本发明第四实施例。与第三实施例相比，本实施例二极管d1连接位置不同，二极管d1串接在电容器c1与接地端口gnd之间，二极管d1的阴极连接电容器c1，二极管d1的阳极连接接地端口gnd，其它电连接关系不变。
57.本实施例工作原理与第三实施例类似，在此不再赘述。
58.以上仅为本发明的优选实施方式，应当指出的是，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰。例如，变压器l1同名端的修改。倍压阶数从4阶改为多阶。输出滤波电路从1阶改为多阶，对于实现这一功能的所有电路的更改，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。