CN104410278A - 一种dcdc变换器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种DCDC变换器，所述DCDC变换器包括两个输出绕组及两个整流电路；且两个整流电路的输出端串联连接。相比现有技术增加了一个输出绕组及整流电路，在不改变与所述DCDC变换器中变压器原边绕组相连的器件的电压和电流应力、且不影响所述DCDC变换器特性的基础上，实现对所述DCDC变换器升压比的调节；通过对变压器绕组匝比的设计及定频调制，即使输入电压范围较宽，也可保证输出电压在可被接受的范围内，解决了现有技术难适应过宽的输入输出电压范围的问题。

Description

一种DCDC变换器

技术领域

本发明涉及变换器技术领域，尤其涉及一种DCDC变换器。

背景技术

DCDC变换器中的谐振变换器具有诸多优点，如低噪声、低应力、较少元器件且仅有较少的开关损耗。如图1所示，所述谐振变换器包括谐振电路101、高频变压器102和整流电路103；其中谐振电路101可定频工作在谐振频率附近，但输入电压发生变化时，需要调频来适应这种电压变化，随着频率的偏移，电路损耗将增加导致系统效率降低；此外变频控制的非线性特性还可能与电路的负载特性失配而导致电路不能稳定工作。谐振电路101较难适应过宽的输入输出电压范围，尤其是针对光伏发电等最大功率可能出现在较宽范围的输入输出电压工作点，这种不适应性表现得更为突出，因此需要对现有的谐振电路拓扑或控制方式进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种DCDC变换器，以解决现有技术难适应过宽的输入输出电压范围的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种DCDC变换器，所述DCDC变换器的变压器包括：第一输出绕组及第二输出绕组；所述DCDC变换器包括：与所述第一输出绕组相连的第一整流电路，及与所述第二输出绕组相连的第二整流电路；所述第一整流电路与所述第二整流电路的输出端串联连接。

优选的，所述第二整流电路包括：第一开关管、整流器件及电容；其中，

所述整流器件与所述电容并联，两端连接点分别作为所述第二整流电路的输出端；

所述第二整流电路的一个输出端与所述第二输出绕组的一端相连，所述第二整流电路的另一输出端通过所述第一开关管与所述第二输出绕组的另一端相连。

优选的，所述第二整流电路包括：第一开关管、第二开关管、整流器件及电容；其中，

所述整流器件与所述电容并联，两端连接点分别作为所述第二整流电路的输出端；

所述第一开关管的一端与所述第二开关管的一端分别与所述第二输出绕组的两端相连，所述第一开关管的另一端与所述第二开关管的另一端相连，连接点与所述第二整流电路输出端的高电势端相连；所述第二整流电路输出端的低电势端与所述第二输出绕组的中点相连。

优选的，所述第二整流电路包括：第一二极管、第二二极管、第一开关管、整流器件及电容；其中，

所述整流器件与所述电容并联，两端连接点分别作为所述第二整流电路的输出端；

所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阳极分别与所述第二输出绕组的两端相连，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极相连；

所述第一开关管连接于所述第二整流电路输出端的高电势端与所述第一二极管及所述第二二极管的阴极连接点之间；所述第二整流电路输出端的低电势端与所述第二输出绕组的中点相连；或者，所述第一开关管连接于所述第二整流电路输出端的低电势端与所述第二输出绕组的中点之间；所述第一二极管及所述第二二极管的阴极连接点与所述第二整流电路输出端的高电势端相连。

优选的，所述第二整流电路包括：第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、整流器件及电容；所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块及所述第四开关模块中至少两个模块为开关管，其余模块为二极管；其中，

所述第一开关模块与所述第二开关模块串联，连接点与所述第二输出绕组的一端相连；

所述第三开关模块与所述第四开关模块串联，连接点与所述第二输出绕组的另一端相连；

所述第一开关模块与所述第二开关模块的串联支路与所述第三开关模块与所述第四开关模块的串联支路、所述整流器件以及所述电容并联，两端连接点分别作为所述第二整流电路的输出端。

