CN103973115B - 双向补偿式直流电源变换器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种双向补偿式直流电源变换器。它包括第一开关变压器、第二开关变压器、第一功率开关管和第二功率开关管；第一开关变压器和第二开关变压器具有一个共用的副边线圈，该副边线圈与第一开关变压器的原边线圈异相相绕，而与第二开关变压器的原边线圈同相相绕，第一和第二功率开关管分别串接在第一和第二开关变压器的原边线圈上。本发明通过一个同相开关变压器和一个异相开关变压器实现了宽范围变换输入的双向补偿功能；它还通过副边线圈将变换输入端的部分能量直接传递到输出端，大大减小了通过原边线圈功率开关管的能量，从而降低了开关损耗和负荷，提高了变换效率和电路可靠性，同时还降低了电路能耗。

Description

双向补偿式直流电源变换器

技术领域

本发明涉及一种直流开关电源，尤其涉及一种部分功率控制的双向补偿式直流电源变换器。

背景技术

普通的车辆供电系统主要由发动机、发电机和直流变换器构成，发动机带动发电机的转子转动，使发电机三相绕组发电而输出三相交流电，该三相交流电经过一个直流变换器而输出稳定的直流电向车内供电。由于车辆在行驶中，车速快慢变化较大，则发动机带动发电机转子转动的速度变化范围随之也大，致使发电机输出交流电的变化范围大，也就是直流变换器的变换输入端的输入电压变化范围大，这就给直流变换器的稳压带来困难。现有的直流变换器一般都采用较典型的H桥变换电路，其变换输出端一般只带有一个升压或降压开关变压器，不具备双向补偿功能；同时，H桥电路属于全功率调节电路，也就是说，变换输入端的全部能量要通过H桥电路的功率功关管，并在功率开关管上形成相应的开关损耗及导通损耗，因此其转换效率不高，仅约80％或略高些，再者，这种全功率变换使H桥电路的功率开关管负荷重大，必须合理配置阻容吸收网络以保证功率开关管的安全，否则功率开关管难以可靠的工作，因此，降低开关损耗一直是直流变换器的研究重点。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中的问题，提供一种双向补偿式直流电源变换器，一方面通过双向补偿适应直流变换输入端电压变化范围较大的情况，另一方面也是更为重要的是要降低功率开关的损耗，减轻功率开关管的负荷，从而达到提高转换效率、降低能耗和提高电路可靠之目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

它包括第一开关变压器、第二开关变压器、第一功率开关管和第二功率开关管；所述第一开关变压器和第二开关变压器具有一个共用的副边线圈，该副边线圈与第一开关变压器的原边线圈同相相绕，而与第二开关变压器的原边线圈异相相绕，所述副边线圈的同名端与变换输入端相接，所述副边线圈的异名端与变换输出端相接；所述第一开关变压器原边线圈的同名端与变换输入端相接，所述第一开关变压器原边线圈的异名端通过第一功率开关管接地，所述第二开关变压器原边线圈的异名端与变换输入端相接，所述第二开关变压器原边线圈的同名端通过第二功率开关管接地。

本发明进一步改进的技术方案如下：

在所述变换输入端与第一开关变压器原边线圈的同名端之间设有第一单向导通二极管，在所述变换输入端与第二开关变压器原边线圈的异名端之间设有第二单向导通二极管。

本发明的有益效果如下：

本发明通过一个同相开关变压器和一个异相开关变压器形成双向补偿，当发电机输出电压较低时，控制异相开关变压器工作、同相开关变压器停止，形成升压的正补偿效应，相反，当发电机输出电压较高时，控制同相开关变压器工作，异相开关变压器停止，形成降压的电压抵消效应，以减小电源变换输出电压的变化范围，实现了宽范围变换输入的双向补偿功能；同时，本发明将变换输入端的能量分为两路，一路通过副边线圈直接传递到输出端，另一路通过原边线圈和功率开关管的变换后藕合到副边线圈，这样，变换输入端的全能量只有一部分通过功率开关，大大降低了开关损耗和开关负荷，从而提高了变换效率和电路可靠性，同时降低了电路能耗。

下面根据附图详细说明本发明的电路结构和工作原理。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

图2是本发明用于车辆发电机直流变换的电路原理图。

图3是负反馈调压稳压控制电路的原理图。

具体实施方式

参见图1，它包括第一开关变压器(T1)、第二开关变压器(T2)、第一功率开关管(V1)和第二功率开关管(V2)；所述第一开关变压器和第二开关变压器具有一个共用的副边线圈(X2)，该副边线圈与第一开关变压器的原边线圈(X1)同相相绕，而与第二开关变压器的原边线圈(X3)异相相绕，所述副边线圈的同名端与变换输入端(U1)相接，所述副边线圈的异名端与变换输出端(U2)相接；所述第一开关变压器原边线圈(X1)的同名端与变换输入端(U1)相接，所述第一开关变压器原边线圈的异名端通过第一功率开关管(V1)接地，所述第二开关变压器原边线圈(X3)的异名端与变换输入端(U1)相接，所述第二开关变压器原边线圈(X3)的同名端通过第二功率开关管接地。

