CN105099209A - 一种集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器，包括开关管、变压器、PWM控制芯片、滤波电路、整流电路和反馈及保护电路。变换器采用集成一体化设计，DC/DC变换器功率电路采用两组反激电路并联组合而成双反激电路，每组反激电路中采用两个开关管串联，实现集成一体化串联并联组合式双反激电路，此电路可以适用于输入超高电压为DC800V～DC1000V，输出参数为DC12V～DC28V，功率100Ｗ以下要求的变换器设计，具有可靠性高、冗余并联和输入超高电压范围的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种变换器，具体地说，涉及一种集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器。
背景技术
目前，标准隔离式DC/DC变换器输入电压主要范围有DC9V～DC18V、DC18V～DC36V、DC36V～DC72V、DC66V～DC160V和DC200V～DC400V五种，国外美国VICOR公司、日本LAMBDA公司和美国SynQor为标准隔离式DC/DC变换器等产品的专业生产商，其制造和设计技术水平始终处于行业领先地位，主要研制生产产品的输入参数也仅为上述五种，但输入超高电压DC800V～DC1000V领域中，国外知名生产厂家没有产品设计，而在我国某些重要场合和特殊领域中，需要此输入电压范围参数变换器设计。
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器，包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、变压器T1、T2、PWM控制电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、整流二极管D1、D2、反馈及过压保护电路和过流保护电路；直流电源与输入滤波电容C1相连，开关管Q1和开关Q2串联变压器T1功率回路中；开关管Q3和开关Q4串联变压器T2功率回路中；开关管Q1的漏极和开关管Q3的漏极联与输入滤波电路的输出正端相连，变压器T1的初级线圈的同名端与开关管Q1的源极相连，变压器T1的初级线圈的的异名端与开关管Q2的漏极相连；变压器T2的初级线圈的同名端与开关管Q3的源极相连，变压器T1的初级线圈的的异名端与开关管Q4的漏极相连；开关管Q2、Q4的源极与输入滤波电容C1的输出负端相连，开关管Q1、Q2和Q3、Q4的栅极分别与PWM控制电路的两个控制端相连，变压器T1、T2的次级异名端分别连接整流二极管D1和D2，当开关管Q1、Q2和Q3、Q4交替工作时，变压器T1、T2储能分别经过整流二极管D1和D2交替对负载释放能量，电容C2起到输出滤波的作用，电源模块输入端开关管串联实现开关管分压的作用，将每个开关管承受的电压平均分压，实现输入超高电压为DC800V～DC1000V时，开关管不受到耐压限制，可以正常工作，输入和输出两套功率回路并联起到功率扩充和冗余的作用，反馈及过压保护电路和过流保护电路的输出端分别通过光耦芯片Q5和Q6与PWM控制电路反馈输入端相连。
主控芯片UCC2808A正常工作，驱动A和驱动B交错开通，当驱动A通时，驱动B闭；驱动B通时，驱动A闭，由于主控芯片的死区时间自身设定，不需外加其他元器件改变死区时间，所以不存在两组驱动同时开通的情况。
根据控制芯片两组驱动交错开通的原理，当驱动A开通同时驱动开关管Q1和Q2，电源模块输入功率回路导通，根据反激电路原理，变压器T1自身初级和次级匝比耦合特性，变压器T1初级输入储存能量，此时次级输出整流二极管不导通；当驱动A不开通，开关管Q1和Q2不工作时，变压器初级和次级变换同名端相位，此时次级输出整流二极管D1导通，将变压器T1储存的能量释放给负载。
当驱动B开通同时驱动开关管Q3和Q4，电源模块输入功率回路导通，根据反激电路原理，变压器T2自身初级和次级匝比耦合特性，变压器T2初级输入储存能量，此时次级输出整流二极管不导通；当驱动B不开通，开关管Q3和Q4不工作时，变压器初级和次级变换同名端相位，此时次级输出整流二极管D2导通，将变压器T2储存的能量释放给负载。