优选的，所述第二整流电路包括：第一二级管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一开关管、整流器件及电容；其中，

所述第一二极管与所述第二二极管串联，连接点与所述第二输出绕组的一端相连；

所述第三二极管与所述第四二极管串联，连接点与所述第二输出绕组的另一端相连；

所述第一二极管与所述第二二极管的串联支路与所述第三二极管与所述第四二极管的串联支路并联，两端连接点分别为阴极连接点和阳极连接点；

所述整流器件与所述电容并联，两端连接点分别作为所述第二整流电路的输出端；

所述第一开关管连接于所述阴极连接点及所述第二整流电路输出端的高电势端之间，所述阳极连接点与所述第二整流电路输出端的低电势端相连；或者，所述第一开关管连接于所述阳极连接点及所述第二整流电路输出端的低电势端之间，所述阴极连接点与所述第二整流电路输出端的高电势端相连。

优选的，所述DCDC变换器中与所述变压器原边绕组相连的拓扑为半桥谐振电路、全桥谐振电路、两电平电路或者多电平电路。

优选的，所述变压器中的原边绕组至少为一个，所述变压器中的输出绕组至少为两个。

优选的，所述DCDC变换器的控制器控制所述第一整流电路和第二整流电路按照以下模式工作：

所述控制器控制所述第二整流电路中的第一开关管导通；或者，所述控制器控制所述第二整流电路中的第一开关管工作在占空比可调状态；

所述第一整流电路和第二整流电路按等效变压比进行功率分摊。

本申请提供一种DCDC变换器，所述DCDC变换器包括两个输出绕组及两个整流电路；且两个整流电路的输出端串联连接。相比现有技术增加了一个输出绕组及整流电路，在不改变与所述DCDC变换器中变压器原边绕组相连的器件的电压和电流应力、且不影响所述DCDC变换器特性的基础上，实现对所述DCDC变换器升压比的调节；通过对变压器绕组匝比的设计及定频调制，即使输入电压范围较宽，也可保证输出电压在可被接受的范围内，解决了现有技术难适应过宽的输入输出电压范围的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种谐振变换器示意图；

图2为本申请实施例提供的一种DCDC变换器示意图；

图3为本申请另一实施例提供的一种DCDC变换器示意图；

图4为本申请另一实施例提供的一种DCDC变换器示意图；

图5为本申请另一实施例提供的一种DCDC变换器示意图；

图6为本申请另一实施例提供的一种DCDC变换器示意图；

图7为本申请另一实施例提供的一种DCDC变换器示意图；

图8为本申请另一实施例提供的一种DCDC变换器示意图；

图9为本申请另一实施例提供的一种DCDC变换器示意图；

图10为本申请另一实施例提供的一种DCDC变换器示意图；

图11为本申请另一实施例提供的一种DCDC变换器示意图；

图12为本申请另一实施例提供的一种电路电压波形图；

图13为本申请另一实施例提供的一种电路电压波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种DCDC变换器，以解决现有技术难适应过宽的输入输出电压范围的问题。

具体的，如图2所示，所述DCDC变换器的变压器包括：第一输出绕组101及第二输出绕组102；所述DCDC变换器包括：与第一输出绕组101相连的第一整流电路201，及与第二输出绕组102相连的第二整流电路202；第一整流电路201与第二整流电路202的输出端串联连接。

在具体的应用环境中，第一输出绕组101及第二输出绕组102的位置并不限定于图2所示的形式，可以视其应用环境而定。

具体的工作原理为：

所述DCDC变换器包括两个输出绕组及两个整流电路；而且两个第二整流电路的输出端串联连接。相比现有技术增加了一个输出绕组及整流电路，在不改变与所述DCDC变换器中变压器原边绕组相连的器件的电压和电流应力、且不影响所述DCDC变换器特性的基础上，实现对所述DCDC变换器升压比的调节；通过对变压器绕组匝比的设计及定频调制，即使输入电压范围较宽，也可保证输出电压在可被接受的范围内，解决了现有技术难适应过宽的输入输出电压范围的问题。

