CN103312172A

CN103312172A - 一种直流转换电路及隔离变换器

Info

Publication number: CN103312172A
Application number: CN2012100670485A
Authority: CN
Inventors: 丁永强
Original assignee: SHENZHEN GROWATT NEW ENERGY CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN GROWATT NEW ENERGY CO Ltd
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明适用于电子领域，提供了一种直流转换电路及隔离变换器，直流转换电路包括：升压/降压复用电路，其正、负输入端分别与外部直流源连接，其多个控制端与外部控制单元连接，用于采用同步整流对直流电压进行升压或降压的双向转换；隔离转换电路，其正、负输入端分别与升压/降压复用电路的正、负输出端连接，其正、负输出端分别与外部逆变器或DC电源连接，其多个控制端分别与外部控制单元的控制端连接，用于采用固定占空比调制方式对直流电压进行高频隔离转换。本发明通过升压/降压复用电路的同步整流实现不同直流电压之间的双向高效转换，并且通过隔离转换电路经固定占空比调制后的直流电压实现隔离转换，易于实现和控制，提高了转换效率。

Description

一种直流转换电路及隔离变换器

技术领域

本发明属于电子领域，尤其涉及一种直流转换电路及隔离变换器。

背景技术

随着电子行业的飞速发展，隔离变换器被广泛应用于各种领域中，并分为交流隔离的低频隔离和直流侧隔离的高频隔离。但是，低频隔离虽然容易在硬件上实现，但具有体积大，重量重，转换效率低，无法进行双向转换；而传统的高频隔离在效率上也很难有提升的空间，高频隔离一般只进行单向的能量转换，由于近年来，用户对于能量存储的需求，导致双向能量转换的直流变换器的应用越来越多，现有的隔离变换器已无法满足市场需求。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种直流转换电路，旨在解决现有隔离变换器无法实现双向能量高效转换的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种直流转换电路，所述电路包括：

升压/降压复用电路，所述升压/降压复用电路的正、负输入端分别与外部直流源的正、负输出端连接，所述升压/降压复用电路的多个控制端与外部控制单元连接，用于采用同步整流对直流电压进行升压或降压的双向转换；

隔离转换电路，所述隔离转换电路的正、负输入端分别与所述升压/降压复用电路的正、负输出端连接，所述隔离转换电路的正、负输出端分别与外部逆变器或DC电源的正、负输入端连接，所述隔离转换电路的多个控制端分别与所述外部控制单元的控制端连接，用于采用固定占空比调制方式对直流电压进行高频隔离转换。

本发明实施例的另一目的在于提供一种包括上述直流转换电路的隔离变换器。

本发明实施例通过升压/降压复用电路的同步整流实现不同直流电压之间的双向高效转换，并且通过隔离转换电路经固定占空比调制后的直流电压实现隔离转换，易于实现和控制，提高了转换效率。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的直流转换电路的结构图；

图2为本发明一实施例提供的直流转换电路的示例电路结构图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例通过升压/降压复用电路的同步整流实现不同直流电压之间的双向高效转换，并且通过隔离转换电路经固定占空比调制后的直流电压实现隔离转换，易于实现和控制。

图1示出了本发明一实施例提供的直流转换电路的结构图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

作为本发明一实施例提供的直流转换电路可应用于多种隔离变换器中，该直流转换电路包括：

升压/降压复用电路11，用于采用同步整流对直流电压进行升压或降压的双向转换，该升压/降压复用电路11的正、负输入端分别与外部直流源10的正、负输出端连接，升压/降压复用电路11的多个控制端与外部控制单元14连接；

在本发明实施例中，若对升压/降压复用电路11的输入端施加电压可于输出端得到升压变换的电压，反之，若对升压/降压复用电路11的输出端施加电压可于输入端得到降压变换的电压。

隔离转换电路12，用于采用固定占空比调制方式对直流电压进行高频隔离转换，该隔离转换电路12的正、负输入端分别与升压/降压复用电路11的正、负输出端连接，该隔离转换电路12的正、负输出端分别与外部逆变器或DC电源13的正、负输入端连接，隔离转换电路12的多个控制端分别与外部控制单元14的控制端连接。

在本发明实施例中，隔离转换电路12可以通过对正、负输入端施加直流电压或对正、负输出端施加直流电压，实现双向转换。

本发明实施例可以根据用户需要，于升压/降压复用电路11的正、负输入端之间加载直流输入电压，该直流转换电路可对该输入电压进行升压变换后进行隔离转换；若于隔离转换电路12的正、负输出端之间加载直流输入电压，该直流转换电路则先对隔离转换电路12的直流输入电压进行隔离转换后进行降压变换，由此实现电压的双向转换。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细说明。

