CN101056060A

CN101056060A - 对称式共振直流对直流转换器

Info

Publication number: CN101056060A
Application number: CN 200610072139
Authority: CN
Inventors: 王吉成
Original assignee: YIJING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: YIJING TECHNOLOGY Co Ltd; Yujing Technology Co Ltd
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-10-17

Abstract

本发明提供一种对称式共振直流对直流转换器，包括一电源输出部、一对称共振电路具有一第一箝位电路以及一第二箝位电路、一变压器、以及一整流电路。所述电源输出部用来产生一预定排列波形的一输出直流电压；所述对称共振电路与所述电源输出部电讯连接；所述第二箝位电路与所述第一箝位电路串接；所述变压器的一次侧串接所述电源输出部以及所述第二箝位电路；以及所述整流电路与前述变压器的二次侧电讯连接，可以进行将输出直流电压整流成一整流直流电压，且提供至一输出负载电路。本发明可以提供大瓦特数的功率操作，同时可以降低涟波率。

Description

对称式共振直流对直流转换器

技术领域

本发明有关一种直流电转直流电的电力供应系统，特别是指一种改进的电路设计和构造，以达到更稳定输出电压的电流转换器。

背景技术

常用共振直流对直流变换器的设计和制造面临低功率变换效率和窄小作业范围的限制。更精确地说，在一常用脉波宽度调变(PWM)转换器中，为了在一输入电压下降的环境下达到一保持时间，必须就工作循环和其它作业参数有所妥协，用以在一低输入电压条件下到保持时间要求。牺牲功率变换效率以求在工常范围内的输入电压进行正常作业。此种无法将电路设计最佳化以适切选择最适合一正常输入电压范围的共振网络参数的难题造成电力浪费。此外，如下文中将进一步说明，常用共振变换器具有有限的输入和输出电压范围，且在用一共振电路实行时，经常限制了直流对直流变换器的应用弹性。

常用有两种共振变换器，即串行共振变换器和并列共振变换器。以一全桥或半桥结构实行时，会使用一电感电容(1C)共振回路以创造半导体开关的无损耗接通或断开的条件。图1A显示一以半桥结构实行的串行共振变换器，其中负载71与共振回路70串行连接。相对地，图1B显示一用半桥结构实行的并列共振变换器，其中负载81与共振回路80中的共振电容器Cp并联排列。整体而言，当开关频率高过共振频率时，开关在零电压条件接通，从而消弭接通开关损耗。为了调节输出电压，串行共振变换器7和并列共振变换器8应用一可变开关频率控制方法。就一串行共振变换器7而言，主要缺点在需要一较大频率范围以调节一宽大负载范围的输出，且此输出无法在无负载条件下得到良好调节。就共振回路80与负载81为并联连接的案例来说，一并列共振变换器8能在无负载条件下调节输出电压，然而环流能量明显地高。因此，功率变换效率随负载减小而快速降低。又，串行共振变换器7和并列共振变换器8二者的性能都受到输入电压的较窄小范围的限制。

请参阅图2A所示，为LCC共振变换器的电路图，LCC共振变换器9由并列共振变换器添加一串行共振电容器Cs得到一LCC共振回路90。因此相较并列共振变换器8，LCC共振变换器9的环流能量降低且电压调节性能提升。然而LCC共振变换器9仍受限输入电压的较窄小范围。另请再参阅图2B所示，为常用另一LCC共振变换器的电路图，包含一方波产生器110、一LCC共振回路120、一高频变压器130、一整流电路140以及一输出滤波器150。前述方波产生器110为一半桥反相器且含有二个开关(S1和S2)。前述LCC共振回路120跨接在第二开关S2的二个端子，以在开关S1和S2交替接通和断开时接收方波讯号。前述LCC共振回路120包括一串行电容器Cs串接于一串行电感器1s，且以一并列电感器1m并接在前述变压器130的一次侧。前述变压器130还以二次侧用来连接在前述整流电路140，以前述输出滤波器150对一输出负载电路R0提供一已整流直流电压Vo。但上述设计会使得入力电流Vin呈现接通或断开交错且峰值过高(如图3A所示)的情形，而EMI会与峰值电流成正比，相对使上述设计形成EMI过高。另入力电流Vin峰值过高亦造成涟波率过高(如图3B所示)，而出力电流V。涟波率与入力电流Vin涟波率(如图3C所示)亦成正比，相对上述设计造成出力电流Vo涟波率过高。