为保证第一和第二开关变压器(T1、T2)原边电压的正向输入，在所述变换输入端(U1)与第一开关变压器原边线圈(X1)的同名端之间设有第一单向导通二极管(D1)，在所述变换输入端(U1)与第二开关变压器原边线圈的异名端之间设有第二单向导通二极管(D2)。

下面以本直流电源变换器用于车辆供电系统为例说明其工作原理。

参见图2，车辆供电系统由车辆发电机(1)、输入端整流滤波电路(2)、本直流电源变换器(3)、输出端整流滤波电路(4)和负反馈调压稳压控制电路(5)连接构成。再参见图3，所述的负反馈调压稳压控制电路(5)由误差绝对值检测电路(5-1)、误差极性检测电路(5-2)、OC门电路(5-3)、稳压脉宽调节模块(5-4)和第一驱动电路(5-5)及第二驱动电路(5-6)连接构成。其工作过程是：参见图2、3，发电机(1)输出的三相交流电通过输入端整流滤波电路(2)后，输出直流电压(U1)送入本直流电源变换器(3)，通过变换输出脉冲电压(U2)，该脉冲电压再经过输出端整流滤波电路(4)输出直流电压(U3)；负反馈调压稳压控制电路(5)提取输出端电压(U3)送入误差绝对值检测电路(5-1)，该误差绝对值检测电路与输出设定值相比较后输出误差绝对值送入稳压脉宽调节模块(5-4)，该稳压脉宽调节模块根据该误差值从其12脚输出相应占空比的脉宽调节信号送入第一驱动电路(5-5)和第二驱动电路(5-6)；与此同时，误差极性检测电路(5-2)从误差绝对值检测电路(5-1)的比较输出端检测出误差的极性(即高于设定值还是低于设定值)送入OC门电路(5-3)，如果反馈电压高于设定值，则OC门电路中的门电路V03导通，而门电路V04截止，门电路V03选通第一驱动电路(5-5)，使稳压脉宽调节模块(5-4)输出的脉宽调节信号加到第一功率开关管(V1)上，则第一功率开关变压器(T1)工作而输出降压稳压脉冲电压(U2)，该降压稳压脉冲电压经过输出端整流滤波电路(4)后输出与设定值相等的直流电压(U3)；反之，如果反馈电压低于设定值，则OC门电路中的门电路V04导通,而门V03截止,门电路V04选通第二驱动电路(5-6)，使稳压脉宽调节模块(5-4)输出的脉宽调节信号加到第二功率开关管(V2)上,则第二开关变压器(T2)工作而输出升压稳压脉冲电压(U2)，再经过输出端整流滤波电路(4)后输出与设定值相等的直流电压(U3)，如此循环控制，使输出端(U3)输出与设定值相等的直流电压为车辆上的用电器供电。

本发明不只限于车辆供电系统，也可以用于输入端电压变化较大的其它供电系统。

Claims (2)

1.一种双向补偿式直流电源变换器，其特征是：

它包括第一开关变压器(T1)、第二开关变压器(T2)、第一功率开关管(V1)和第二功率开关管(V2)；

所述第一开关变压器和第二开关变压器具有一个共用的副边线圈(X2)，该副边线圈与第一开关变压器的原边线圈(X1)同相相绕，而与第二开关变压器的原边线圈(X3)异相相绕，所述副边线圈的同名端与变换输入端(U1)相接，所述副边线圈的异名端与变换输出端(U2)相接；

所述第一开关变压器原边线圈(X1)的同名端与变换输入端(U1)相接，所述第一开关变压器原边线圈的异名端通过第一功率开关管(V1)接地，所述第二开关变压器原边线圈(X3)的异名端与变换输入端(U1)相接，所述第二开关变压器原边线圈(X3)的同名端通过第二功率开关管接地。

2.根据权利要求1所述的双向补偿式直流电源变换器，其特征是：在所述变换输入端(U1)与第一开关变压器原边线圈(X1)的同名端之间设有第一单向导通二极管(D1)，在所述变换输入端(U1)与第二开关变压器原边线圈的非同名端之间设有第二单向导通二极管(D2)。