变换器两组功率回路输入和输出为并联关系，控制芯片两组驱动交错开通，
所以变压器T1回路工作时，变换器T1储存能量，变压器T2释放能量，同理变压器T2回路工作时，变换器T2储存能量，变压器T1释放能量，实现两个独立地变压器交替储存能量和传递输出能量，达到功率扩展的功能。
由于变换器输入为超高电压DC800V～DC1000V，单只开关管Q1很难承受如此高的耐压，所以采用两只相同型号和参数的开关管串联，实现开关管承受耐压平均分压，这样单只开关管承受只是原来耐压的一半电压，可以实现输入超高电压设计。
当变换器工作，驱动A同时驱动开关管Q1和Q2，开关管Q1和Q2同时开通，变压器T1功率回路导通，变压器T1储能，驱动A无驱动，开关管Q1和Q2同时关闭，变压器T1功率回路不导通，变压器T1通过输出整流二极管D1将储存能量释放到负载；同理，驱动B同时驱动开关管Q3和Q4，开关管Q3和Q4同时开通，变压器T2功率回路导通，变压器T2储能，驱动B无驱动，开关管Q3和Q4同时关闭，变压器T2功率回路不导通，变压器T2通过输出整流二极管D2将储存能量释放到负载
所述集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器，其PWM控制电路由主控芯片UCC2808A集成电路及其外围供电和驱动器件组成。
所述集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器，其电源模块输入电压覆盖DC800-DC1000V，输出电压覆盖DC12V-DC24V，DC/DC变换器功率电路采用两组反激电路并联组合而成双反激电路，每组反激电路中采用两个开关管串联，实现集成一体化串联并联组合式双反激电路，满足输入超高电压的要求和冗余并联扩充功率的要求。
所述集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器，其电源模块外壳采用3/4砖的标准外形结构。
本发明解决传统国外和国内变换器超高压输入DC800-DC1000V没有类似变换器设计的典型产品，DC/DC变换器功率电路采用两组反激电路并联组合而成双反激电路，每组反激电路中采用两个开关管串联，实现集成一体化串联并联组合式双反激电路，满足输入超高电压和冗余并联扩充功率的要求。
有益效果：
1、DC/DC电源模块功率电路采用集成一体化串联并联组合式双反激电路，具有更高的可靠性，输入电压覆盖DC800-DC1000V，输出电压覆盖DC12V-DC24V（单路），其体积为76.2×63.5×12.7（单位：mm，标准3/4砖），最大输出功率为100W，最高效率为85%，功率密度最高可达26..7W/in3，国外生产厂家暂时无类似变换器产品，可以满足某些重要场合和特殊领域此类变换器的需求。
2、变换器为隔离方式，隔离电压不低于DC1000V；
本发明的有益效果是DC/DC变换器功率电路采用两组反激电路并联组合而成双反激电路，每组反激电路中采用两个开关管串联，实现集成一体化串联并联组合式双反激电路，满足输入超高电压和冗余并联扩充功率的要求，国外生产厂家暂时无类似变换器产品，可以满足某些重要场合和特殊领域此类变换器的需求。
附图说明
图1为本发明变换器内部原理框图；
图2为本发明变换器外形图；
图3为本发明的外形图与引脚排列定义图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，一种集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器，包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、变压器T1、T2、PWM控制电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、整流二极管D1、D2、反馈及过压保护电路和过流保护电路；其特征在于：直流电源与输入滤波电容C1相连，开关管Q1和开关Q2串联变压器T1功率回路中；开关管Q3和开关Q4串联变压器T2功率回路中；开关管Q1的漏极和开关管Q3的漏极联与输入滤波电路的输出正端相连，变压器T1的初级线圈的同名端与开关管Q1的源