CN102299633B - 一种dc-dc变换电路 - Google Patents

一种dc-dc变换电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种DC-DC变换电路，包括：开关管、变压器、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电感和滤波电容；变压器的原边绕组的同名端连接电源的正极，异名端通过开关管连接电源的负极；变压器的副边绕组的同名端依次通过串联的第一电容、第三二极管、第一电感、滤波电容和第二二极管连接副边绕组的异名端；变压器的副边绕组的异名端依次通过串联的第一二极管、滤波电容、第四二极管和第一电容连接副边绕组的同名端。该电路有利于减小变压器的体积和滤波电容的容量。第一电容的存在保证变压器的伏秒平衡，以及变压器副边绕组正负方向电流的平均值相等。

Description

一种DC-DC变换电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种DC-DC变换电路。
背景技术
DC-DC变换电路用于为直流负载供电。下面结合附图详细介绍现有技术中的DC-DC变换电路。
参见图1，该图为现有技术中DC-DC变换电路的结构图。
该DC-DC变换电路是1998年第2期《电子电子技术》上公开的论文。该原边的正反激电路包括正激变压器T2、反激变压器T1、开关管VI、第一二极管VD1、第二二极管VD2、电容Co和电阻Ro，还包括由第三二极管VD3、第四二极管VD4、电感Ls、电容Cs组成的电路构成正激变压器T2的复位电路。
当开关管VI导通时，正激变压器T2通过第二二极管VD2和电容Co为负载供电；当开关管VI关断时，反激变压器T1通过第一二极管VD1和电容Co为负载供电。该电路的优点是可以利用实现正反激电路的功能，在开关管开通和关断期间，均有能量向负载输出，从而提供能量的利用率。但是该电路也存在缺点，该电路需要两个变压器和正激变压器T2的复位电路，因此，造成电路结构复杂，成本较高。
参见图2，该图为现有技术中另一种DC-DC变换电路的结构图。
图2所示电路是2000年第2期《电力电子技术》公开的论文中的，该电路包括开关管VS、变压器、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、第四二极管VD4、电感Lo和电容Co。
当开关管VS导通时，第一二极管VD1、第四二极管VD4、电感Lo和电容Co为负载供电，电路工作在正激模式。当开关管VS断开时，第二二极管VD2、第三二极管VD3和电容Co为负载供电，电路工作在反激模式。该电路仅用一个变压器可以在开关管导通和关断时，均有能量向负载输出，实现能量的双向利用。该电路中电感Lo的电流在断续模式下，输出电压与输入电压的关系式为：Vo＝DVin/n(1-D)，D为开关管VS的占空比。这个电路的缺点是电感Lo的电流只能工作在断续模式下，如果工作在连续模式，变压器会伏秒不平衡，导致磁芯偏离无法复位；不能保证变压器副边绕组正负方向电流的平均值相等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种DC-DC变换电路，能够保证变压器的伏秒平衡，以及变压器副边绕组正负方向电流的平均值相等。
本发明提供一种DC-DC变换电路，包括：开关管、变压器、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电感和滤波电容；
所述变压器的原边绕组的同名端连接电源的正极，异名端通过所述开关管连接电源的负极；
所述变压器的副边绕组的同名端依次通过串联的第一电容、第三二极管、第一电感、滤波电容和第二二极管连接副边绕组的异名端；
所述变压器的副边绕组的异名端依次通过串联的第一二极管、滤波电容、第四二极管和第一电容连接副边绕组的同名端。
优选地，包括：开关管、变压器、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电感和滤波电容；
所述变压器的原边绕组的同名端连接电源的正极，异名端通过所述开关管连接电源的负极；
所述变压器的副边绕组的同名端依次通过串联的第三二极管、第一电感、滤波电容、第二二极管和第一电容连接副边绕组的异名端；
所述变压器的副边绕组的异名端依次通过串联的第一电容、第一二极管、滤波电容和第四二极管连接副边绕组的同名端。
优选地，包括：开关管、变压器、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电感和滤波电容；
所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管连接成整流桥；
所述滤波电容并联在所述整流桥的输出端；
所述第一电容串联在所述变压器的副边绕组与所述整流桥之间；