优选的，第一整流电路201为半波整流电路、全波整流电路、全桥整流电路，或者倍压整流电路。

在具体的实际应用中，第一整流电路201可以为半波整流电路、全波整流电路、全桥整流电路，或者倍压整流电路，或者相应的同步整流电路，及其各自改进电路，此处不做具体限定。

优选的，如图3所示或图4所示，第二整流电路202包括：第一开关管K1、整流器件401及电容C；其中，

整流器件401与电容C并联，两端连接点分别作为第二整流电路202的输出端；

第二整流电路202的一个输出端与第二输出绕组102的一端相连，第二整流电路202的另一输出端通过第一开关管K1与第二输出绕组102的另一端相连。

优选的，如图5所示，第二整流电路202包括：第一开关管K1、第二开关管K2、整流器件401及电容C；其中，

整流器件401与电容C并联，两端连接点分别作为第二整流电路202的输出端；

第一开关管K1的一端与第二开关管K2的一端分别与第二输出绕组102的两端相连，第一开关管K1的另一端与第二开关管K2的另一端相连，连接点与第二整流电路202输出端的高电势端相连；第二整流电路202输出端的低电势端与第二输出绕组102的中点相连。

优选的，如图6所示，第二整流电路202包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管K1、整流器件401及电容C；其中，

整流器件401与电容C并联，两端连接点分别作为第二整流电路202的输出端；

第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阳极分别与第二输出绕组102的两端相连，第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极相连；

第一开关管K1连接于第二整流电路202输出端的高电势端与第一二极管D1及第二二极管D2的阴极连接点之间；第二整流电路202输出端的低电势端与第二输出绕组102的中点相连；或者，如图7所示，第一开关管K1连接于第二整流电路202输出端的低电势端与第二输出绕组102的中点之间；第一二极管D1及第二二极管D2的阴极连接点与第二整流电路202输出端的高电势端相连。

优选的，第一二极管D1与第二二极管D2均为肖特基二极管。

优选的，如图8所示，第二整流电路202包括：第一开关模块301、第二开关模块302、第三开关模块303、第四开关模块304、整流器件401及电容C；第一开关模块301、第二开关模块302、第三开关模块303及第四开关模块304中至少两个模块为开关管，其余模块为二极管；其中，

第一开关模块301与第二开关模块302串联，连接点与第二输出绕组102的一端相连；

第三开关模块303与第四开关模块304串联，连接点与第二输出绕组102的另一端相连；

第一开关模块301与第二开关模块302的串联支路与第三开关模块303与第四开关模块304的串联支路、整流器件401以及电容C并联，两端连接点分别作为第二整流电路202的输出端。

优选的，如图9所示，第二整流电路202包括：第一二级管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一开关管K1、整流器件401及电容C；其中，

第一二极管D1与第二二极管D2串联，连接点与第二输出绕组102的一端相连；

第三二极管D3与第四二极管D4串联，连接点与第二输出绕组102的另一端相连；

第一二极管D1与第二二极管D2的串联支路与第三二极管D3与第四二极管D4的串联支路并联，两端连接点分别为阴极连接点和阳极连接点；

整流器件401与电容C并联，两端连接点分别作为第二整流电路202的输出端；

第一开关管K1连接于阴极连接点及第二整流电路202输出端的高电势端之间，阳极连接点与第二整流电路202输出端的低电势端相连；或者，如图10所示，第一开关管K1连接于阳极连接点及第二整流电路202输出端的低电势端之间，阴极连接点与第二整流电路202输出端的高电势端相连。