图2示出了本发明一实施例提供的直流转换电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

作为本发明一实施例，升压/降压(BUCK/BOOST)复用电路11包括：

电感L1、第一开关管S1、第二开关管S2、电容C1；

电感L1的一端为升压/降压复用电路11的正输入端，电感L1的另一端同时与第二开关管S2的输出端、第一开关管S1的输入端连接，第二开关管S2的输入端为升压/降压复用电路11的正输出端与电容C1的一端连接，第一开关管S1的输出端同时为升压/降压复用电路11的负输入端、负输出端与电容C1的另一端连接，第一开关管S1的控制端、第二开关管S2的控制端分别为升压/降压复用电路11的多个控制端。

优选地，第一开关管S1、第二开关管S2均可以采用N型MOS管实现，该N型MOS管的漏极为第一开关管S1、第二开关管S2的输入端，N型MOS管的源极为第一开关管S1、第二开关管S2的输出端，N型MOS管的栅极为第一开关管S1、第二开关管S2的控制端。

隔离转换电路12包括：

第一全桥功率级电路121，该第一全桥功率级电路121的正输入端为隔离转换电路12的正输入端，第一全桥功率级电路121的负输入端为隔离转换电路12的负输入端，第一全桥功率级电路121的多个控制端为隔离转换电路12的部分控制端，用于将直流电压转换为振荡电压；

直流隔离变压单元122，该直流隔离变压单元122的第一输入端、第二输入端分别与第一全桥功率级电路121的第一输出端、第二输出端连接，用于对振荡电压进行高频隔离转换；

第二全桥功率级电路123，该第二全桥功率级电路123的第一输入端、第二输入端分别与直流隔离变压单元122的第一输出端、第二输出端连接，第二全桥功率级电路123的多个控制端为隔离转换电路12的部分控制端，用于将振荡电压转换为直流电压；

滤波单元124，该滤波单元124的正、负输入端与第二全桥功率级电路123的正、负输出端连接，滤波单元124的正、负输出端为隔离转换电路12的正、负输出端。

作为本发明一实施例，第一全桥功率级电路121包括：

第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6；

第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6的控制端分别为第一全桥功率级电路121的多个控制端，第三开关管S3的输入端为第一全桥功率级电路121的正输入端，第三开关管S3的输出端为第一全桥功率级电路121的第一输出端与第五开关管S5的输入端连接，第五开关管S5的输出端为第一全桥功率级电路121的负输出端，第四开关管S4的输入端与第三开关管S3的输入端连接，第四开关管S4的输出端为第一全桥功率级电路121的第二输出端与第六开关管S6的输入端连接，第六开关管S6的输出端与第五开关管S5的输出端连接。

优选地，第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6可以用N型MOS管实现同步整流以提高转换效率，N型MOS管的漏极为第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6的输入端，N型MOS管的源极为第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6的输出端，N型MOS管的栅极为第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管S5、第六开关管S6的控制端。

直流隔离变压单元122可以为高频变压器TX，该高频变压器TX初级线圈N1的两端分别为直流隔离变压单元122的第一输入端、第二输入端，高频变压器TX次级线圈N2的两端分别为直流隔离变压单元122的第一输出端、第二输出端。

第二全桥功率级电路123包括：

第七开关管S7、第八开关管S8、第九开关管S9、第十开关管S10；

第七开关管S7、第八开关管S8、第九开关管S9、第十开关管S10的控制端分别为第二全桥功率级电路123的多个控制端，第七开关管S7的输出端为第二全桥功率级电路123的第一输入端与第九开关管S9的输入端连接，第八开关管S8的输入端为第二全桥功率级电路123的正输出端与第七开关管S7的输入端连接，第八开关管S8的输出端为第二全桥功率级电路123的第二输入端与第十开关管S10的输入端连接，第十开关管S10的输出端为第二全桥功率级电路123的负输出端与第九开关管S9的输出端连接。

优选地，第七开关管S7、第八开关管S8、第九开关管S9、第十开关管S10可以用N型MOS管实现同步整流以提高转换效率，N型MOS管的漏极为第七开关管S7、第八开关管S8、第九开关管S9、第十开关管S10的输入端，N型MOS管的源极为第七开关管S7、第八开关管S8、第九开关管S9、第十开关管S10的输出端，N型MOS管的栅极为第七开关管S7、第八开关管S8、第九开关管S9、第十开关管S10的控制端。

滤波单元124可以为电容C2，该电容C2的一端同时为滤波单元124的正输入端、正输出端，电容C1的另一端同时为滤波单元124的负输入端、负输出端。

在本发明实施例中，在实现升压变换时，U1为直流输入，控制单元14控制升压/降压复用电路11将直流输入电压U1升压变换为直流母线电压U3，并且通过隔离转换电路12将直流母线电压U3转换为直流电压U2；