所述变压器的原边绕组与所述开关管串联后连接电源，所述第一电感串联在所述变压器的原边绕组回路中或串联在所述变压器的副边绕组与整流桥之间。
优选地，还包括吸收电路，所述吸收电路与所述开关管并联。
优选地，所述吸收电路为吸收电容，所述吸收电容并联在所述开关管两端。
本发明还提供一种DC-DC变换电路，包括：开关管、变压器、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和滤波电容；
所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管连接成整流桥；
所述滤波电容并联在所述整流桥的输出端；
所述第一电容串联在所述变压器的副边绕组与所述整流桥之间；
所述变压器的原边绕组与所述开关管串联后连接电源。
本发明还提供一种DC-DC变换电路，包括：第一开关管、第二开关管、变压器、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电感和滤波电容；
所述变压器的原边绕组的同名端通过所述第二开关管连接电源的正端，通过第六二极管连接电源的负端；所述变压器的原边绕组的异名端通过第一开关管连接电源的负端，通过第五二极管连接电源的正端；
所述变压器的副边绕组的同名端依次通过串联的第一电容、第三二极管、第一电感、滤波电容和第二二极管连接副边绕组的异名端；
所述变压器的副边绕组的异名端依次通过串联的第一二极管、滤波电容、第四二极管和第一电容连接副边绕组的同名端。
本发明还提供一种DC-DC变换电路，包括：第一开关管、第二开关管、变压器、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电感和滤波电容；
所述变压器的原边绕组的同名端通过所述第二开关管连接电源的正端，通过第六二极管连接电源的负端；所述变压器的原边绕组的异名端通过第一开关管连接电源的负端，通过第五二极管连接电源的正端；
所述变压器的副边绕组的同名端依次通过串联的第三二极管、第一电感、滤波电容、第二二极管和第一电容连接副边绕组的异名端；
所述变压器的副边绕组的异名端依次通过串联的第一电容、第一二极管、滤波电容、第四二极管和第一电容连接副边绕组的同名端。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本实施例提供的DC-DC变换电路在开关管导通和断开时，变压器Ta的副边绕组始终有电流，通过两路不同的整流回路为负载供电，可以实现变压器Ta的双向利用，这样有利于减小变压器的体积和滤波电容的容量。而且第一电容的存在可以保证变压器的伏秒平衡，以及变压器副边绕组正负方向电流的平均值相等。
附图说明
图1是现有技术中DC-DC变换电路的结构图；
图2是现有技术中另一种DC-DC变换电路的结构图；
图3是本发明提供的DC-DC变换电路实施例一结构图；
图4是本发明提供的DC-DC变换电路实施例一的又一结构图；
图5是本发明提供的DC-DC变换电路实施例二结构图；
图6是本发明提供的DC-DC变换电路实施例二的又一结构图；
图7是本发明提供的DC-DC变换电路实施例三结构图。
图8是本发明提供的DC-DC变换电路实施例四结构图；
图9是本发明提供的DC-DC变换电路实施例五结构图；
图10是本发明提供的DC-DC变换电路实施例六结构图；
图11是本发明提供的DC-DC变换电路实施例七结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图3，该图为本发明提供的DC-DC变换电路实施例一结构图。
本实施例提供的DC-DC变换电路，包括：开关管S1、变压器Ta、第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电感L1和滤波电容C2；
所述变压器Ta的原边绕组的同名端连接电源Vdc的正极，异名端通过所述开关管S1连接电源Vdc的负极；
所述变压器Ta的副边绕组的同名端依次通过串联的第一电容C1、第三二极管D3、第一电感L1、滤波电容C2和第二二极管D2连接副边绕组的异名端；
所述变压器Ta的副边绕组的异名端依次通过串联的第一二极管D1、滤波电容C2、第四二极管D4和第一电容C1连接副边绕组的同名端。
下面结合图3详细介绍本实施例提供的DC-DC变换电路的工作原理。
当开关管S1导通时，变压器Ta的副边绕组的电流的流向为：依次通过串联的第一电容C1、第三二极管D3、第一电感L1、滤波电容C2和第二二极管D2，此时变压器Ta储能。
当开关管S1断开时，变压器Ta释放能量，变压器Ta的副边绕组的电流的流向为：依次通过串联的第一二极管D1、滤波电容C2、第四二极管D4和第一电容C1。
负载A1并联在滤波电容C2的两端。