极相连，变压器T1的初级线圈的的异名端与开关管Q2的漏极相连；变压器T2的初级线圈的同名端与开关管Q3的源极相连，变压器T1的初级线圈的的异名端与开关管Q4的漏极相连；开关管Q2、Q4的源极与输入滤波电容C1的输出负端相连，开关管Q1、Q2和Q3、Q4的栅极分别与PWM控制电路的两个控制端相连，变压器T1、T2的次级异名端分别连接整流二极管D1和D2，当开关管Q1、Q2和Q3、Q4交替工作时，变压器T1、T2储能分别经过整流二极管D1和D2交替对负载释放能量，电容C2起到输出滤波的作用，电源模块输入端开关管串联实现开关管分压的作用，将每个开关管承受的电压平均分压，实现输入超高电压为DC800V～DC1000V时，开关管不受到耐压限制，可以正常工作，输入和输出两套功率回路并联起到功率扩充和冗余的作用，反馈及过压保护电路和过流保护电路的输出端分别通过光耦芯片Q5和Q6与PWM控制电路反馈输入端相连。
主控芯片UCC2808A正常工作，驱动A和驱动B交错开通，当驱动A通时，驱动B闭；驱动B通时，驱动A闭，由于主控芯片的死区时间自身设定，不需外加其他元器件改变死区时间，所以不存在两组驱动同时开通的情况。
根据控制芯片两组驱动交错开通的原理，当驱动A开通同时驱动开关管Q1和Q2，电源模块输入功率回路导通，根据反激电路原理，变压器T1自身初级和次级匝比耦合特性，变压器T1初级输入储存能量，此时次级输出整流二极管不导通；当驱动A不开通，开关管Q1和Q2不工作时，变压器初级和次级变换同名端相位，此时次级输出整流二极管D1导通，将变压器T1储存的能量释放给负载。
当驱动B开通同时驱动开关管Q3和Q4，电源模块输入功率回路导通，根据反激电路原理，变压器T2自身初级和次级匝比耦合特性，变压器T2初级输入储存能量，此时次级输出整流二极管不导通；当驱动B不开通，开关管Q3和Q4不工作时，变压器初级和次级变换同名端相位，此时次级输出整流二极管D2导通，将变压器T2储存的能量释放给负载。
变换器两组功率回路输入和输出为并联关系，控制芯片两组驱动交错开通，
所以变压器T1回路工作时，变换器T1储存能量，变压器T2释放能量，同理变压器T2回路工作时，变换器T2储存能量，变压器T1释放能量，实现两个独立地变压器交替储存能量和传递输出能量，达到功率扩展的功能。
由于变换器输入为超高电压DC800V～DC1000V，单只开关管Q1很难承受如此高的耐压，所以采用两只相同型号和参数的开关管串联，实现开关管承受耐压平均分压，这样单只开关管承受只是原来耐压的一半电压，可以实现输入超高电压设计。
当变换器工作，驱动A同时驱动开关管Q1和Q2，开关管Q1和Q2同时开通，变压器T1功率回路导通，变压器T1储能，驱动A无驱动，开关管Q1和Q2同时关闭，变压器T1功率回路不导通，变压器T1通过输出整流二极管D1将储存能量释放到负载；同理，驱动B同时驱动开关管Q3和Q4，开关管Q3和Q4同时开通，变压器T2功率回路导通，变压器T2储能，驱动B无驱动，开关管Q3和Q4同时关闭，变压器T2功率回路不导通，变压器T2通过输出整流二极管D2将储存能量释放到负载
所述集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器，其PWM控制电路由主控芯片UCC2808A集成电路及其外围供电和驱动器件组成。
所述集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器，其电源模块输入电压覆盖DC800-DC1000V，输出电压覆盖DC12V-DC24V，DC/DC变换器功率电路采用两组反激电路并联组合而成双反激电路，每组反激电路中采用两个开关管串联，实现集成一体化串联并联组合式双反激电路，满足输入超高电压的要求和冗余并联扩充功率的要求。