CN104867663A - 一种新型变压器及移相全桥dc-dc变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型变压器及移相全桥DC-DC变换器，该新型变压器用于实现低压大电流变换输出，它包括磁芯、初级线圈和次级板圈，所述次级板圈由金属板包绕磁芯形成，所述金属板包绕的起始端和终止端为次级板圈的两输出端；该移相全桥DC-DC变换器，包括超前桥臂、滞后桥臂、高频变压器和整流电路，该高频变压器采用所述的新型变压器。它具有如下优点：减小变压器和变换器的体积、散热效果好。

Description

一种新型变压器及移相全桥DC-DC变换器
技术领域
本发明涉及一种新型变压器及移相全桥DC-DC变换器，尤其涉及一种用于实现低压大电流变换输出的新型变压器，及应用该新型变压器移相全桥DC-DC变换器。
背景技术
自20世纪90年代以来，经过几十年的发展，移相全桥软开关DC/DC变换电路逐步趋向成熟，日益发展成为中-大功率直流变换器的主流。与其他DC/DC相比，移相全桥软开关具有以下优点：变换器充分利用了电路本身的寄生参数，电路结构简单；开关管工作在软开关状态，降低了开关损耗，故变换器具有很高的效率；零电压开关的工作模式使得变换器中MOSFET工作在很高的开关频率，从而提高了功率密度；全桥臂上主功率管的电压、电流应力低。
在移相全桥DC/DC变换器中，变压器二次侧的整流电路是变换器的重要组成部分，它很大程度上决定着变换器的性能。然而，在大部分的低压大电流输出应用场合中，二次侧的整流电路损耗通常在整机总损耗中占有相当大的比重，传统开关变换器的整机总损耗比重分布开始明显地向DC/DC变换器的二次侧倾斜。变换器二次侧损耗产生的大量热量严重影响到变换器的安全性和稳定性，因此变换器二次侧的散热是一个不容忽视的问题。其次，变压器的二次侧绕组的感应电压远远小于其一次侧输入电压，忽略变压器自身的损耗，其输入功率基本等于输出功率，故变压器二次侧流过的电流远远大于其一次侧流过的电流。因此如图1所示，在传统移相全桥DC/DC变换器中，高频变压器副边绕组的绕制导线100要非常粗且匝数很少，以有足够截面积承载大电流，绕制过程中导线不能紧贴磁芯绕制，导致产生漏感、增加电磁干扰、产生谐波，增加变压器的能量损耗等，同时在磁电转换过程中，此种绕制方式容易使导线产生的热量不易散出去，造成温度升高，影响变压器的工作特性和稳定性。
在传统移相全桥DC/DC变换器的高频变压器二次侧，当输出端负载发生变化，甚至突然短路时，由于大输出滤波电感的存在，使得流经副边的电流是缓慢建立的，造成系统动态响应速度相对较慢，不能及时采取有效的调节保护措施。
发明内容
本发明提供了一种新型变压器及移相全桥DC-DC变换器，其克服了背景技术中所述的传统移相全桥变换器以及传统低压大电流输出用变压器的不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种新型变压器，用于实现低压大电流变换输出，它包括磁芯、初级线圈和次级板圈，所述次级板圈由金属板包绕磁芯形成，所述金属板包绕的起始端和终止端为次级板圈的两输出端。
一实施例之中：所述次级板圈为单匝金属板圈。
一实施例之中：具有一个初级线圈和两个次级板圈。
一实施例之中：所述磁芯为EE型磁芯或UU型磁芯。
一实施例之中：还包括公共端金属板，所述两次级板圈中的其一次级板圈的高压输出端与另一次级板圈的低压输出端通过该公共端金属板连接并引出形成所述两次级板圈的公共输出端。
一实施例之中：所述次级板圈上设有散热片。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
一种移相全桥DC-DC变换器，它包括由第一MOSFET管和第二MOSFET管形成的超前桥臂、由第三MOSFET管和第四MOSFET管形成的滞后桥臂、高频变压器和整流电路，所述超前桥臂和滞后桥臂的中点连接到高频变压器的原边，所述高频变压器的副边连接到整流电路，所述高频变压器采用权利要求1至6中任一项所述的一种新型变压器。
