CN104836449A

CN104836449A - 一种新型推挽变换器

Info

Publication number: CN104836449A
Application number: CN201510284620.7A
Authority: CN
Inventors: 金涛
Original assignee: Xiangyang Jing Sheng Scientific And Technological Information Advisory Co Ltd
Current assignee: Xiangyang Jing Sheng Scientific And Technological Information Advisory Co Ltd
Priority date: 2014-12-13
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2015-08-12

Abstract

本发明公布了一种新型推挽变换器，包括输入电源Uin，温控开关K，两个开关器件S1、S2，隔离变压器T，整流二极管D1、D2，储能电感L、储能电容C和负载R，与储能电感L耦合的辅助线圈Lau，PWM控制器和输出电压计算器，输出电压计算器根据辅助线圈Lau的测量电压U_det、隔离变压器T的原边绕组匝数N1、副边绕组匝数N2、输入电压Uin、二极管D1、D2管压降、开关器件导通时间以及储能电感L耦合的辅助线圈Lau的变比α来确定输出电压的实时输出值Uout，PWM控制器根据该实时输出值产生PWM驱动信号来控制开关器件S1、S2的导通或关断。

Description

一种新型推挽变换器

【技术领域】

本发明涉及一种新型直流变流器，尤其是一种温控推挽式直流变流器。

【背景技术】

由于开关电源相对于传统线性电源具有高效率、小体积、高可靠性等优点，越来越广泛的被应用于计算机、通讯、电力、家电、仪器和航空航天等领域。当由铅酸电池供电的开关电源和逆变器，如何使其效率更高、体积更小和能量密度高，如今用的最多拓扑结构是采用推挽电路拓扑，其特点是采用高频变压器，使开关电源体积小和功率密度高；同时此类拓扑适合低压和大电流的应用场合，因此在不间断电源和正弦波逆变器等电源系统前级中得到广泛的应用。这类电源系统输出的电压和电流稳定性很大程度上取决于前级输出高压的稳定性，无论是电压单环控制还是电压电流双闭环控制，其基础均是电压反馈控制，输出电压通过光耦反馈电路将其反馈到前端控制器中，增加了系统的复杂性，降低了反馈的动态性能导致不能精确控制(如图1所示)。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种新的推挽变换器，其采样不依赖光耦等附加采样措施，可以降低系统成本，提高反馈的动态性能进而实现精确的PWM控制。

输入电源Uin可以是交直变换得到的直流电压也可以是蓄电池、铅酸电池等直流电压形式，温控开关K连接输入电源Uin，所述温控开关K链接温控探头，根据探头反馈的温度情况控制电路通断，温控开关K可以根据需要自行设置启动的温度数值；开关器件S1、S2由PWM控制器驱动进行开关动作，将直流电压变换为交流方波电压加在隔离变压器T的原边，在隔离变压器的副边绕组只有一个二极管管压降，隔离变压器的原边绕组匝数为N1，副边绕组匝数为N2，两个开关器件交替导通，在开关器件闭合的区间内，如当开关器件S1导通时，二极管D1承受正压而导通，而D2由于反向偏置而截至，开关器件S2导通时，D2导通，D1截至。而在开关器件闭合区间内，储能电感L两端的电压为：

u_{L} = \frac{N_{2}}{N_{1}} U_{in} - U_{D} - U_{out} - - - (1)

在两个开关器件同时关断的时候，电感电流i_L平均分配到隔离变压器副边的两个绕组中，此时储能电感L两端的电压为：

u_L＝-U_D-U_out (2)

其中，U_D为整流二极管D1、D2的电压降，U_out为输出电压；

假设与储能电感L耦合的辅助线圈Lau的变比为α，辅助绕组的电压为测量电压U_det，u_L＝αU_det那么，输出电压可以表示为

开关管开通期间：

U_{out} = \frac{N_{2}}{N_{1}} U_{in} - U_{D} - α U_{\det},

开关管关断期间：U_out＝-U_D-αU_det；

与现有技术相比，本发明的有益效包括：

本发明提供的一种新型推挽变换器，通过直接检测储能电感L的实时电压，并根据变压器固有参数、输入电压和开关管是否导通即可确定输出电压的变化情况。该推挽变换器采样不依赖光耦等附加采样措施，可以降低系统成本，提高反馈的动态性能进而实现精确的PWM控制；同时通过对温控开关设置启动温度，保证变换器的精确控制，减少能耗，增加功率。

【附图说明】

图1：现有推挽变换器的电路控制图；

图2：本发明的推挽变换器电路结构图；

图3：模拟电路实现的输出电压计算方式图。

【具体实施方式】

为使本发明的技术方案更加清楚，下面结合附图及具体实施过程对本发明作进一步的详细说明。

由图2可知，该推挽变换器的包括输入电源Uin，两个开关器件S1、S2，隔离变压器T，整流二极管D1、D2，储能电感L、储能电容C和负载R，与储能电感L耦合的辅助线圈Lau，PWM控制器和输出电压计算器。

