專利名稱：一種dc-dc變換器及計(jì)算機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于直流電壓變換領(lǐng)域，尤其涉及一種DC-DC變換器及計(jì)算機(jī)。
背景技術(shù)：
DC-DC(直流-直流)變換器是一種將固定電壓直流電轉(zhuǎn)換為可變電壓直流電的變壓電路，其目前廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程及數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域。在現(xiàn)有的DC-DC變換器中，通過在普通的雙管正激有源鉗位電路中增加一個(gè)輔助鉗位二極管，強(qiáng)行將DC-DC變換器工作過程中最先關(guān)斷的主開關(guān)管的DS (漏源極) 電壓鉗位在母線電壓上。然而，這種對(duì)主開關(guān)管的DS電壓進(jìn)行鉗位的方式會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)主開關(guān)管的鉗位電壓不平衡。因此，現(xiàn)有的DC-DC變換器存在兩個(gè)主開關(guān)管在工作過程中各自的鉗位電壓不平衡的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種DC-DC變換器，旨在解決現(xiàn)有DC-DC變換器存在的兩個(gè)主開關(guān)管在工作過程中各自的鉗位電壓不平衡的問題。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種DC-DC變換器，與直流電源和負(fù)載相連接，包括第一主開關(guān)管和第二主開關(guān)管，所述DC-DC變換器還包括正極和負(fù)極分別與所述直流電源的正輸出端和負(fù)輸出端連接，為后續(xù)電路提供鉗位電壓幅度參考值的母線電容；第一端同時(shí)與所述母線電容的第一端及所述第一主開關(guān)管的輸入端連接，第二端接所述第一主開關(guān)管的輸出端，第三端接所述第二主開關(guān)管的輸入端連接，第四端同時(shí)與所述母線電容的第二端及所述第二主開關(guān)管的輸出端連接，為所述第一主開關(guān)管和所述第二主開關(guān)管提供鉗位電壓，穩(wěn)定所述第一主開關(guān)管和所述第二主開關(guān)管各自的端電壓，并通過自激振蕩產(chǎn)生交流電后，對(duì)所述交流電進(jìn)行變壓輸出的鉗位單元；輸入端接所述鉗位單元的輸出端，輸出端接所述負(fù)載，對(duì)所述鉗位單元輸出的交流電進(jìn)行整流濾波，為所述負(fù)載提供直流電的整流濾波單元。本實(shí)用新型還提供了一種包括所述DC-DC變換器的計(jì)算機(jī)。在本實(shí)用新型中，通過在所述DC-DC變換器中采用所述母線電容和所述鉗位單元，為所述第一主開關(guān)管和所述第二主開關(guān)管提供鉗位電壓，使所述第一主開關(guān)管和所述第二主開關(guān)管的兩端電壓在工作過程中保持穩(wěn)定，解決了現(xiàn)有DC-DC變換器存在的兩個(gè)主開關(guān)管在工作過程中各自的鉗位電壓不平衡的問題。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的DC-DC變換器的模塊結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的DC-DC變換器的示例電路結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的DC-DC變換器中MOS管Ql的漏極-源極電壓、MOS
