CN104901535A - 一种非隔离谐振变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种非隔离谐振变换器。该谐振电路根据温度控制，采用一级变换结构，包括输入输出电路、谐振电路以及开关管驱动电路，其电路拓扑结构简单高效；且驱动电路与输入电压、输出电压相关从而控制开关管S的导通和关断，能够有效抑制输入电压和输出电压波动带来的影响，可应用于新能源领域。

Description

一种非隔离谐振变换器
【技术领域】
本发明属于电能变换领域，特别涉及一种应用于输入为新能源的温控非隔离谐振变换器。
【背景技术】
高频高效高功率密度是开关电源的发展趋势，谐振变换器凭借其软开关特性和良好的EMI表现，成为新能源电能变换技术领域研究的热点。
目前常见的谐振变换器，都是基于隔离式变压器制成，可配合参考图1所示，其均为利用隔离式变压器连接而成的谐振半桥变换器，具体来说，当副边同名端电压为正时，变压器绕组通过副边连接的电容C和二极管D1给负载供电，电容C具有抬压的作用；当副边同名端电压为负时，二极管D1截止，二极管D2导通，此时给电容C充电。由于隔离式变压器是由两个绕组构成，导致谐振变换器的体积较大，损耗较高，有待改进。
【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，提供一种非隔离式谐振变换器，其体积小，损耗低，功率密度高。
其拓扑结构为：输入电源Uin连接温控开关K，温控开关K连接输入电容Cin的一端、电感L1的异名端，电感L1的同名端连接电容C的一端，电容C的另一端连接电感L2的同名端和二极管D的阳极，二极管D的阴极连接输出电容Cout的一端，并输出电压；输入电容Cin的另一端、输出电容Cout的另一端接地，开关管S的一端接电感L1的同名端，另一端通过电阻R8接地。
温控开关K与温控探头相连接，温控开关中设置有可以调节电路启动与关断温度的控制器。
开关管S的驱动电路具体结构与输入电压和输出电压有关，配合稳压管、晶体管、电阻、电容进行有源驱动，具体结构为：稳压管Z1的阴极连接输入电压，阳极连接电阻R1、电阻R2的一端，且电容C1与稳压管Z1并联；电阻R3的一端连接输入电压，另一端连接晶体管Q2的发射极和晶体管Q1的基极；晶体管Q1的发射极连接输入电压，晶体管Q1基极通过电容C2连接至其集电极和晶体管Q2的基极；晶体管Q1集电极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端通过电阻R4连接至电感L1的同名端；电容C3与电阻R5并联；晶体管Q2的基极连接电阻R1的另一端；其集电极连接晶体管Q3的集电极和开关管S的控制极；晶体管Q3的基极连接电阻R2的另一端、电阻R6的一端；电阻R6的另一端连接稳压管Z2的阳极和电阻R7的一端，电阻R7的一端连接至开关管S的另一端；晶体管Q3的基极还通过电阻R9连接到电容C4的一端，电容C4的另一端连接到开关S的一端，其中晶体管Q1、Q2为PNP型晶体管，Q3为NPN型晶体管。
与现有技术相比，本发明的有益效包括：
本发明提出的谐振变换器，利用电感、电容构成的谐振电路做能量交换使用，其拓扑仅使用一级变换电路，克服传统谐振电路的不足，电路拓扑简化，且驱动电路与输入电压、输出电压相关从而控制开关管S的导通和关断，能够有效抑制输入电压和输出电压波动带来的影响，而且此拓扑与传统谐振变换器相比在同等工作条件下开关器件功率要小，效率要高，成本较低；同时本发明的谐振变换器通过温控开关，使电路控制更为精确地，降低成本节约能源，提高效率。
【附图说明】
图1：现有谐振半桥变换器的电路连接示意图；
图2：本发明的温控非隔离谐振变换器的结构示意图。
【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，本发明的温控非隔离谐振变换器包括输入电压Uin、电感L1、电容C、电感L2以及开关管S及其驱动电路构成，电感L1、电感L2为耦合型电感。
结合附图2对本发明的结构作详细说明，具体连接关系为：输入电源Uin连接温控开关K，温控开关K连接输入电容Cin的一端、、电感L1的异名端，电感L1的同名端连接电容C的一端，电容C的另一端连接电感L2的同名端和二极管D的阳极，二极管D的阴极连接输出电容Cout的一端，并输出电压；输入电容Cin的另一端、输出电容Cout的另一端接地，开关管S的一端接电感L1的同名端，另一端通过电阻R8接地。
开关管S的驱动电路具体结构与输入电压和输出电压有关，配合稳压管、晶体管、电阻、电容进行有源驱动，具体结构为：稳压管Z1的阴极连接输入电压，阳极连接电阻R1、电阻R2的一端，且电容C1与稳压管Z1并联；电阻R3的一端连接输入电压，另一端连接晶体管Q2的发射极和晶体管Q1的基极；晶体管Q1的发射极连接输入电压，晶体管Q1基极通过电容C2连接至其集电极和晶体管Q2的基极；晶体管Q1集电极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端通过电阻R4连接至电感L1的同名端；电容C3与电阻R5并联；晶体管Q2的基极连接电阻R1的另一端；其集电极连接晶体管Q3的集电极和开关管S的控制极；晶体管Q3的基极连接电阻R2的另一端、电阻R6的一端；电阻R6的另一端连接稳压管Z2的阳极和电阻R7的一端，电阻R7的一端连接至开关管S的另一端；晶体管Q3的基极还通过电阻R9连接到电容C4的一端，电容C4的另一端连接到开关S的一端，其中晶体管Q1、Q2为PNP型晶体管，Q3为NPN型晶体管。通过上述驱动电路，由晶体管Q1、Q2、Q3及其外围电路控制开关管S的导通和关断，当开关S导通时候，电感L1储能，电容C和电感L2释放能量，当开关S关断时候，电感L1、电容C、电感L2构成谐振电路，当流过二极管D的谐振电流变为0时，控制开关管再次导通，形成周期性的导通和关断。
开关管S为MOSFET或者IGBT等功率半导体器件。
输入电源为蓄电池、燃料电池或光伏电池等。
该谐振电路采用一级变换结构，电路拓扑结构简单高效；且驱动电路与输入电压、输出电压相关从而控制开关管S的导通和关断，能够有效抑制输入电压和输出电压波动带来的影响。
温控开关K控制电路工作状态，根据所述开关开连接的温控探头的温度反馈，控制谐振电路开启或关断。
温控开关K为满足不同装置所需的温度不同的情况，设置有可以调节电路启动温度与关断温度的控制器。
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 (5)

