CN102064709A - 带串联变压器的双路双管正激直流变换器 - Google Patents

Abstract

在大电流输出场合中，传统双路双管正激变换器的副边整流二极管与续流二极管承受的电流大，在器件选取上存在困难。在大功率场合中，采用单个的变压器，由于单个变压器的容量大，其散热、结构设计及安装存在困难。本发明提出一种应用于大电流输出型大功率双管正激直流变换器——带串联变压器的双路双管正激直流变换器，从而解决了副边单路电流定额过大，器件选取困难的问题，且变压器串联解决了单个变压器容量过大的问题。其电路特征如下：主电路为两个每路原边带两个串联的变压器的双管正激变换器，其在原边并联，而副边采用交错并联即两路变压器对应副边相连的结构。降低了单个变压器功率定额和副边整流管和续流管的电流定额。

Description

带串联变压器的双路双管正激直流变换器 

技术领域

本发明涉及一种带串联变压器的双路双管正激直流变换器，属于功率变换中的中大功率直流变换技术。 

背景技术

目前，大电流输出型的直流变换器被应用到通信电源、制碱冶金工业和航天电源系统等各个领域。为了提高变换器的效率和可靠性，针对大电流输出型直流变换器的拓扑和控制方法的研究有很多。 

在电路的输入端与输出端要求隔离的场合下，此类直流变换器通常使用高频隔离变压器实现电气隔离。高频隔离变压器的损耗和体积在大功率直流变压器中占有较大比例，因此如何优化设计以减小高频隔离变压器的损耗和体积至关重要。 

双路双管正激变换器具有原边开关管电压应力低、不存在桥臂直通、可靠性高等优点，而且输出实现交错输出，输出等效占空比为输入两倍，同时减小了滤波电感体积，但是在大功率和可靠性要求高的应用场合下，由于该电路是两路输入合成一路输出，副边整流电流定额大，器件的选取存在困难。本专利提出一种直流变换器的拓扑结构——变压器串联的双路双管正激直流变换器。它不但继承了双路双管正激原有的优点，且因为变压器串联从而减小了单个变压器的功率定额和副边的电流定额，为副边整流器件选取提供了方便。 

发明内容

本发明旨在传统的正激变换器的基础上，结合直流变压器的特点，提出一种新型的正激拓扑方式，用以解决大功率高压输入低压大电流输出场合的功率变换问题。 

该变换器主电路的特征在于：采用两路正激变换器组合的结构，且每路正激变换器的变压器由两个变压器串联而成。组合结构如下：其中两路正激变换器的原边并联，两个正激变换器的对应副边整流后并联，即不属于同一个变压器的对应副边整流后并联，并且共用一路输出滤波电路(输出滤波电感和电容)。每个正激变换器拓扑包括开关管、二极管、带两个副边的功率变压器、输出滤波电感、输出滤波电容。 

本专利采用的两路并联输出的直流变换器，使用隔离型直流变换器拓扑利用高频隔离变压器实现隔离功能。这种大功率直流变换器的优点是： 

(1)该直流变压器保留了传统双路双管正激变换器原边开关管电压应力低、不存在桥臂直通、可靠性高等优点； 

(2)该直流变压器的拓扑特点是每个变换器中有两路原边并联，且每路原边变压器由两个变压器串联而成，从而减小单个变压器的功率定额； 

(3)直流变换器的两路原边在同一频率下同步交错并联工作的设计思路减小了输入、输出滤波器体积，并联的两路副边共用一个输出滤波电路(输出滤波电感和输出滤波电容)，减小了系统的体积和重量； 

(4)采用多路输出的直流变换器增大了输出电流，使得单路的电流定额减小，为器件选取提供方便。因此该结构的直流变换器非常适用于大电流输出型场合和副边整流器件选取电流受限的情况。 

附图说明

图1是本发明电路拓扑结构示意图。 

图2是变换器的控制电路的控制框图。 

图3是电路交错工作时输出电流的波形图。 

图1——图3的主要符号名称：(1)U_in，U_dc，u_dc，u_ref——分别为输入电压，输出电压，输出端的电压采样，输出电压调节器的基准电压。(2)i₁，I_Lf1——直流变换器中流过电感的电流采样，输出电感L_f1上的电流。(3)Q₁，Q_1’，Q₂，Q_2’——分别为直流变换器的原边开关管。(4)D₁-D₄——分别为直流变换器的原边的续流二极管。(5)D₅-D₈——分别为直流变换器的副边整流二极管。(6)D₉-D₁₀——分别为直流变换器的副边电路的续流二极管。(7)L_f1-L_f2——分别为直流变换器的副边滤波电感(8)C_f1-C_f2——分别为直流变换器的输出电容(9)T₁-T₄——为隔离变压器。 