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器，包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、变压器T1、T2、PWM控制电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、整流二极管D1、D2、反馈及过压保护电路和过流保护电路；其特征在于：直流电源与输入滤波电容C1相连，开关管Q1和开关Q2串联变压器T1功率回路中；开关管Q3和开关Q4串联变压器T2功率回路中；开关管Q1的漏极和开关管Q3的漏极联与输入滤波电路的输出正端相连，变压器T1的初级线圈的同名端与开关管Q1的源极相连，变压器T1的初级线圈的的异名端与开关管Q2的漏极相连；变压器T2的初级线圈的同名端与开关管Q3的源极相连，变压器T1的初级线圈的的异名端与开关管Q4的漏极相连；开关管Q2、Q4的源极与输入滤波电容C1的输出负端相连，开关管Q1、Q2和Q3、Q4的栅极分别与PWM控制电路的两个控制端相连，变压器T1、T2的次级异名端分别连接整流二极管D1和D2，当开关管Q1、Q2和Q3、Q4交替工作时，变压器T1、T2储能分别经过整流二极管D1和D2交替对负载释放能量，电容C2起到输出滤波的作用，电源模块输入端开关管串联实现开关管分压的作用，将每个开关管承受的电压平均分压，实现输入超高电压为DC800V～DC1000V时，开关管不受到耐压限制，可以正常工作，输入和输出两套功率回路并联起到功率扩充和冗余的作用，反馈及过压保护电路和过流保护电路的输出端分别通过光耦芯片Q5和Q6与PWM控制电路反馈输入端相连；
主控芯片UCC2808A正常工作，驱动A和驱动B交错开通，当驱动A通时，驱动B闭；驱动B通时，驱动A闭，由于主控芯片的死区时间自身设定，不需外加其他元器件改变死区时间，所以不存在两组驱动同时开通的情况；
根据控制芯片两组驱动交错开通的原理，当驱动A开通同时驱动开关管Q1和Q2，电源模块输入功率回路导通，根据反激电路原理，变压器T1自身初级和次级匝比耦合特性，变压器T1初级输入储存能量，此时次级输出整流二极管不导通；当驱动A不开通，开关管Q1和Q2不工作时，变压器初级和次级变换同名端相位，此时次级输出整流二极管D1导通，将变压器T1储存的能量释放给负载；
当驱动B开通同时驱动开关管Q3和Q4，电源模块输入功率回路导通，根据反激电路原理，变压器T2自身初级和次级匝比耦合特性，变压器T2初级输入储存能量，此时次级输出整流二极管不导通；当驱动B不开通，开关管Q3和Q4不工作时，变压器初级和次级变换同名端相位，此时次级输出整流二极管D2导通，将变压器T2储存的能量释放给负载；
变换器两组功率回路输入和输出为并联关系，控制芯片两组驱动交错开通，
所以变压器T1回路工作时，变换器T1储存能量，变压器T2释放能量，同理变压器T2回路工作时，变换器T2储存能量，变压器T1释放能量，实现两个独立地变压器交替储存能量和传递输出能量，达到功率扩展的功能；
由于变换器输入为超高电压DC800V～DC1000V，单只开关管Q1很难承受如此高的耐压，所以采用两只相同型号和参数的开关管串联，实现开关管承受耐压平均分压，这样单只开关管承受只是原来耐压的一半电压，实现输入超高电压设计；
当变换器工作，驱动A同时驱动开关管Q1和Q2，开关管Q1和Q2同时开通，变压器T1功率回路导通，变压器T1储能，驱动A无驱动，开关管Q1和Q2同时关闭，变压器T1功率回路不导通，变压器T1通过输出整流二极管D1将储存能量释放到负载；同理，驱动B同时驱动开关管Q3和Q4，开关管Q3和Q4同时开通，变压器T2功率回路导通，变压器T2储能，驱动B无驱动，开关管Q3和Q4同时关闭，变压器T2功率回路不导通，变压器T2通过输出整流二极管D2将储存能量释放到负载。
2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：PWM控制电路由主控芯片UCC2808A的集成电路及其外围供电和驱动器件组成。
3.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：电源模块输入电压覆盖DC800-DC1000V，输出电压覆盖DC12V-DC28V，输入端功率回路采用两只开关管串联设计，输入和输出两套功率回路集成一体化并联设计实现功率扩充，实现集成一体化串联并联组合式双反激电路设计。
4.根据权利要求1成一体化串联并联组合式双反激电路变换器，其特征在于：电源模块外壳采用3/4砖的标准外形结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151125 |