1.一种非隔离谐振变换器，其特征在于：输入电源Uin连接输入电容Cin的一端、电感L1的异名端，电感L1的同名端连接电容C的一端，电容C的另一端连接电感L2的同名端和二极管D的阳极，二极管D的阴极连接输出电容Cout的一端，并输出电压；输入电容Cin的另一端、输出电容Cout的另一端接地，开关管S的一端接电感L1的同名端，另一端通过电阻R8接地；开关管S的驱动电路与输入电压和输出电压有关，配合稳压管、晶体管、电阻、电容进行有源驱动，具体结构为：稳压管Z1的阴极连接输入电压，阳极连接电阻R1、电阻R2的一端，且电容C1与稳压管Z1并联；电阻R3的一端连接输入电压，另一端连接晶体管Q2的发射极和晶体管Q1的基极；晶体管Q1的发射极连接输入电压，晶体管Q1基极通过电容C2连接至其集电极和晶体管Q2的基极；晶体管Q1集电极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端通过电阻R4连接至电感L1的同名端；电容C3与电阻R5并联；晶体管Q2的基极连接电阻R1的另一端；其集电极连接晶体管Q3的集电极和开关管S的控制极；晶体管Q3的基极连接电阻R2的另一端、电阻R6的一端；电阻R6的另一端连接稳压管Z2的阳极和电阻R7的一端，电阻R7的一端连接至开关管S的另一端；晶体管Q3的基极还通过电阻R9连接到电容C4的一端，电容C4的另一端连接到开关管S的一端。
2.根据权利要求1所述的非隔离谐振变换器，其特征在于：所述晶体管Q1、Q2为PNP型晶体管。
3.根据权利要求1所述的非隔离谐振变换器，其特征在于：所述Q3为NPN型晶体管。
4.根据权利要求1所述的非隔离谐振变换器，其特征在于：所述的开关管S为IGBT或MOSFET。
5.根据权利要求1所述的非隔离谐振变换器，其特征在于：所述输入电压为蓄电池、燃料电池或光伏电池。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103856050A (zh) * 2012-12-04 2014-06-11 欧司朗股份有限公司 转换器电路
WO2014103745A1 (ja) * 2012-12-28 2014-07-03 日立アプライアンス株式会社 昇圧回路、モータ駆動モジュール及び冷凍機器
CN104600981A (zh) * 2014-12-12 2015-05-06 贵州永红航空机械有限责任公司 一种制冷系统

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