CN102290993B - 全桥隔离直流变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全桥隔离直流变换器，隔离变压器副边绕组的两端与地之间分别接第五整流管、第六整流管，隔离变压器副边绕组的中间抽头经第一电感、第一电容串接到地，第一电容两端作为低压端输出低压；还包括第二变压器、第二电感、第一二极管、第二二极管；所述第二变压器原边绕组两端分别同隔离变压器副边绕组的两端相接，所述第二变压器副边绕组两端分别接所述第一二极管、第二二极管的负端，所述第一二极管、第二二极管的正端接地，所述第二电感一端接所述第二变压器副边绕组中间抽头，另一端接所述第一电感同第一电容的连接端。本发明的全桥隔离直流变换器，能量损耗较小，转换效率高，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术，特别涉及一种全桥隔离直流变换器。
背景技术
目前，对于车用1.2kW以上的高压到低压DC/DC(直流)变换器，主流技术采用全桥隔离变换技术。其典型电路如图1所示，隔离变压器T原边绕组接在第一开关管Q1、第二开关管Q2的接点与第三开关管Q3、第四开关管Q4的接点之间，在每个周期内第二开关管Q2、第三开关管Q3与第一开关管Q1、第四开关管Q4交替导通，导通时间可调，加到变压器原边绕组电压是幅值为高压Vin的交变方波。隔离变压器副边绕组的两端与地之间分别接第五整流管Q5、第六整流管Q6，隔离变压器副边绕组的中间抽头经第一电感L1、第一电容C1串接到地，第一电容C1两端作为低压端输出低压Vo。当第一开关管Q1、第四开关管Q4导通时，能量从原边传输到副边，这时隔离变压器副边绕组的两端所接的第六整流管Q6开通，第五整流管Q5关闭，这时候第五整流管Q5等效为一个电容，变压器T对其进行充电。由于变压器T本身存在漏电感，充电过程存在LC谐振，从而导致电压过冲。同样的，当第二开关管Q2、第三开关管Q3开通时，第五整流管Q5导通，第六整流管Q6关闭等效为一个电容，第六整流管Q6也会承受同样的谐振冲击电压。
为了避免这一谐振冲击电压给隔离变压器副边绕组所接整流管带来伤害，目前通常的做法是外加吸收电阻电容电路来实现保护，如图2所示，在第五整流管Q5、第六整流管Q6的源漏间分别串接旁路电阻及电容，变压器漏电感的冲击能量储存到第五整流管Q5或第六整流管Q6的旁路电容上，并在下次整流管开通时将能量释放，冲击能量最终以旁路电阻发热的方式释放掉，这样对整流管的冲击电压就大大减小了。这种方案的优点是成本低，方案成熟，缺点是电阻发热比较厉害，能量损耗较大，转换效率下降1～1.5个百分点。
为了避免这一谐振冲击电压给隔离变压器副边绕组所接整流管带来伤害，另一种设计方案是将整流管上的冲击能量收集到电容上，再通过一个Buck电路(降压式变换电路)做主动吸收，送能量传给低压端。如图3所示，第五整流管Q5、第六整流管Q6的源漏间分别仍然放置一个比较小的RC吸收电路，以吸收高频部分的谐振能量，其他大部分的谐振能量通过第三二极管D3和第四二极管D4存储到第三电容C3上，最后在通过buck电路将第三电容C3上的能量传输到低压端。这种方案的优点是转换效率和发热问题能得到有效的解决，但是由于一个独立的buck电路中包括一个或控制开关管，成本高，也会增加系统控制电路的开销，增加系统控制难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种全桥隔离直流变换器，能量损耗较小，转换效率高，成本低。
为解决上述技术问题，本发明的全桥隔离直流变换器，隔离变压器副边绕组的两端与地之间分别接第五整流管、第六整流管，隔离变压器副边绕组的中间抽头经第一电感、第一电容串接到地，第一电容两端作为低压端输出低压；还包括第二变压器、第二电感、第一二极管、第二二极管；
所述第二变压器原边绕组两端分别同隔离变压器副边绕组的两端相接，所述第二变压器副边绕组两端分别接所述第一二极管、第二二极管的负端，所述第一二极管、第二二极管的正端接地，所述第二电感一端接所述第二变压器副边绕组中间抽头，另一端接所述第一电感同第一电容的连接端。
所述第二变压器原边绕组两端可以分别接第五二极管、第六二极管的负端，所述隔离变压器副边绕组的两端分别接第五二极管、第六二极管的正端；
所述第二变压器原边绕组的中间抽头接所述隔离变压器副边绕组的中间抽头；
所述第二变压器原边绕组的中间抽头同所述第二变压器原边绕组的两端间分别接有第五电容、第六电容。
所述第二变压器的变压比大于等于2小于等于3.5。
所护第二变压器的变压比可以为2.5。
所述第二变压器的变压比可以为3。
本发明的全桥隔离直流变换器，在基本的全桥隔离转换拓扑结构的基础上增加一主动吸收电路，该主动吸收电路中包括一第二变压器，基本的全桥隔离转换拓扑结构中的隔离变压器本身存在漏电感产生的谐振冲击能量，经所述第二变压器原边传递到其副边，输出低压端电压到全桥隔离直流变换器的低压端，谐振冲击能量最终转化为低压端电压输出，能量损耗小，转换效率高；该主动吸收电路不需要控制开关管，它通过基本的全桥隔离转换拓扑结构中的隔离变压器副边所接的整流管的开关过程实现能量的传输，把整流管上的过冲电压能量转换为低压端电压能量输出到全桥隔离直流变换器低压端，该电路的开关频率及占空比调制跟随整个全桥隔离直流变换器的大系统一起变动，无需独立的控制电路，简化了控制复杂程度，节省了控制成本及开关管成本。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是全桥隔离直流变换器的典型电路；