因此，本发明人改进常用的直流对直流变换器，提出一种可以降低涟波的直流对直流变换器。

发明内容

本发明主要目的在提供一种对称式共振直流对直流转换器，前述电路可以适用在大瓦特数的功率操作，同时可以降低涟波率。

本发明次一目的在提供一种对称式共振直流对直流转换器，前述电路可以降低EMI干扰。

为实现上述目的，本发明提供的对称式共振直流对直流转换器包括有：

一电源输出部，用来产生一预定排列波形的一输出直流电压；

一对称共振电路，与前述电源输出部电讯连接，所述对称共振电路还包括有：

一第一箝位电路，具有并接的一第一箝位电容以及一第一箝位二极管；

一第二箝位电路，与前述第一箝位电路串接，前述第二箝位电路具有并接的一第二箝位电容以及一第二箝位二极管；

一变压器，一次侧串接所述电源输出部以及前述第二箝位电路；以及

一整流电路，与前述变压器的二次侧电讯连接，可以进行将输出直流电压整流成一整流直流电压，且提供至一输出负载电路。

所述的对称式共振直流对直流转换器，其中电源输出部还包括有一第一开关以及与前述第一开关互补的一第二开关，以前述第一开关与前述第二开关进行交替接通及断开，使前述电源输出部产生前述预定排列波形。

所述的对称式共振直流对直流转换器，其中第一箝位二极管限制前述第一箝位电容在预定的一第一直流电压内作动。

所述的对称式共振直流对直流转换器，其中第二箝位二极管限制前述第二箝位电容在预定的一第二直流电压内作动。

所述的对称式共振直流对直流转换器，其中整流电路为一中心抽头整流电路。

所述的对称式共振直流对直流转换器，其中整流电路为一全桥整流电路。

所述的对称式共振直流对直流转换器，其中整流电路还包括有并联的一第一滤波电容以及一第二滤波电容。

所述的对称式共振直流对直流转换器，其中第一箝位电容与前述第二箝位二极管为电讯连接。

附图说明

图1A为公知的串行共振直流对直流变换器的电路图。

图1B为公知的并列共振直流对直流变换器的电路图。

图2A为公知的LCC共振变换器的电路图。

图2B为另一公知的LCC共振变换器的电路图。

图3A为公知的LCC共振变换器入力电流Vin值与频率关系图。

图3B为公知的LCC共振变换器入力电流Vin涟波率与频率关系图。

图3C为公知的LCC共振变换器出力电流Vo涟波率与频率关系图。

图4为本发明的对称式共振直流对直流转换器的较佳实施例电路图。

图5A为本发明的对称式共振直流对直流转换器的入力电流Yin值与频率关系图。

图5B为本发明的对称式共振直流对直流转换器的入力电流Vin涟波率与频率关系图。

图5C为本发明的对称式共振直流对直流转换器的出力电流Vo涟波率与频率关系图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明，以下举实施例配合附图，将本发明的具体构成内容及所达成的功效详细说明如后：

请参阅图4，为本发明的对称式共振直流对直流转换器的较佳实施例电路图。本发明的对称式共振直流对直流转换器2主要包括有：

一电源输出部21、一对称共振电路22、一变压器25以及一整流电路27。

前述电源输出部21还包括有一第一开关21a以及与前述第一开关21a互补的一第二开关21b，前述第一开关21a与前述第二开关21b进行交替地接通及断开。在本较佳的实施例中，前述第一开关21a以及前述第二开关21b为一晶体管。前述电源输出部21可以接受一较高的直流电压，并利用前述二开关21a、21b的交替接通及断开，使前述电源输出部21所输出的直流电压为具有一预定排列波形的一输出直流电压，本发明较佳地为一方波波形。

而前述对称共振电路22还包括有一第一箝位电路23以及一第二箝位电路24。其中，前述第一箝位电路23具有并联的一第一箝位电容231以及一第一箝位二极管232；而前述第二箝位电路24具有并联的一第二箝位电容241以及一第二箝位二极管242。前述第二箝位电路24与前述第一箝位电路23串联，并使得前述第一箝位电容231与前述第二箝位二极管242为电讯连接。

