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一種直流變換器的制作方法

文檔序號:7472032閱讀:209來源:國知局
專利名稱:一種直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型屬于電能變換裝置的技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種采用變壓器隔離輸出的直流變換器。
背景技術(shù)
直流變換器是高頻開關(guān)電源的核心。在大功率(典型應(yīng)用功率值6KW或12KW等)的開關(guān)電源中,為了減少產(chǎn)品的體積重量,必須提高開關(guān)頻率,因此常要求采用開關(guān)頻率高的功率MOSFET管,而MOSFET管的單管通電流能力有限,要求多個管并聯(lián)擴(kuò)流。但多個MOSFET管的簡單并聯(lián),使功率器件不得不集中布置,散熱設(shè)計和電磁抗干擾設(shè)計的難度增大。另一方面,功率等級的增大,變壓器的傳輸功率需要增大,變壓器的發(fā)熱也變得嚴(yán)重起來。為了滿足功率傳輸和散熱的要求,就出現(xiàn)了附圖1的采用兩組橋式電路、兩個變壓器組合的電路結(jié)構(gòu)來增大整個直流變換器的功率輸出能力。
這兩種方式的變壓器T1、T2的輸出側(cè)均屬并聯(lián)特性,由變壓器T1、T2的輸出電流共同分擔(dān)負(fù)載。在實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計制造過程中,不可避免地存在器件參數(shù)分散不一致的現(xiàn)象,如各MOSFET管的通態(tài)電阻RDS和其驅(qū)動脈沖寬度不一致,變壓器T1、T2的漏感參數(shù)不一致,最終導(dǎo)致T1、T2的輸出電壓幅值存在差異,使其輸出電流大小不一,即輸出電流不均衡問題。電流偏大的一路變壓器輸出電壓也偏大,其中功率器件MOSFET管耗散功率也偏大,使其溫升偏高,嚴(yán)重時損壞器件。要避免這種問題的發(fā)生,必須使變壓器和其他功率器件的參數(shù)留有足夠的裕度,但會使得變壓器的體積增大、重量增大,并且使器件的成本提高,產(chǎn)品體積重量增大,這對開關(guān)電源的整體性能來說,非常不利。
將兩組橋式電路或變壓器中的電流值分別采樣反饋到控制電路,分別進(jìn)行電流負(fù)反饋控制,可以使電流均衡,但使電路結(jié)構(gòu)尤其控制電路結(jié)構(gòu)變得特別復(fù)雜,使電路的設(shè)計難度提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)中控制電路復(fù)雜、輸出電流不均衡的缺點(diǎn),本實(shí)用新型的目的是提供一種新型的大功率直流變換器,本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種直流變換器,包括直流輸入電路、橋式電路、變壓器、整流濾波電路,變壓器輸出端與整流濾波電路相連,其特征是在于變壓器輸出側(cè)相串聯(lián)。
本實(shí)用新型所述的橋式電路為雙橋式電路,分別由開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4組成第一橋式電路,開關(guān)管Q5、Q6、Q7、Q8組成另一個橋式電路兩個橋式電路并聯(lián)接在電壓幅值VIN的直流輸入電路,變壓器T1、T2在輸出側(cè)相串聯(lián)后,連接整流濾波電路。
本實(shí)用新型的橋式電路還可以在變壓器T1、T2原邊串聯(lián)電容C1和C2,用于隔離變壓器原邊的直流分量,變壓器T1、T2在輸出側(cè)相串聯(lián),連接整流濾波電路。
本實(shí)用新型的橋式電路也可以在變壓器T1、T2原邊相串聯(lián)電容C1、C2以及電感LR1、LR2。電容C1、C2用于隔離變壓器原邊的直流分量,電感LR1、LR2和變壓器的漏感一起用于移相控制方式下實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓或零電流軟開關(guān)技術(shù),變壓器輸出側(cè)相串聯(lián)。
在單個橋式電路時的電路結(jié)構(gòu)中,將變壓器輸出側(cè)串聯(lián),同樣也可達(dá)到本實(shí)用新型的目的。
本實(shí)用新型所述的新型大功率直流變換器的有益效果主要表現(xiàn)在1、本實(shí)用新型提出的變壓器副邊串聯(lián)的技術(shù),簡單而有效地解決雙組橋式電路或變壓器之間的電流均衡問題。