输入电源Uin可以是交直变换得到的直流电压也可以是蓄电池、铅酸电池等直流电压形式，温控开关K连接输入电源Uin，所述温控开关K与温控探头相连接，根据探头反馈的温度情况控制电路通断，探头可以使用现有任意温控探头对设备工作环境温度进行测控，温控开关K可以根据需要自行设置启动的温度数值，当温度超过设定值时，启动推挽变换器，对设备的电压进行控制。

开关器件S1、S2由PWM控制器驱动进行开关动作，将直流电压变换为交流方波电压加在隔离变压器T的原边，在隔离变压器的副边绕组只有一个二极管管压降，隔离变压器的原边绕组匝数为N1，副边绕组匝数为N2，两个开关管交替导通，在开关元件闭合的区间内，如当开关管S1导通时，二极管D1承受正压而导通，而D2由于反向偏置而截至，开关管S2导通时，D2导通，D1截至。而在开关元件闭合区间内，根据基尔霍夫电压定律可以确定储能电感L两端的电压为：

u_{L} = \frac{N_{2}}{N_{1}} U_{in} - U_{D} - U_{out} - - - (1)

在两个开关管同时关断的时候，电感电流i_L平均分配到隔离变压器副边的两个绕组中，此时储能电感L两端的电压为：

u_L＝-U_D-U_out (2)

其中，U_D为整流二极管D1、D2的电压降，U_out为输出电压；

假设与储能电感L耦合的辅助线圈Lau的变比为α，辅助绕组的电压为测量电压U_det，则，u_L＝αU_det，那么，输出电压可推导为：

开关管开通期间：

U_{out} = \frac{N_{2}}{N_{1}} U_{in} - U_{D} - α U_{\det};

开关管关断期间：U_out＝-U_D-αU_det；

因此，通过直接检测储能电感L的实时电压，并根据变压器固有参数、输入电压和开关管是否导通即可确定输出电压的变化情况。

而上述关系可以直接在PWM控制器中利用现有技术的数字编程实现，也可以通过模拟电路的方式实现，如使用减法器、加法器；在使用模拟电路时候，减法器是否使用可以由一个单刀双掷开关来进行控制，单刀双掷开关的控制与开关管的控制脉冲相同，在开关管导通期间使用该电平，在开关管截至期间减法器的正输入端直接接地，如图3所示。由于计算得出的U_out将含有高次谐波，通过低通滤波器将高次谐波滤除后，即可得到实时准确的输出电压，再送入PWM控制器中进行常规的PWM驱动控制，可以实现电压闭环控制或者电压电流双闭环控制。

采样带上述控制器的推挽变换器，其采样不依赖光耦等附加采样措施，可以降低系统成本，提高反馈的动态性能进而实现精确的PWM控制。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种新型推挽变换器，其特征在于：包括输入电源Uin，温度控制开关K，两个开关器件S1、S2，隔离变压器T，整流二极管D1、D2，储能电感L、储能电容C和负载R，与储能电感L耦合的辅助线圈Lau，PWM控制器和输出电压计算器，开关器件S1、S2由PWM控制器驱动进行开关动作，将输入电源的直流电压变换为交流方波电压加在隔离变压器T的原边，在隔离变压器的副边绕组只有一个二极管管压降，两个开关器件交替导通，在开关元件闭合的区间内，当开关管S1导通时，二极管D1承受正压而导通，而二极管D2由于反向偏置而截至，当开关管S2导通时，二极管D2导通，二极管D1截至；输出电压计算器根据辅助线圈Lau的测量电压U_det、隔离变压器T的原边绕组匝数N1、副边绕组匝数N2、输入电压Uin、二极管D1、D2管压降、开关器件导通时间以及储能电感L耦合的辅助线圈Lau的变比α来确定输出电压的实时输出值Uout，PWM控制器根据该实时输出值产生PWM驱动信号来控制开关器件S1、S2的导通或关断。

2.根据权利要求1所述的新型推挽变换器，其特征在于：所述实时输出值Uout的计算公式为：

开关管开通期间：

U_{out} = \frac{N_{2}}{N_{1}} U_{in} - U_{D} - α U_{\det},

开关管关断期间：U_out＝-U_D-αU_det；

其中，U_D为二极管D1、D2的管压降，U_det为辅助线圈Lau的测量电压。

3.根据权利要求2所述的新型推挽变换器，其特征在于：所述实时输出值Uout的计算为数字编程实现或者通过模拟电路的方式实现。

4.根据权利要求3所述的新型推挽变换器，其特征在于：该通过模拟电路实现实时输出值Uout的计算中，模拟电路为减法器，减法器的其中一个输入采用单刀双掷来实现与参考地之间的切换，其切换频率与开关器件的导通频率一致。

5.根据权利要求3所述的新型推挽变换器，其特征在于：所述实时输出值Uout的经计算后通过低通滤波器将高次谐波滤除，将滤波后的电压发送至PWM控制器。

6.根据权利要求1所述的新型推挽变换器，其特征在于：所述温度控制开关K链接温控探头，根据探头反馈的温度情况控制电路通断。

7.根据权利要求1所述的新型推挽变换器，其特征在于：所述温度控制开关K可以自行设置启动温度。