图2是外加吸收电阻电容电路的全桥隔离直流变换器；
图3是外加主动吸收Buck电路的全桥隔离直流变换器；
图4是本发明的全桥隔离直流变换器第一实施方式电路图；
图5是本发明的全桥隔离直流变换器第二实施方式电路图。
具体实施方式
本发明的全桥隔离直流变换器第一实施方式如图4所示，包括隔离变压器T、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五整流管Q5、第六整流管Q6、第一电感L1、第一电容C1，还包括第二变压器T2、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2；
隔离变压器T、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五整流管Q5、第六整流管Q6、第一电感L1、第一电容C1组成了最基本的全桥隔离转换拓扑结构。隔离变压器T原边绕组接在第一开关管Q1、第二开关管Q2的接点与第三开关管Q3、第四开关管Q4的接点之间，在每个周期内第二开关管Q2、第三开关管Q3与第一开关管Q1、第四开关管Q4交替导通，导通时间可调，加到变压器原边绕组电压是幅值为高压Vin的交变方波。隔离变压器副边绕组的两端与地之间分别接第五整流管Q5、第六整流管Q6，隔离变压器副边绕组的中间抽头经第一电感L1、第一电容C1串接到地，第一电容C1两端作为低压端输出低压Vo。
第二变压器T2、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2构成一主动吸收电路。所述第二变压器T2原边绕组两端分别同隔离变压器T副边绕组的两端相接，所述第二变压器T2副边绕组两端分别接所述第一二极管D1、第二二极管D2的负端，所述第一二极管D1、第二二极管D2的正端接地，所述第二电感L2一端接所述第二变压器T2副边绕组中间抽头，另一端接所述第一电感L1、第一电容C1的连接端。由于隔离变压器副边绕组的两端的谐振冲击电压大概为正常电压的两倍，第二变压器T2的变压比大于等于2小于等于3.5，第二变压器T2的变压比可以为2.5、3等。
本发明的全桥隔离直流变换器第二实施方式如图5所示，其与第一实施方式的区别在于主动吸收电路还包括第五电容C5、第六电容C6、第五二极管D5、第六二极管D6；所述第二变压器原边绕组两端分别接第五二极管、第六二极管的负端，所述隔离变压器副边绕组的两端分别接第五二极管、第六二极管的正端；所述第二变压器原边绕组的中间抽头接所述隔离变压器副边绕组的中间抽头；所述第二变压器原边绕组的中间抽头同所述第二变压器原边绕组的两端间分别接有第五电容、第六电容。
接于第五整流管Q5同所述第二变压器原边绕组的中间抽头间的第五电容C5、第五二极管D5进一步加快了第五整流管Q5关闭时的谐振冲击电压的吸收，接于第六整流管Q6同所述第二变压器原边绕组的中间抽头间的第六电容C6、第六二极管D6进一步加快了第六整流管Q6关闭时的谐振冲击电压的吸收。
本发明的全桥隔离直流变换器，在基本的全桥隔离转换拓扑结构的基础上增加一主动吸收电路，该主动吸收电路中包括一第二变压器，基本的全桥隔离转换拓扑结构中的隔离变压器本身存在漏电感产生的谐振冲击能量，经所述第二变压器原边传递到其副边，输出低压端电压到全桥隔离直流变换器的低压端，谐振冲击能量最终转化为低压端电压输出，能量损耗小，转换效率高；该主动吸收电路不需要控制开关管，它通过基本的全桥隔离转换拓扑结构中的隔离变压器副边所接的整流管的开关过程实现能量的传输，把整流管上的过冲电压能量转换为低压端电压能量输出到全桥隔离直流变换器低压端，该电路的开关频率及占空比调制跟随整个全桥隔离直流变换器的大系统一起变动，无需独立的控制电路，简化了控制复杂程度，节省了控制成本及开关管成本。
Claims (5)
1.一种全桥隔离直流变换器，隔离变压器副边绕组的两端与地之间分别接整流管Q5、整流管Q6，隔离变压器副边绕组的中间抽头经电感L1、电容C1串接到地，电容C1两端作为低压端输出低压；其特征在于，全桥隔离直流变换器还包括变压器T2、电感L2、二极管D1、二极管D2；
所述变压器T2原边绕组两端分别同隔离变压器副边绕组的两端相接，所述变压器T2副边绕组两端分别接所述二极管D1、二极管D2的负端，所述二极管D1、二极管D2的正端接地，所述电感L2一端接所述变压器T2副边绕组中间抽头，另一端接所述电感L1同电容C1的连接端。
2.根据权利要求1所述的全桥隔离直流变换器，其特征在于，
所述变压器T2原边绕组两端分别接二极管D5、二极管D6的负端，所述隔离变压器副边绕组的两端分别接二极管D5、二极管D6的正端；
所述变压器T2原边绕组的中间抽头接所述隔离变压器副边绕组的中间抽头；
所述变压器T2原边绕组的中间抽头同所述变压器T2原边绕组的两端间分别接有电容C5、电容C6。
3.根据权利要求1或2所述的全桥隔离直流变换器，其特征在于，变压器T2的变压比大于等于2小于等于3.5。
4.根据权利要求1或2所述的全桥隔离直流变换器，其特征在于，变压器T2的变压比为2.5。
5.根据权利要求1或2所述的全桥隔离直流变换器，其特征在于，变压器T2的变压比为3。
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