本实施例提供的变换电路的输入电压与输出电压的关系式为：Uo＝Vdc/2n(1-D)，其中D为占空比，n为变压器Ta的原边绕组与副边绕组的变比。以上输入电压与输出电压的关系式适用于在第一电感L1较小时；当第一电感L1较大时，在开关管S1断开期间，第一电感L1上的电流会通过第三二极管D3、第四二极管D4和负载发生续流，此时输入电压与输出电压的关系式为：Uo＝DVdc/[n(1+D)(1-D)]。
本实施例中第一电容C1、第一电感L1和变压器Ta的漏感构成谐振回路，选择合适的值可以使第二二极管D2和第三二极管D3组成的整流回路实现零电流开关，这样可以减小二极管的反向恢复损耗，降低电路的EMI。
本实施例提供的DC-DC变换电路在开关管导通和断开时，变压器Ta的副边绕组始终有电流，通过两路不同的整流回路为负载供电，可以实现变压器Ta的双向利用，这样有利于减小变压器的体积和滤波电容的容量。而且第一电容的存在可以保证变压器的伏秒平衡，以及变压器副边绕组正负方向电流的平均值相等。
需要说明的是，图3所示的变换电路中第一电容C1连接在第三二极管D3和第四二极管D4的公共端与副边绕组的同名端之间，可以理解的是，第一电容C1也可以连接在第一二极管D1和第二二极管D2的公共端与副边绕组的异名端之间，如图4所示，图4中其他部分的连接与图3中相同，在此不再赘述。
参见图5，该图为本发明提供的DC-DC变换电路实施例二结构图。
本实施例提供的DC-DC变换电路，包括：开关管S1、变压器Ta、第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电感L1和滤波电容C2；
所述变压器Ta的原边绕组的同名端连接电源的正极，异名端通过所述开关管S1连接电源的负极；
所述变压器Ta的副边绕组的同名端依次通过串联的第一电容C1、第一二极管D1、第一电感L1、滤波电容C2和第四二极管D4连接副边绕组的异名端；
所述变压器Ta的副边绕组的异名端依次通过串联的第三二极管D3、滤波电容C2、第二二极管D2和第一电容C1连接副边绕组的同名端。
需要说明的是，本实施例与图3所示的实施例不同的是，副边绕组的同名端的位置变化了，第一电感L1的位置也变化了，其他部件的连接关系不变，工作原理与实施例一相同，在此不再赘述。
图5中的第一电容C1连接在第一二极管D1和第二二极管D2的公共端与副边绕组的异名端之间，可以理解的是，第一电容C1连接在第三二极管D3和第四二极管D4的公共端与副边绕组的同名端之间，如图6所示，图6中其他部分的连接与图5中相同，在此不再赘述。
本发明实施例还提供一种DC-DC变换电路，与图3-图6不同的是，该实施例提供的DC-DC变换电路中的变压器的原边绕组的电路拓扑结构与图3-图6的不同，图3-图6中的原边绕组的电路拓扑结构中只有一个开关管，本实施例提供的电路中的原边绕组的电路拓扑结构中有两个开关管。参见图7，该图为本发明提供的又一种DC-DC变换电路示意图，即实施例三。
该DC-DC变换电路包括：第一开关管S1、第二开关管S2、变压器Ta、第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第一电感L1和滤波电容C2；
所述变压器的原边绕组的同名端通过所述第二开关管S2连接电源的正端，通过第六二极管D6连接电源Vdc的负端；所述变压器Ta的原边绕组的异名端通过第一开关管S1连接电源Vdc的负端，通过第五二极管D5连接电源Vdc的正端；
所述变压器Ta的副边绕组的同名端依次通过串联的第一电容C1、第三二极管D3、第一电感L1、滤波电容C2和第二二极管D2连接副边绕组的异名端；
所述变压器Ta的副边绕组的异名端依次通过串联的第一二极管D1、滤波电容C2、第四二极管D4和第一电容C1连接副边绕组的同名端。
需要说明的是，图7所示的这种电路的变压器的副边绕组的拓扑结构可以与图3-图6相同的四种结构，因此，在此不再赘述。以上实施例提供的变换电路中的第一电感均连接在整流滤波电路部分，需要说明的是，第一电感也可以直接与变压器的绕组串联，即连接于变压器绕组的主电路部分，可以与变压器的原边绕组串联，也可以与变压器的副边绕组串联。下面结合附图详细进行说明。
参见图8，该图为本发明提供的DC-DC变换电路实施例四结构图。
本实施例提供的DC-DC变换电路，包括：开关管S1、变压器Ta、第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电感L1和滤波电容C2；
所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4连接成整流桥；
所述滤波电容C2并联在所述整流桥的输出端；
所述第一电容C1串联在所述变压器Ta的副边绕组与所述整流桥之间；
所述变压器Ta的原边绕组与所述开关管S1串联后连接电源，所述第一电感L1串联在所述变压器的原边绕组回路中。
需要说明的是，参见图9，第一电感L1也可以串联在所述变压器Ta的副边绕组与整流桥之间。