由一次侧绕组耦接在二次侧绕组构成的变压器25为前述转换器20的输出电压提供匹配和绝缘。前述一次侧串联前述电源输出部11以及前述第二箝位电路24。所述的变压器25将来自前述电源输出部21的高压电降压，并输出至前述整流电路27中。

前述整流电路27与前述变压器25的二次侧电讯连接，使可以进行将变压器25所输出的直流电压整流成一整流直流电压，以提供至一输出负载电路使用。

前述整流电路27包含二极管271和272形成一中心抽头整流电路，且将共振电路转变成单向电流。亦可以使用一全桥整流电路取代前述中心抽头整流电路。为了将变动的直流电压稳定下来，就要使用一滤波电路28。而常见的电源滤波电路即为电容滤波，使可以减少电源中涟波。因此，前述整流电路27还包括有并联的一第一滤波电容281、一第二滤波电容282以及一电感283，以将来自于整流电路27的不稳定的直流电压稳后，提供一无脉动恒定输出电压Vo。

以上的电路设计使得首先当第一开关21a为断开(第二开关21b为开启)时，电流流经前述第一箝位电容231、前述变压器25的一次侧线圈、以及前述第二开关21b后接地，使变压器25的二次侧线圈感应另一直流电压，并经前述整流电路27整流、滤波后输出。其中，当电流流经前述第一箝位电路23时，由于前述第一箝位二极管232与前述第一箝位电容231并联，故前述第一箝位二极管232可以限制前述第一箝位电容231在预定的一第一直流电压内作动，而使前述第一箝位电容231不致损坏。

接着，前述第一开关21a为开启(前述第二开关21b为断开)时，电流流经前述第一开关21a、前述变压器25的一次侧线圈、以及前述第二箝位电路24后接地，使得变压器25的二次侧线圈感应另一直流电压，并经前述整流电路27整流、滤波后输出。其中，当电流流经前述第二箝位电路24时，由于前述第二箝位二极管242与前述第二箝位电容241并联，故前述第二箝位二极管242可以限制前述第二箝位电容241在预定的一第二直流电压内作动，而使前述第二箝位电容241不致损坏。

因此上述设计会使得入力电流Vin为连续的波形且峰值为常用LCC共振变换器的一半(如图5A所示)，因此可有效降低EMI。且由于入力电流Vin峰值的减半亦造成涟波率下降(如图5B所示)，而出力电流Vo涟波率与入力电流Vin涟波率(如图5C所示)亦成正比，相对亦降低出力电流Vo涟波率。因此本发明的对称式共振直流对直流转换器2在大瓦特数的运用时，可以具有较低的涟波率，使所输出的直流电压更为稳定。

因此，本发明具有以下优点：

1.涟波率可下降至低于1％，因此所输出的直流电压将更为稳定。

2.前述第一箝位电路以及前述第二箝位电路形成对称式的共振架构，且每一箝位电路内具有并接的二极管，可以限制箝位电容在预定的直流电压内，所以可以有效保护电容以及开关，使电路不致损毁。

Claims

1.一种对称式共振直流对直流转换器，其特征在于：

所述转换器包括有：

2.如权利要求1所述的对称式共振直流对直流转换器，其特征在于：所述电源输出部还包括有一第一开关以及与前述第一开关互补的一第二开关，以前述第一开关与前述第二开关进行交替接通及断开，使前述电源输出部产生前述预定排列波形。

3.如权利要求1所述的对称式共振直流对直流转换器，其特征在于：前述第一箝位二极管限制前述第一箝位电容在预定的一第一直流电压内作动。

4.如权利要求1所述的对称式共振直流对直流转换器，其特征在于：前述第二箝位二极管限制前述第二箝位电容在预定的一第二直流电压内作动。

5.如权利要求1所述的对称式共振直流对直流转换器，其特征在于：前述整流电路为一中心抽头整流电路。

6.如权利要求1所述的对称式共振直流对直流转换器，其特征在于：前述整流电路为一全桥整流电路。

7.如权利要求1所述的对称式共振直流对直流转换器，其特征在于：前述整流电路还包括有并联的一第一滤波电容以及一第二滤波电容。

8.如权利要求1所述的对称式共振直流对直流转换器，其特征在于：前述第一箝位电容与前述第二箝位二极管为电讯连接。