2、功率器件容易實(shí)現(xiàn)分散布置,有利于結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計和器件布局。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)雙橋式組合電路結(jié)構(gòu)示意圖圖1中,變壓器T1、T2的輸出側(cè)直接并聯(lián),共用同一整流濾波電路。
圖2~6是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)方式示意圖1和2為兩個橋式電路,3為直流輸入電路、4為變壓器、5為整流濾波電路。
圖2所示直流變換器的電路包括橋式電路1、變壓器2、直流輸入電路3、整流濾波電路5,變壓器4輸出端與整流濾波電路5相連,開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4組成一個基本的全橋式電路,開關(guān)管Q5、Q6、Q7、Q8組成另一個基本的全橋式電路。兩個橋式一起并接在電壓幅值VIN的直流輸入電路圖3橋式電路同圖2,為雙橋式電路1,在變壓器T1和T2的原邊串聯(lián)電容C1和C2。
圖4橋式電路同圖2,為雙橋式電路2,在變壓器T1和T2的原邊串聯(lián)電容C1、C2以及電感LR1、LR2。
圖5橋式電路為單橋式電路,變壓器原邊相串聯(lián)。
圖6同圖5,為單橋式電路的電路結(jié)構(gòu),變壓器原邊為并聯(lián)方式。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
本實(shí)用新型設(shè)計電路的工作原理說明如下圖2中,開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4組成一個基本的全橋式電路1,開關(guān)管Q5、Q6、Q7、Q8組成另一個基本的全橋式電路2。兩個橋式一起并接在電壓幅值VIN的直流輸入電路。兩組橋式電路中的開關(guān)管參數(shù)和變壓器T1、T2的之間參數(shù)選用一致。橋式電路中的四個開關(guān)管采用脈沖寬度調(diào)制方式(PWM方式),也可以采用全橋移相控制方式(PHASE-SHIFT,PS方式)。
采用PWM方式時,每個周期的工作過程如下分四個階段階段一[0-D*TS/2],功率傳輸狀態(tài),以D為占空比,D=TON/TS/2。Q1和Q4、Q5和Q8同時導(dǎo)通,Q2和Q3、Q6和Q7關(guān)斷,變壓器T1、T2原邊電壓等于直流輸入電壓VIN;T1、T2的副邊電壓VIN/K相加后經(jīng)過整流濾波電路5輸出給負(fù)載,K為變壓器變比。該階段中,直流變換器由輸入端向負(fù)載傳遞能量。
階段二[D*TS/2-TS/2],零狀態(tài),Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8均關(guān)斷,變壓器T1、T2原邊電壓等于零,沒有能量傳遞給負(fù)載。
階段三[TS/2-TS/2+D*TS/2],功率傳輸狀態(tài),Q2和Q3、Q6和Q7導(dǎo)通,Q1和Q4、Q5和Q8關(guān)斷,變壓器T1、T2原邊電壓等于直流輸入電壓VIN,但電壓極性與階段一相反,T1、T2副邊電壓也為VIN/K,相加后整流濾波輸出給負(fù)載。該階段也實(shí)現(xiàn)能量由輸入向負(fù)載傳遞。
階段四[TS/2+D*TS/2-TS/],零狀態(tài),Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8全關(guān)斷,該階段和階段二相同。
采用PS方式時,每個周期的工作過程也可分為四個階段橋式電路1中,Q1與Q3、Q2與Q4各輪流導(dǎo)通180度電角,但Q1、Q4不同時導(dǎo)通,若Q1超前Q4先導(dǎo)通,Q3超前Q2先導(dǎo)通,稱Q1、Q3為超前管,Q2、Q4為滯后管。兩者導(dǎo)通差α電角。橋式電路2中也同樣的控制方式,Q5、Q7為超前管,Q6、Q8為滯后管。并且橋式電路1中的Q1和橋式電路2中的Q5相對應(yīng),同時通斷,其余開關(guān)管類同。改變α電角的大小,可以調(diào)節(jié)變壓器T1、T2上的電壓波形,從而實(shí)現(xiàn)輸出負(fù)載電壓穩(wěn)定。
階段一,[T0-T1],功率傳輸狀態(tài)。橋式電路1中的Q1和Q4導(dǎo)通、橋式電路2中的Q5和Q8導(dǎo)通,變壓器T1、T2原邊電壓等于直流輸入電壓VIN,T1、T2的副邊電壓VIN/K相加后經(jīng)過整流濾波電路輸出給負(fù)載。