4管Q2的漏極-源極電壓、MOS管Q3的漏極-源極電壓及變壓器TM初級(jí)繞組兩端電壓的波形變化圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的DC-DC變換器的模塊結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)用新型實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下DC-DC變換器100與直流電源200和負(fù)載300相連接，該DC-DC變換器100包括第一主開關(guān)管和第二主開關(guān)管，DC-DC變換器100還包括其正極和負(fù)極分別與直流電源200的正輸出端+和負(fù)輸出端-連接，為后續(xù)電路提供鉗位電壓幅度參考值的母線電容Cl ；其第一端同時(shí)與母線電容Cl的第一端及第一主開關(guān)管的輸入端連接，第二端接第一主開關(guān)管的輸出端，第三端接第二主開關(guān)管的輸入端連接，第四端同時(shí)與母線電容Cl 的第二端及第二主開關(guān)管的輸出端連接，為第一主開關(guān)管和第二主開關(guān)管提供鉗位電壓， 穩(wěn)定第一主開關(guān)管和第二主開關(guān)管各自的端電壓，并通過自激振蕩產(chǎn)生交流電后，對(duì)交流電進(jìn)行變壓輸出的鉗位單元101 ；輸入端接鉗位單元101的輸出端，輸出端接負(fù)載300，對(duì)鉗位單元101輸出的交流電進(jìn)行整流濾波后，為負(fù)載300提供直流電的整流濾波單元102。圖2示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的DC-DC變換器的示例電路結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)用新型實(shí)施例相關(guān)的部分，詳述如下作為本實(shí)用新型一實(shí)施例，第一主開關(guān)管為一 MOS管Ql，MOS管Ql的漏極和源極分別為第一主開關(guān)管的輸入端和輸出端，MOS管Ql的柵極空接。作為本實(shí)用新型一實(shí)施例，第二主開關(guān)管為一 MOS管Q2，MOS管Q2的漏極和源極分別為第二主開關(guān)管的輸入端和輸出端，MOS管Q2的柵極空接。作為本實(shí)用新型一實(shí)施例，鉗位單元101包括電容C2、MOS管Q3、變壓器TM、二極管Dl及二極管D2，二極管Dl的陰極為鉗位單元101的第一端，二極管Dl的陽極同時(shí)與變壓器TM的初級(jí)繞組中第二線圈NP2的第二端及第三線圈NP3的第一端連接，變壓器TM的初級(jí)繞組中第一線圈NPl的第一端為鉗位單元101的第二端，第一線圈NPl的第二端同時(shí)與第二線圈NP2的第一端及二極管D2的陰極連接，第三線圈NP3的第二端為鉗位單元101 的第三端，變壓器TM的次級(jí)繞組NS的第一端和第二端構(gòu)成鉗位單元101的輸出端，二極管 D2的陽極為鉗位單元101的第四端，電容C2的第一端和第二端分別與第一線圈NPl的第一端和MOS管Q3的漏極連接，MOS管Q3的源極接第三線圈NP3的第二端，MOS管Q3的柵極空接。作為本實(shí)用新型一實(shí)施例，整流濾波單元102包括整流二極管D3、續(xù)流二極管D4、 電感Ll及濾波電容C3，整流二極管D3的陽極和續(xù)流二極管D4的陽極構(gòu)成整流濾波單元 102的輸入端，整流二極管D3的陰極同時(shí)與續(xù)流二極管D4的陰極及電感Ll的第一端連接， 電感Ll的第二端接濾波電容C3的正極，濾波電容C3的正極和負(fù)極構(gòu)成整流濾波單元102CN 的輸出端，濾波電容C3的負(fù)極接續(xù)流二極管D4的陽極。作為本實(shí)用新型一實(shí)施例，負(fù)載300為一電阻R0，電阻RO的第一端和第二端分別與濾波電容C3的第一端和第二端連接。作為本實(shí)用新型一實(shí)施例，MOS管Ql具有寄生二極管DSl和寄生電容CS1，M0S管 Q2具有寄生二極管DS2和寄生電容CS2，MOS管Q3具有寄生二極管DS3和寄生電容CS3。DC-DC變換器的一個(gè)開關(guān)周期可分為八個(gè)工作階段，如圖3所示，MOS管Ql的柵極-源極電壓為Vgs 1，MOS管Q2的柵極-源極電壓為Vgs2，M0S管Q3的柵極-源極電壓為 Vgs3。