图3至图10均为第二整流电路202的具体实现形式，可以视其应用环境而进行选用，均在此申请保护范围内。

优选的，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3与第四二极管D4均为肖特基二极管。

优选的，上述实施例中的整流器件401为二极管或者MOSFET。

优选的，所述第一整流电路为半波整流电路、全波整流电路、全桥整流电路，或者倍压整流电路。

优选的，所述DCDC变换器中与所述变压器原边绕组相连的拓扑为半桥谐振电路、全桥谐振电路、两电平电路或者多电平电路。

优选的，所述变压器中的原边绕组至少为一个，所述变压器中的输出绕组至少为两个。

本发明实施例所提供的所述DCDC变换器中的所述第一整流电路、所述变压器，及与所述变压器原边绕组相连的拓扑，其具体的电路实现形式均不做具体限定，可以视其具体应用环境而定。

优选的，所述DCDC变换器的控制器控制所述第一整流电路和第二整流电路按照以下模式工作：

所述控制器控制所述第二整流电路中的第一开关管导通；或者，所述控制器控制所述第二整流电路中的第一开关管工作在占空比可调状态；

所述第一整流电路和第二整流电路按等效变压比进行功率分摊。

具体的，如图11所示的LLC谐振变换器，包括：谐振电路101、变压器102、第一整流电路103、第二整流电路104。

所述LLC谐振变换器具体的工作模式具体包括：

一、第二整流电路104不工作，此时该电路工作特性与常规LLC谐振变换器完全一致，这里不再赘述。

二、第二整流电路104正常工作，具体分为两种子模式：

子模式1、开关管S5保持常开状态；第一整流电路103与第二整流电路104按等效变压比进行功率分摊；变压器102原边的谐振电路101电压和电流应力不受影响；谐振桥的ZVS(Zero Voltage Switch，零电压开关)特性和整流桥的ZCS(Zero Current Switch，零电流开关)特性也不受影响。图12所示为输入电压Vin与开关管S5两端电压Vg5，及滤波电容C3两端电压Vc3之间的波形图。

子模式2、开关管S5根据需要可工作在占空比D可调状态，此时开关管S5的开关频率为原边桥臂开关管的2倍，假设原边占空比为Dp且开关频率为fsw，则S5开关频率为2*fsw，占空比则不大于2*Dp。此时，第二整流电路104的输出电压由占空比决定，功率比仍与电压比例一致。图13所示为输入电压Vin与开关管S5两端电压Vg5，及滤波电容C3两端电压Vc3之间的波形图。

三、启动和关闭模式：

启动模式下，第二整流电路104切入工作时，可缓慢增加开关管S5的占空比，选择开关管S5驱动关断时间与原边桥臂关断时间一致；占空比缓慢增加至Dx(Dx<＝2*Dp，对应子模式2)或者增加到D＝1完全导通(对应子模式1)。

关闭模式下，第二整流电路104切除时，可缓慢减小开关管S5的占空比直至到零，注意开关管S5驱动关断时间与原边桥臂关断时间一致；也可直接将开关管S5关闭，滤波电容C3逐渐放电减小至二极管D11的压降。

第二整流电路104在开启时可采用PWM缓起处理，实现输出电压的缓变，原则上在设计好关断时刻的情况下，第二整流电路104可通过调整占空比使得输出电压控制更为精确，进一步拓宽输入电压工作范围。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上仅是本发明的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种DCDC变换器，其特征在于，所述DCDC变换器的变压器包括：第一输出绕组及第二输出绕组；所述DCDC变换器包括：与所述第一输出绕组相连的第一整流电路，及与所述第二输出绕组相连的第二整流电路；所述第一整流电路与所述第二整流电路的输出端串联连接。