具体实施方式

变压器串联的双路双管正激直流变换器的主电路如图1所示，采用两路分别带两个变压器串联的正激变换器的组合结构，即每个正激电路的变压器为两个变压器串联而成。两路正激变换器原边并联，两路正激变换器的对应副边并联，即不属于同一个变压器的对应副边并联，并且共用一路输出滤波电路(输出滤波电感和电容)。 

具体的主电路拓扑如图1所示。主体上由两个带两路副边的正激变换器组成，两路原边并联，两路副边交错并联，共用一路输出滤波电路。其中每路双管正激模块分别包含两个开关管、两个原边续流二极管、两个串联起来的变压器、两个副边整流二极管、一个副边续流二极管、一个输出滤波电感和一个输出电容。其连接方式为：开关管Q₁的漏极与二极管D₁的阳极相连，源极与输入直流电源U_in的负端输出端相连，二级管D₁的阴极与输入直流电源U_in的正输出端相连，同样的，开关管Q_1’的源极与二极管D₂的阴极相连，漏极与输入直流电源U_in的正端输出端相连，二级管D₂的阳极与输入直流电源U_in的负输出端相连；同理，开关管Q₂的漏极与二极管D₃的阳极相连，源极与输入直流电源U_in的负端输出端相连，二级管D₃的阴极与输入直流电源U_in的正输出端相连，同样的，开关管Q_2’的源极与二极管D₄的阴极相连，漏极与输入 直流电源U_in的正端输出端相连，二级管D₄的阳极与输入直流电源U_in的负输出端相连；从Q_1’的源极引出变压器T₁的同名端(同名端如图所示)，Q₁的漏极引出变压器T₂的异名端，T₁的异名端与T₂的同名端串联(实现变压器原边串联)；同理，从Q_2’的源极引出变压器T₃的同名端，Q₂的漏极引出变压器T₄的异名端，T₃的异名端与T₄的同名端串联；T₁变压器副边同名端连接副边整流二极管D₅的阳极，T₂变压器副边同名端连接副边整流二极管D₆的阳极，T₃变压器副边同名端连接副边整流二极管D₇的阳极，T₄变压器副边同名端连接副边整流二极管D₈的阳极，四个副边的异名端连接在一起；D₅与D₇的阴极连接在一起(即实现交错并联)，D₉的阳极与副边异名端相连，阴极与D₅和D₇的阴极相连；同理，D₆与D₈阴极连接在一起，D₁₀的阳极与副边异名端相连，阴极与D₆和D₈的阴极相连；L_f1的两端分别与输出直流电压的正端和D₅，D₇，D₉的阴极相连，C_f1连接在输出电压两端；L_f2的两端分别与输出直流电压的正端和D₆，D₈，D₁₀的阴极相连，C_f2连接在输出电压两端；两个正激变换器之间为副边直流电压输出并联。 

变换器中的两路正激变换器交错工作即(Q₁，Q_1’)与(Q₂，Q_2’)的控制信号相差180°。多路输出大电流输出型直流变换器采用双环控制方案。双闭环控制方案的控制框图如图2所示：输出端基准电压u_ref连接到电压环调节器的同相输入端，输出端的采样电压u_o接在电压环调节器的反相输入端，电压环调节器的输出与输出滤波电感电流采样i₁分别接入电流内环调节器的同相输入端和反相输入端。电流内环调节器的输出与经同步信号调节后的三角波载波交截产生PWM波，该PWM波控制直流变换器模的开关管(Q₁，Q_1’)，调节输出电压，同理另一路正激电路的开关管(Q₂，Q_2’)也如此控制，不再熬述。实际工作中，可以将两路驱动用一个驱动芯片完成，即可实现所需功能。 

当两路双管正激电路交错工作时，(Q₁，Q_1’)与(Q₂，Q_2’)的驱动相差180°，由于副边特定的交错连接方式，从而可以实现副边输出等效占空比为输入的两倍的效果。如图3所示，分别为(Q₁，Q_1’)，(Q₂，Q_2’)以及输出电流的波形，可以看出输出电流的频率提高一倍，从而可以减小输出电感的体积，等效输出占空比也提高了一倍。 

Claims (1)

1.一种带串联变压器的双路双管正激直流变换器，变换器由两个分别带两个串联的变压器的正激变换器组合而成，两路双管正激电路在原边并联，副边交错并联，电路特征为每路正激电路的变压器是由两个变压器串联而成，变压器副边交错并联，即不属于一路正激电路的变压器的副边交错并联。

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