图8与图9提供的实施例中由于第一电感L1的存在，将使开关管S1的电压应力升高，因此，为了降低开关管S1的电压应力，可以为开关管S1增加吸收电路，本实施例中优选在开关管S1的两端并联吸收电容Ca作为吸收电路，如图10所示。
需要说明的是，图8-图10所示的第一电感L1还可以由变压器的原边绕组的漏感和副边绕组的漏感来实现，如图11所示，Lp为变压器的原边绕组的漏感，Ls为变压器的副边绕组的漏感。
需要说明的是，图8-图11中的第一电容C1连接在第三二极管D3和第四二极管D4的公共端与副边绕组的同名端之间，可以理解的是，第一电容C1也可以连接在第一二极管D1和第二二极管D2的公共端与副边绕组的异名端之间。
需要说明的是，以上实施例中图3-图11所示的电路，可以作为功率因数校正电路来使用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种DC-DC变换电路，其特征在于，包括：开关管、变压器、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电感和滤波电容；
所述变压器的原边绕组的同名端连接电源的正极，异名端通过所述开关管连接电源的负极；
所述变压器的副边绕组的同名端依次通过串联的第一电容、第三二极管、第一电感、滤波电容和第二二极管连接副边绕组的异名端；
所述变压器的副边绕组的异名端依次通过串联的第一二极管、滤波电容、第四二极管和第一电容连接副边绕组的同名端；
所述开关管导通时，所述变压器储能又传递能量；所述开关管断开时，所述变压器释放能量；
所述第一电容C1、第一电感L1和变压器Ta的漏感构成谐振回路。
2.一种DC-DC变换电路，其特征在于，包括：开关管、变压器、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一电感和滤波电容；
所述变压器的原边绕组的同名端连接电源的正极，异名端通过所述开关管连接电源的负极；
所述变压器的副边绕组的同名端依次通过串联的第三二极管、第一电感、滤波电容、第二二极管和第一电容连接副边绕组的异名端；
所述变压器的副边绕组的异名端依次通过串联的第一电容、第一二极管、滤波电容和第四二极管连接副边绕组的同名端；
所述开关管导通时，所述变压器储能又传递能量；所述开关管断开时，所述变压器释放能量；
所述第一电容C1、第一电感L1和变压器Ta的漏感构成谐振回路。
3.一种DC-DC变换电路，其特征在于，包括：第一开关管、第二开关管、变压器、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电感和滤波电容；
所述变压器的原边绕组的同名端通过所述第二开关管连接电源的正端，通过第六二极管连接电源的负端；所述变压器的原边绕组的异名端通过第一开关管连接电源的负端，通过第五二极管连接电源的正端；所述第五二极管的阴极连接所述电源的正端，所述第五二极管的阳极连接所述变压器的原边绕组的异名端；所述第六二极管的阳极连接所述电源的负端，所述第六二极管的阴极连接所述变压器的原边绕组的同名端；
所述变压器的副边绕组的同名端依次通过串联的第一电容、第三二极管、第一电感、滤波电容和第二二极管连接副边绕组的异名端；
所述变压器的副边绕组的异名端依次通过串联的第一二极管、滤波电容、第四二极管和第一电容连接副边绕组的同名端；
所述第一开关管和第二开关管均导通时，所述变压器储能又传递能量；所述第一开关管和第二开关管均断开时，所述变压器释放能量；
所述第一电容C1、第一电感L1和变压器Ta的漏感构成谐振回路。
4.一种DC-DC变换电路，其特征在于，包括：第一开关管、第二开关管、变压器、第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第一电感和滤波电容；
所述变压器的原边绕组的同名端通过所述第二开关管连接电源的正端，通过第六二极管连接电源的负端；所述变压器的原边绕组的异名端通过第一开关管连接电源的负端，通过第五二极管连接电源的正端；所述第五二极管的阴极连接所述电源的正端，所述第五二极管的阳极连接所述变压器的原边绕组的异名端；所述第六二极管的阳极连接所述电源的负端，所述第六二极管的阴极连接所述变压器的原边绕组的同名端；
所述变压器的副边绕组的同名端依次通过串联的第三二极管、第一电感、滤波电容、第二二极管和第一电容连接副边绕组的异名端；
所述变压器的副边绕组的异名端依次通过串联的第一电容、第一二极管、滤波电容和第四二极管连接副边绕组的同名端；
所述第一开关管和第二开关管均导通时，所述变压器储能又传递能量；所述第一开关管和第二开关管均断开时，所述变压器释放能量；
所述第一电容C1、第一电感L1和变压器Ta的漏感构成谐振回路。
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