以下結(jié)合圖3對(duì)DC-DC變換器的工作原理進(jìn)行描述階段1 (t0 tl)在t0時(shí)刻，MOS管Ql和MOS管Q2同時(shí)導(dǎo)通，Vgsl和Vgs2均為高電平，MOS管Q3處于關(guān)斷狀態(tài)，Vgs3為低電平，變壓器TM的初級(jí)繞組兩端(即第一線圈 NPl的第一端至第三線圈NP3的第二端)的電壓Vtm被母線電容Cl鉗位，則變壓器TM的初級(jí)繞組兩端的電壓Vtm等于母線電容Cl兩端的電壓Vbulk，此時(shí)，由電容C2、MOS管Q3、 第一線圈NP1、第二線圈NP2及第三線圈NP3構(gòu)成的勵(lì)磁諧振回路中的勵(lì)磁電流線性上升， 變壓器TM通過將勵(lì)磁諧振回路所產(chǎn)生的交流電變壓后輸出到整流二極管D3和續(xù)流二極管 D4，變壓后的交流電由整流二極管D3整流，電感Ll和濾波電容C3濾波后形成直流電輸出至電阻R0，該直流電隨著勵(lì)磁電流的上升而上升。階段2(tl t2)在tl時(shí)亥IJ，當(dāng)MOS管Ql提前于MOS管Q2關(guān)斷時(shí)，Vgsl為低電平，Vgs2為高電平，變壓器TM的初級(jí)繞組兩端的電壓Vtm與階段1時(shí)一致，因此，整流二極管D3仍保持導(dǎo)通，此時(shí)勵(lì)磁電流對(duì)寄生電容CSl充電，寄生電容CS3放電，于是，MOS管Q3 的漏極-源極電壓Vds3迅速下降，當(dāng)Vds3下降至與電容C2兩端電壓Vclamp相等，且MOS 管Ql的漏極-源極電壓Vdsl上升至與母線電容Cl兩端的電壓Vbulk相等時(shí)，本階段結(jié)束 (當(dāng)MOS管Q2提前于MOS管Ql關(guān)斷以及當(dāng)MOS管Ql和MOS管Q2同時(shí)關(guān)斷時(shí)，在tl時(shí)刻的各狀態(tài)參量變化情況的原理與上述一致，因此不再贅述)。階段3(t2 t3)在t2時(shí)刻，隨著Vdsl上升至Vbulk，變壓器的初級(jí)繞組兩端的電壓Vtm也下降至零，此時(shí)整流二極管D3和續(xù)流二極管D4同時(shí)導(dǎo)通，且變壓器TM的初級(jí)繞組兩端的電壓Vtm被鉗位于零，勵(lì)磁電流通過第二線圈NP2、第三線圈NP3、二極管D2及 MOS管Q2形成短路閉環(huán)，從而保證勵(lì)磁能量無消耗和轉(zhuǎn)移，勵(lì)磁電流將保持恒定，同時(shí)MOS 管Ql的漏極-源極電壓Vdsl被鉗位在母線電容Cl兩端的電壓Vbulk上。階段4(t3 t4)在t3時(shí)亥lj，MOS管Q2關(guān)斷，Vgs2為低電平，勵(lì)磁電流開始經(jīng)由第一線圈NP1、第二線圈NP2及第三線圈NP3分別對(duì)寄生電容CS1、寄生電容CS2及電容C2 充電，同時(shí)寄生電容CS3開始放電。隨著MOS管Ql的漏極-源極電壓Vdsl和MOS管Q2的漏極-源極電壓Vds2的上升，變壓器TM的初級(jí)繞組兩端的電壓Vtm變?yōu)樨?fù)值，這樣會(huì)迫使整流二極管D3反向偏置。當(dāng)變壓器TM的初級(jí)繞組兩端的電壓Vtm上升至電容C2兩端電壓Vclamp時(shí)，MOS管Q3的漏極-源極電壓Vds3下降至零。階段5(t4 t5)在t4時(shí)刻，Vds3下降至零，寄生二極管DS3導(dǎo)通，并為勵(lì)磁電流提供通路，為MOS管Q3的零電壓開啟提供條件。階段6(t5 t6)在t5時(shí)亥lj，MOS管Q3在零電壓開啟條件下導(dǎo)通，勵(lì)磁電流得以通過MOS管Q3，并在Vclamp的作用下逐漸減小并變?yōu)樨?fù)向電流。階段7(t6 t7)在t6時(shí)亥IJ，變壓器TM復(fù)位完成，MOS管Q3關(guān)斷，Vgs3為低電平，此時(shí)，負(fù)向的勵(lì)磁電流開始對(duì)寄生電容CS3充電，寄生電容CSl和寄生電容CS2放電，這樣會(huì)使變壓器TM的初級(jí)繞組兩端的電壓Vtm由負(fù)向電壓過渡到零后，開始轉(zhuǎn)變?yōu)檎螂妷海?同時(shí)，續(xù)流二極管D4保持反向偏置，部分勵(lì)磁能量通過變壓器TM的次級(jí)繞組NS，經(jīng)由整流二極管D3整流，電感Ll和濾波電容C3濾波后輸出至電阻RO。