当U1为直流输入时，控制单元14控制第一开关管S1工作，电流回路为：电感L1→第一开关管S1→负极。当控制单元14控制第一开关管S1不工作第二开关管S2导通时，电流回路为：电感L1→开关管S2的体内二极管→电容C1→负极。此时第二开关管S2的体内二极管的导通压降等于第二开关管S2的导通电阻Rds_(ON)乘以当前流过体内二极管的电流，而采用MOS管的导通电阻Rds_(ON)乘以当前流过体内二极管的电流远小于体内二极管自身特性的导通压降，降低体内二极管的导通损耗，即降低第二开关管S2的开关损耗，提高BOOST电路转换效率。

同时，控制单元14控制第一全桥功率级电路121的4个桥臂的占空比，当桥臂S3、S6的开关管以占空比D导通时，电流回路为：第三开关管S3→高频变压器TX→第六开关管S6→负极，此时，能量由高频变压器TX的初级线圈N1传送到次级线圈N2，同时控制第七开关管S7、第十开关管S10以占空比D导通，能量经过第七开关管S7体内二极管，电容C2，第十开关管S10体内二极管流回到变压器的次级线圈N2，此时第七开关管S7的体内二极管的导通压降等于第七开关管S7的导通电阻Rds_(ON)乘以当前流过体内二极管的电流，而采用MOS管后的导通Rds_(ON)乘以当前流过体内二极管的电流远小于体内二极管自身特性的导通压降，降低体内二极管的导通损耗，即降低第七开关管S7的开关损耗，同理降低开关管S10的开关损耗，提高全桥转换电路的效率。当桥臂S4，S5的开关管以占空比D导通时，电流回路为：第四开关管S4→高频变压器TX→第五开关管S5→负极，此时，能量由高频变压器TX的初级线圈N1传送到次级线圈N2，经过第八开关管S8体内二极管，电容C2，第九开关管S9体内二极管流回到变压器的次级线圈N2。并经过开关管整流，电容C2滤波后的电压就是直流电压U2。同理，通过降低第八开关管S8、第九开关管S9的开关损耗，提高全桥转换电路的效率。

在实现降压变换时，U2为直流输入，通过隔离转换电路12将直流输入电压U2转换为直流母线电压U3，同时控制单元14控制升压/降压复用电路11直流母线电压U3降压至直流电压U1。

当U2为直流输入时，控制单元14控制第二全桥功率级电路123的4个桥臂的占空比，当桥臂S7，S10开关管以占空比D导通时，电流回路为：第七开关管S7→高频变压器TX→第十开关管S10→负极，此时，能量由高频变压器TX的次级线圈N2传送到初级线圈N1，同时控制第三开关管S3，第六开关管S6以占空比D导通，能量经过第三开关管S3体内二极管，电容C1，第六开关管S6体内二极管，流回高频变压器TX的初级线圈N1；此时第三开关管S3的体内二极管的导通压降等于第五开关管S5的导通电阻Rds_(ON)乘以当前流过体内二极管的电流，而采用MOS管后的导通电阻Rds_(ON)乘以当前流过体内二极管的电流远小于体内二极管自身特性的导通压降，降低体内二极管的导通损耗，即降低第三开关管S3的开关损耗，同理降低第六开关管S6的开关损耗，提高全桥转换电路的效率。当桥臂S8，S9开关管以占空比D导通时，电流回路为：第八开关管S8→高频变压器TX→第九开关管S9→负极，此时，能量由高频变压器TX的次级线圈N2传送到初级线圈N1，经过第四开关管S4体内二极管，电容C1，第五开关管S5体内二极管流回变压器TX的初级线圈N1，同理降低第四开关管S4，第五开关管S5的开关损耗，提高全桥转换电路的效率。经过开关管整流后的电压就是直流母线电压U3，控制单元14控制第二开关管S2工作，电流回路为：第二开关管S2→电感L1→负极；当第二开关管S2不工作、第一开关管S1导通时，电流回路为：第一开关管S1体内二极管→电感L1→负极；此时开关管S1的体内二极管的导通压降等于第一开关管S1的导通电阻Rds_(ON)乘以当前流过体内二极管的电流，而MOS管的导通电阻Rds_(ON)乘以当前流过体内二极管的电流远小于体内二极管自身特性的导通压降，降低体内二极管的导通损耗，即降低第一开关管S1的开关损耗，提高BUCK电路转换效率。