2.根据权利要求1所述的DCDC变换器，其特征在于，所述第二整流电路包括：第一开关管、整流器件及电容；其中，

所述整流器件与所述电容并联，两端连接点分别作为所述第二整流电路的输出端；

所述第二整流电路的一个输出端与所述第二输出绕组的一端相连，所述第二整流电路的另一输出端通过所述第一开关管与所述第二输出绕组的另一端相连。

3.根据权利要求1所述的DCDC变换器，其特征在于，所述第二整流电路包括：第一开关管、第二开关管、整流器件及电容；其中，

所述整流器件与所述电容并联，两端连接点分别作为所述第二整流电路的输出端；

所述第一开关管的一端与所述第二开关管的一端分别与所述第二输出绕组的两端相连，所述第一开关管的另一端与所述第二开关管的另一端相连，连接点与所述第二整流电路输出端的高电势端相连；所述第二整流电路输出端的低电势端与所述第二输出绕组的中点相连。

4.根据权利要求1所述的DCDC变换器，其特征在于，所述第二整流电路包括：第一二极管、第二二极管、第一开关管、整流器件及电容；其中，

所述整流器件与所述电容并联，两端连接点分别作为所述第二整流电路的输出端；

所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阳极分别与所述第二输出绕组的两端相连，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极相连；

所述第一开关管连接于所述第二整流电路输出端的高电势端与所述第一二极管及所述第二二极管的阴极连接点之间；所述第二整流电路输出端的低电势端与所述第二输出绕组的中点相连；或者，所述第一开关管连接于所述第二整流电路输出端的低电势端与所述第二输出绕组的中点之间；所述第一二极管及所述第二二极管的阴极连接点与所述第二整流电路输出端的高电势端相连。

5.根据权利要求1所述的DCDC变换器，其特征在于，所述第二整流电路包括：第一开关模块、第二开关模块、第三开关模块、第四开关模块、整流器件及电容；所述第一开关模块、所述第二开关模块、所述第三开关模块及所述第四开关模块中至少两个模块为开关管，其余模块为二极管；其中，

所述第一开关模块与所述第二开关模块串联，连接点与所述第二输出绕组的一端相连；

所述第三开关模块与所述第四开关模块串联，连接点与所述第二输出绕组的另一端相连；

所述第一开关模块与所述第二开关模块的串联支路与所述第三开关模块与所述第四开关模块的串联支路、所述整流器件以及所述电容并联，两端连接点分别作为所述第二整流电路的输出端。

6.根据权利要求1所述的DCDC变换器，其特征在于，所述第二整流电路包括：第一二级管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一开关管、整流器件及电容；其中，

所述第一二极管与所述第二二极管串联，连接点与所述第二输出绕组的一端相连；

所述第三二极管与所述第四二极管串联，连接点与所述第二输出绕组的另一端相连；

所述第一二极管与所述第二二极管的串联支路与所述第三二极管与所述第四二极管的串联支路并联，两端连接点分别为阴极连接点和阳极连接点；

所述整流器件与所述电容并联，两端连接点分别作为所述第二整流电路的输出端；

所述第一开关管连接于所述阴极连接点及所述第二整流电路输出端的高电势端之间，所述阳极连接点与所述第二整流电路输出端的低电势端相连；或者，所述第一开关管连接于所述阳极连接点及所述第二整流电路输出端的低电势端之间，所述阴极连接点与所述第二整流电路输出端的高电势端相连。

7.根据权利要求1至6任一所述的DCDC变换器，其特征在于，所述DCDC变换器中与所述变压器原边绕组相连的拓扑为半桥谐振电路、全桥谐振电路、两电平电路或者多电平电路。

8.根据权利要求1至6任一所述的DCDC变换器，其特征在于，所述变压器中的原边绕组至少为一个，所述变压器中的输出绕组至少为两个。

9.根据权利要求6所述的DCDC变换器，其特征在于，所述DCDC变换器的控制器控制所述第一整流电路和第二整流电路按照以下模式工作：

所述控制器控制所述第二整流电路中的第一开关管导通；或者，所述控制器控制所述第二整流电路中的第一开关管工作在占空比可调状态；

所述第一整流电路和第二整流电路按等效变压比进行功率分摊。