階段8(t7 t0)在t7時(shí)刻，隨著寄生電容CSl和寄生電容CS2放電，MOS管Ql 的漏極-源極電壓Vdsl和MOS管Q2的漏極-源極電壓Vds2快速降為零，此時(shí)勵(lì)磁電流通過寄生二極管DSl和寄生二極管DS2回饋至母線電容Cl的兩端，從直流電源200輸入的電壓直接加載在變壓器TM的初級(jí)繞組的兩端，勵(lì)磁電流開始負(fù)向減小，續(xù)流二極管D4截止， 流過整流二極管D3的負(fù)載電流不變，直到t0時(shí)刻，整個(gè)DC-DC變換器的開關(guān)周期結(jié)束，此時(shí)亦為下一個(gè)開關(guān)周期的開始。上述工作原理均是在DC-DC變換器處于穩(wěn)定工作狀態(tài)是發(fā)生的，由于變壓器TM的初級(jí)繞組包括三個(gè)線圈第一線圈NP1、第二線圈NP2以及第三線圈NP3，在調(diào)整上述三個(gè)線圈的匝數(shù)后，可以使變壓器TM的工作占空比大于50%，提高變壓器TM的工作效率。本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了一種包括上述DC-DC變換器100的計(jì)算機(jī)。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，通過在DC-DC變換器100中采用母線電容Cl和鉗位單元 101，為MOS管Ql和MOS管Q2提供鉗位電壓，使MOS管Ql的漏極-源極電壓Vdsl和MOS 管Q2的漏極-源極電壓Vds2在工作過程中保持穩(wěn)定，解決了現(xiàn)有DC-DC變換器存在的兩個(gè)主開關(guān)管在工作過程中各自的鉗位電壓不平衡的問題。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種DC-DC變換器，與直流電源和負(fù)載相連接，包括第一主開關(guān)管和第二主開關(guān)管， 其特征在于，所述DC-DC變換器還包括第一端和第二端分別與所述直流電源的正輸出端和負(fù)輸出端連接，為后續(xù)電路提供鉗位電壓幅度參考值的母線電容；第一端同時(shí)與所述母線電容的第一端及所述第一主開關(guān)管的輸入端連接，第二端接所述第一主開關(guān)管的輸出端，第三端接所述第二主開關(guān)管的輸入端連接，第四端同時(shí)與所述母線電容的第二端及所述第二主開關(guān)管的輸出端連接，為所述第一主開關(guān)管和所述第二主開關(guān)管提供鉗位電壓，穩(wěn)定所述第一主開關(guān)管和所述第二主開關(guān)管各自的端電壓，并通過自激振蕩產(chǎn)生交流電后，對(duì)所述交流電進(jìn)行變壓輸出的鉗位單元；輸入端接所述鉗位單元的輸出端，輸出端接所述負(fù)載，對(duì)所述鉗位單元輸出的交流電進(jìn)行整流濾波，為所述負(fù)載提供直流電的整流濾波單元。
2.如權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述鉗位單元包括電容C2、M0S管 Q3、變壓器TM、二極管Dl及二極管D2，所述二極管Dl的陰極為所述鉗位單元的第一端，所述二極管Dl的陽極同時(shí)與所述變壓器TM的初級(jí)繞組中第二線圈的第二端及所述變壓器 TM的初級(jí)繞組中第三線圈的第一端連接，所述變壓器TM的初級(jí)繞組中第一線圈的第一端為所述鉗位單元的第二端，所述第一線圈的第二端同時(shí)與所述第二線圈的第一端及所述二極管D2的陰極連接，所述第三線圈的第二端為所述鉗位單元的第三端，所述變壓器TM的次級(jí)繞組的第一端和第二端構(gòu)成所述鉗位單元的輸出端，所述二極管D2的陽極為所述鉗位單元的第四端，所述電容C2的第一端和第二端分別與所述第一線圈的第一端和所述MOS管 Q3的漏極連接，所述MOS管Q3的源極接所述第三線圈的第二端，所述MOS管Q3的柵極空接。