一实施例之中：所述整流电路包括第一硅控整流管和第二硅控整流管，通过该第一硅控整流管和第二硅控整流管形成具有软开关控制的所述整流电路，所述两次级板圈分别向外延伸有连接部，所述第一硅控整流管和第二硅控整流管设于并电连接该连接部。
一实施例之中：所述超前桥臂和滞后桥臂的中点分别通过谐振电感和隔直电容连接到高频变压器的原边。
一实施例之中：所述高频变压器的副边经整流电路后连接负载电路，所述负载电路不具有输出滤波电感。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
1、一种新型变压器，用于实现低压大电流变换输出，它包括磁芯、初级线圈和次级板圈，次级板圈由金属板包绕磁芯形成，金属板包绕的起始端和终止端为次级板圈的两输出端，采用金属板包绕磁芯形成次级输出，包绕更紧密、简单，减小变压器体积，不易出现漏磁、电磁干扰等情况，降低变压器损耗，且金属板的散热效果好，降低变压器工作温度对变压器工作特性和稳定性的影响。
2、所述次级板圈上设有散热片，进一步起到散热作用。
3、一种移相全桥DC-DC变换器中的高频变压器采用本发明方案之一所述的一种新型变压器，使该变换器的整体体积减小，从而大大提高了变换器的功率密度，同时散热效果更佳。
4、所述两次级板圈分别向外延伸有连接部，第一硅控整流管和第二硅控整流管与该两次级板圈的连接部连接，使次级板圈、连接部与散热片同时作为该整流电路的散热通道，提高了变换器的散热性，降低变换器的工作温度，改善变换器的安全性和稳定性；同时，还避免了在变换器PCB板上为匹配大电流经过而大面积敷铜，节省了布板空间。
5、所述高频变压器的副边经整流电路后连接负载电路，所述负载电路不具有输出滤波电感，提高变换器的动态响应速度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1绘示了背景技术中所述的传统高频变压器的结构示意图。
图2绘示了实施例一所述的一种新型变压器的结构示意图之一。
图3绘示了实施例一所述的一种新型变压器的结构示意图之二。
图4绘示了实施例一所述的一种新型变压器的结构示意图之三。
图5绘示了实施例二所述的一种移相全桥DC-DC变换器的电路结构图。
具体实施方式
实施例一：请查阅图2至图4，
一种新型变压器，用于实现高压转低压的大电流变换输出，它包括磁芯10、初级线圈20和次级板圈30，次级板圈30由金属板包绕磁芯形成，金属板包绕的起始端和终止端形成次级板圈的两高低压输出端，初级线圈20为现有变压器常用的金属丝包绕磁芯形成。根据变压器的变比，设计次级板圈30的匝数和初级线圈20的匝数，本实施例中，将次级板圈30的匝数固定为一匝(即金属板只包绕磁芯一圈)，再依变比设计初级线圈20的匝数，从而简化了变压器的设计过程。所述初级线圈20和次级板圈30都采用铜导电材料制成。
本实施例中，所述的新型变压器具有一个初级线圈20和两个次级板圈30。磁芯10采用可承载大功率的EE型磁芯或UU型磁芯；对于EE型磁芯，两次级板圈30对称地包绕在磁芯10的两侧磁柱上，初级线圈20缠绕在磁芯10的中心磁柱上。为了便于次级板圈30与外围电路的连接，还可将次级板圈部分延伸形成连接部31，并在连接部上设连接孔311以便于连接。
优选地，该新型变压器还包括公共端金属板40，两次级板圈30中的其一次级板圈的高压输出端与另一次级板圈的低压输出端通过该公共端金属板40连接并引出形成所述两次级板圈30的公共输出端。
本发明所述的新型变压器的副边设计不同于传统变压器的副边设计，而是采用金属板的包绕代替传统金属线的包绕，由于金属板的截面积大，尤其适用于低压大电流输出的情况，而且金属板包绕磁芯更紧密，因而还克服了传统变压器在低压大电流输出情况下次级金属线包绕磁芯难度大，包绕不紧密出现漏磁而额外增加变压器损耗等现象。由于金属板的散热面积大，因此还大大提高变压器副边的散热面积，散热效果好，最好，在所述次级板圈30上增设散热片50，以进一步提高该新型变压器的散热性能。
实施例二：请查阅图2至图5,