在本发明实施例中，该直流转换电路通过升压/降压复用电路，在输出能量时，能够实现较宽的输入电压范围；在作为吸收能量时，能够工作在较宽的电压范围内，并且由于采用MOS管同步整流方式，能够实现直流升压/降压电路的高效转换，以及实现直流隔离的高效转换。并且通过隔离转换电路经固定占空比调制后的直流电压实现隔离转换，易于实现直流隔离转换器的控制，提高了转换效率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种直流转换电路，其特征在于，所述电路包括：

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述升压/降压复用电路包括：

电感L1、第一开关管、第二开关管、电容C1；

电感L1的一端为所述升压/降压复用电路的正输入端，电感L1的另一端同时与第二开关管的输出端、第一开关管的输入端连接，第二开关管的输入端为所述升压/降压复用电路的正输出端与电容C1的一端连接，第一开关管的输出端同时为所述升压/降压复用电路的负输入端、负输出端与电容C1的另一端连接，第一开关管的控制端、第二开关管的控制端分别为所述升压/降压复用电路的多个控制端。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一开关管、所述第二开关管均为N型MOS管，所述N型MOS管的漏极为所述第一开关管、所述第二开关管的输入端，所述N型MOS管的源极为所述第一开关管、所述第二开关管的输出端，所述N型MOS管的栅极为所述第一开关管、所述第二开关管的控制端。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述隔离转换电路包括：

第一全桥功率级电路，所述第一全桥功率级电路的正输入端为所述隔离转换电路的正输入端，所述第一全桥功率级电路的负输入端为所述隔离转换电路的负输入端，所述第一全桥功率级电路的多个控制端为所述隔离转换电路的部分控制端，用于将直流电压转换为振荡电压；

直流隔离变压单元，所述直流隔离变压单元的第一输入端、第二输入端分别与所述第一全桥功率级电路的第一输出端、第二输出端连接，用于对振荡电压进行高频隔离转换；

第二全桥功率级电路，所述第二全桥功率级电路的第一输入端、第二输入端分别与所述直流隔离变压单元的第一输出端、第二输出端连接，所述第二全桥功率级电路的多个控制端为所述隔离转换电路的部分控制端，用于将振荡电压转换为直流电压；

滤波单元，所述滤波单元的正、负输入端与所述第二全桥功率级电路的正、负输出端连接，所述滤波单元的正、负输出端为所述隔离转换电路的正、负输出端。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第一全桥功率级电路包括：

第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管；

所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管的控制端分别为所述第一全桥功率级电路的多个控制端，所述第三开关管的输入端为所述第一全桥功率级电路的正输入端，所述第三开关管的输出端为所述第一全桥功率级电路的第一输出端与所述第五开关管的输入端连接，所述第五开关管的输出端为所述第一全桥功率级电路的负输出端，所述第四开关管的输入端与所述第三开关管的输入端连接，所述第四开关管的输出端为所述第一全桥功率级电路的第二输出端与所述第六开关管的输入端连接，所述第六开关管的输出端与所述第五开关管的输出端连接。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管均为N型MOS管，所述N型MOS管的漏极为所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管的输入端，所述N型MOS管的源极为所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管的输出端，所述N型MOS管的栅极为所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管、所述第六开关管的控制端。

7.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述直流隔离变压单元为高频变压器，所述高频变压器初级线圈的两端分别为所述直流隔离变压单元的第一输入端、第二输入端，所述高频变压器次级线圈的两端分别为所述直流隔离变压单元的第一输出端、第二输出端。

8.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第二全桥功率级电路包括：

第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管；

所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管、所述第十开关管的控制端分别为所述第二全桥功率级电路的多个控制端，所述第七开关管的输出端为所述第二全桥功率级电路的第一输入端与所述第九开关管的输入端连接，所述第八开关管的输入端为所述第二全桥功率级电路的正输出端与所述第七开关管的输入端连接，所述第八开关管的输出端为所述第二全桥功率级电路的第二输入端与所述第十开关管的输入端连接，所述第十开关管的输出端为所述第二全桥功率级电路的负输出端与所述第九开关管的输出端连接。

9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管、所述第十开关管均为N型MOS管，所述N型MOS管的漏极为所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管、所述第十开关管的输入端，所述N型MOS管的源极为所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管、所述第十开关管的输出端，所述N型MOS管的栅极为所述第七开关管、所述第八开关管、所述第九开关管、所述第十开关管的控制端。

10.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述滤波单元为电容C2，所述电容C2的一端同时为所述滤波单元的正输入端、正输出端，所述电容C1的另一端同时为所述滤波单元的负输入端、负输出端。

11.一种隔离变换器，其特征在于，所述隔离变换器的直流转换电路为如权利要求1至10任一项所述的驱动电路。