3.如權(quán)利要求1所述的DC-DC變換器，其特征在于，所述整流濾波單元包括整流二極管D3、續(xù)流二極管D4、電感Ll及濾波電容C3，所述整流二極管D3的陽極和所述續(xù)流二極管 D4的陽極構(gòu)成所述整流濾波單元的輸入端，所述整流二極管D3的陰極同時(shí)與所述續(xù)流二極管D4的陰極及所述電感Ll的第一端連接，所述電感Ll的第二端接所述濾波電容C3的正極，所述濾波電容C3的正極和負(fù)極構(gòu)成所述整流濾波單元的輸出端，所述濾波電容C3的負(fù)極接所述續(xù)流二極管D4的陽極。
4.一種計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)包括DC-DC變換器，所述DC-DC變換器與直流電源和負(fù)載相連接，包括第一主開關(guān)管和第二主開關(guān)管，所述DC-DC變換器還包括正極和負(fù)極分別與所述直流電源的正輸出端和負(fù)輸出端連接，為后續(xù)電路提供鉗位電壓幅度參考值的母線電容；第一端同時(shí)與所述母線電容的第一端及所述第一主開關(guān)管的輸入端連接，第二端接所述第一主開關(guān)管的輸出端，第三端接所述第二主開關(guān)管的輸入端連接，第四端同時(shí)與所述母線電容的第二端及所述第二主開關(guān)管的輸出端連接，為所述第一主開關(guān)管和所述第二主開關(guān)管提供鉗位電壓，穩(wěn)定所述第一主開關(guān)管和所述第二主開關(guān)管各自的端電壓，并通過自激振蕩產(chǎn)生交流電后，對(duì)所述交流電進(jìn)行變壓輸出的鉗位單元；輸入端接所述鉗位單元的輸出端，輸出端接所述負(fù)載，對(duì)所述鉗位單元輸出的交流電進(jìn)行整流濾波，為所述負(fù)載提供直流電的整流濾波單元。
5.如權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述鉗位單元包括電容C2、MOS管Q3、變壓器TM、二極管Dl及二極管D2，所述二極管Dl的陰極為所述鉗位單元的第一端，所述二極管Dl的陽極同時(shí)與所述變壓器TM的初級(jí)繞組中第二線圈的第二端及所述變壓器TM的初級(jí)繞組中第三線圈的第一端連接，所述變壓器TM的初級(jí)繞組中第一線圈的第一端為所述鉗位單元的第二端，所述第一線圈的第二端同時(shí)與所述第二線圈的第一端及所述二極管 D2的陰極連接，所述第三線圈的第二端為所述鉗位單元的第三端，所述變壓器TM的次級(jí)繞組的第一端和第二端構(gòu)成所述鉗位單元的輸出端，所述二極管D2的陽極為所述鉗位單元的第四端，所述電容C2的第一端和第二端分別與所述第一線圈的第一端和所述MOS管Q3 的漏極連接，所述MOS管Q3的源極接所述第三線圈的第二端，所述MOS管Q3的柵極空接。
6.如權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述整流濾波單元包括整流二極管D3、續(xù)流二極管D4、電感Ll及濾波電容C3，所述整流二極管D3的陽極和所述續(xù)流二極管D4的陽極構(gòu)成所述整流濾波單元的輸入端，所述整流二極管D3的陰極同時(shí)與所述續(xù)流二極管D4 的陰極及所述電感Ll的第一端連接，所述電感Ll的第二端接所述濾波電容C3的正極，所述濾波電容C3的正極和負(fù)極構(gòu)成所述整流濾波單元的輸出端，所述濾波電容C3的負(fù)極接所述續(xù)流二極管D4的陽極。
專利摘要本實(shí)用新型屬于直流電壓變換領(lǐng)域，提供了一種DC-DC變換器及包括該DC-DC變換器的計(jì)算機(jī)。在本實(shí)用新型中，通過在DC-DC變換器中采用母線電容、鉗位單元以及整流濾波單元，為DC-DC變換器中的第一主開關(guān)管和第二主開關(guān)管提供鉗位電壓，使第一主開關(guān)管和第二主開關(guān)管的兩端電壓在工作過程中保持穩(wěn)定，解決了現(xiàn)有DC-DC變換器存在的兩個(gè)主開關(guān)管在工作過程中各自的鉗位電壓不平衡的問題。
文檔編號(hào)H02M3/335GK202206312SQ20112028158
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者于吉勇, 劉祖貴, 陳科登, 黃昌賓 申請(qǐng)人:中國長(zhǎng)城計(jì)算機(jī)深圳股份有限公司