一种移相全桥DC-DC变换器，它包括输入电源1、由第一MOSFET管和第二MOSFET管形成的超前桥臂2、由第三MOSFET管和第四MOSFET管形成的滞后桥臂3、高频变压器4、整流电路5和负载电路6。超前桥臂2和滞后桥臂3的中点连接到高频变压器4的原边，高频变压器4的副边连接到整流电路5，整流电路5连接负载电路6，这里的高频变压器4采用实施例一所述的一种新型变压器。
该整流电路5包括第一硅控整流管和第二硅控整流管，通过该第一硅控整流管和第二硅控整流管形成具有软开关控制的所述整流电路5，新型变压器的两次级板圈30分别向外延伸有连接部31，连接部31上设有连接孔311，第一硅控整流管和第二硅控整流管通过该连接孔311直接与两次级板圈的连接部31电连接，该连接部31为具有散热性能的金属板状，该连接部31与次级板圈30可一体成型。这里将整流电路5的整流管直接设于并电接于连接部31，将次级板圈30、连接部31和散热片50同时作为该整流电路5的散热通道(即作为整流管的散热片使用)，可降低整流电路5的工作温度，改善变换器的整机工作性能。另一方面，通过将整流管直接连接在连接部31上，避免了在变换器PCB板上为适配变压器的二次输出的大电流而大面积敷铜，为PCB板节省了布板空间，从而进一步减小了变换器的体积。本实施例中，该第一硅控整流管和第二硅控整流管采用通态电阻极低的MOSFET整流管。
本实施例中，该新型变压器中的公共端金属板40为类似“T”字型板，具有一横板41和一竖板42，该横板41的两端分别与两次级板圈30相固定和电连接，该竖板42作为公共输出端的引出端。
所述超前桥臂和滞后桥臂的中点分别通过谐振电感7和隔直电容8连接到高频变压器的原边。高频变压器4的副边经整流电路5后连接负载电路6，最好在负载电路6中不设输出滤波电感，以提高该DC-DC变换器的动态响应速度。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种新型变压器，用于实现低压大电流变换输出，其特征在于：包括磁芯、初级线圈和次级板圈，所述次级板圈由金属板包绕磁芯形成，所述金属板包绕的起始端和终止端为次级板圈的两输出端。
2.根据权利要求1所述的一种新型变压器，其特征在于：所述次级板圈为单匝金属板圈。
3.根据权利要求2所述的一种新型变压器，其特征在于：具有一个初级线圈和两个次级板圈。
4.根据权利要求3所述的一种新型变压器，其特征在于：还包括公共端金属板，所述两次级板圈中的其一次级板圈的高压输出端与另一次级板圈的低压输出端通过该公共端金属板连接并引出形成所述两次级板圈的公共输出端。
5.根据权利要求4所述的一种新型变压器，其特征在于：所述次级板圈上设有散热片。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种新型变压器，其特征在于：所述磁芯为EE型磁芯或UU型磁芯。
7.一种移相全桥DC-DC变换器，包括由第一MOSFET管和第二MOSFET管形成的超前桥臂、由第三MOSFET管和第四MOSFET管形成的滞后桥臂、高频变压器和整流电路，所述超前桥臂和滞后桥臂的中点能连接到高频变压器的原边，所述高频变压器的副边连接到整流电路，其特征在于：所述高频变压器采用权利要求3至5中任一项所述的一种新型变压器。
8.根据权利要求7所述的一种移相全桥DC-DC变换器，其特征在于：所述整流电路包括第一硅控整流管和第二硅控整流管，通过该第一硅控整流管和第二硅控整流管形成具有软开关控制的所述整流电路，所述两次级板圈分别向外延伸有连接部，所述第一硅控整流管和第二硅控整流管设于并电连接该连接部。
9.根据权利要求8所述的一种移相全桥DC-DC变换器，其特征在于：所述超前桥臂和滞后桥臂的中点分别通过谐振电感和隔直电容连接到高频变压器的原边。
10.根据权利要求9所述的一种移相全桥DC-DC变换器，其特征在于：所述高频变压器的副边经整流电路后连接负载电路，所述负载电路不具有输出滤波电感。
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