階段二,[T1-T6],零狀態(tài)。T1時刻,橋式電路1中的Q1關(guān)斷,而Q4繼續(xù)通,到T3時刻Q3開通,T4時刻Q4關(guān)斷,T5時刻Q2開通。這個過程是從Q1和Q4導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到Q2和Q3導(dǎo)通的過渡過程,沒有實(shí)現(xiàn)電能量從原邊傳輸給輸出負(fù)載,故稱零狀態(tài)。這個階段中,利用變壓器T1的漏感和Q1、Q2、Q3、Q4管的寄生電容產(chǎn)生諧振,可以實(shí)現(xiàn)Q1、Q2、Q3、Q4管的零電壓或零電流軟開關(guān)技術(shù)。
從T5到T6時間段,變壓器原邊電流增長,但幅值小于負(fù)載電流等效到原邊的折算值。這個時間段也沒有實(shí)現(xiàn)電能量從原邊傳輸給輸出負(fù)載,稱這段時間為占空比丟失。
橋式電路2中的Q5、Q6、Q7、Q8管也實(shí)現(xiàn)同樣的過程,由Q5和Q8的導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到Q6和Q7導(dǎo)通。
階段三,[T6-T7]功率傳輸狀態(tài),橋式電路1中的Q2和Q3導(dǎo)通,橋式電路2中的Q6和Q7導(dǎo)通,變壓器T1、T2原邊電壓等于直流輸入電壓VIN,但電壓極性和階段相反,T1、T2的副邊電壓VIN/K相加后經(jīng)過整流濾波電路輸出給負(fù)載。
階段四,[T7-T13]零狀態(tài),這個過程是實(shí)現(xiàn)從橋式電路1中的Q2和Q3導(dǎo)通換到Q1和Q4導(dǎo)通、橋式電路2中的Q6和Q7導(dǎo)通換到Q5和Q8導(dǎo)通的過渡過程。同樣T12到T13時間段也出現(xiàn)占空比丟失。
圖3是在圖2基礎(chǔ)上的一種變形電路結(jié)構(gòu),增加了變壓器T1、T2原邊相串聯(lián)的電容C1、C2,用于隔離變壓器原邊的直流分量,同樣可以實(shí)現(xiàn)變壓器輸出側(cè)串聯(lián)技術(shù)。
圖4是在圖3基礎(chǔ)上的又一種變形電路結(jié)構(gòu),增加了變壓器T1、T2原邊相串聯(lián)的電容C1、C2,以及電感LR1、LR2。電容C1、C2用于隔離變壓器原邊的直流分量,電感LR1、LR2和變壓器的漏感一起用于移相控制方式下實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓或零電流軟開關(guān)技術(shù),該電路也同樣實(shí)現(xiàn)變壓器輸出側(cè)串聯(lián)技術(shù)。
圖5、圖6是單個橋式電路時電路結(jié)構(gòu),也是同樣可實(shí)現(xiàn)變壓器輸出串聯(lián)技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。
權(quán)利要求1.一種直流變換器,包括直流輸入電路、橋式電路、變壓器、整流濾波電路,變壓器輸出端與整流濾波電路相連,其特征是變壓器輸出側(cè)相串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流變換器,其特征是橋式電路為橋式電路(1)和橋式電路(2)組成的雙橋式電路,橋式電路(1)由開關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4組成,橋式電路(2)由開關(guān)管Q5、Q6、Q7、Q8組成,橋式電路(1)和橋式電路(2)并聯(lián)直流輸入電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流變換器,其特征是變壓器T1、T2原邊串聯(lián)電容C1和C2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流變換器,其特征是,所述的變壓器T1、T2原邊還可串聯(lián)電感LR1、LR2。
專利摘要一種直流變換器,屬于電能變換裝置的技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種采用變壓器隔離輸出的直流變換器。所述的直流變換器包括直流輸入電路、橋式電路、變壓器、整流濾波電路,變壓器輸出端與整流濾波電路相連,變壓器輸出側(cè)相串聯(lián)。本實(shí)用新型應(yīng)用變壓器副邊串聯(lián)技術(shù),簡單而有效地解決雙組橋式電路或變壓器之間的電流均衡問題,同時使得功率器件容易實(shí)現(xiàn)分散布置,有利于結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計和器件布局。
文檔編號H02M3/335GK2718892SQ20042002192
公開日2005年8月17日 申請日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月15日
發(fā)明者茅偉良 申請人:杭州中恒電氣股份有限公司
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