CN106026676B - 一种双变压器全桥变换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双变压器全桥变换装置，包括全桥变换电路；整流电路；两个变压器，通过两个变压器初次级的连接，使两个变压器分别在正负半波工作期间向负载提供能量，当一个变压器向负载提供能量时，另一个变压器次级整流后的等效负载反射到初级，于是初级的电感量会随负载的变化而变化，相当于全桥串联的谐振电感随负载变化而变化，所以能够使全桥从空载到满载全程都能实现软开关。本发明极大地提高了电源的转换效率，特别在大功率开关电源转换器上应用效果明显，以克服传统一般全桥开关电源损耗高发热大的问题。
Description
技术领域
本发明属于开关电源领域，具体涉及一种双变压器全桥变换装置。
背景技术
现有技术很多采用硬开关技术，其开通时，开关器件的电流上升和电压下降同时进行；关断时，电压上升和电流下降同时进行。电压、电流波形的交叠产生了开关损耗，该损耗随开关频率的提高而急速增加，而且工作效率低，使用寿命短。上述问题严重阻碍了开关器件工作频率的提高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双变压器全桥变换装置，极大地提高了电源的转换效率，特别在大功率开关电源转换器上应用效果明显。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种双变压器全桥变换装置，极大地提高了电源的转换效率。
本发明还有一个目的是提供一种双变压器全桥变换装置，解决了传统一般全桥开关电源损耗高发热大的问题。
本发明还有一个目的是提供一种双变压器全桥变换装置，能够使全桥从空载到满载全程都能实现软开关。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种双变压器全桥变换装置，包括：
全桥变换电路；
整流电路；
两个变压器，其初级绕组的头分别连接至所述全桥变换电路的桥臂上，所述两个变压器的初级绕组的尾连接，所述两个变压器的次级绕组的头分别连接所述整流电路的输入端，所述两个变压器的次级绕组的尾连接；
其中，通过所述两个变压器初次级绕组的连接，使所述全桥变换电路中的所述两个变压器分别在半波工作期间向负载提供能量。
优选的是，所述两个变压器包括第一变压器和第二变压器，所述第一变压器的和所述第二变压器的初级绕组的头分别连接至所述全桥变换电路的两个桥臂的中点，所述第一变压器和所述第二变压器的初级绕组的尾相互连接；
所述第一变压器和所述第二变压器的次级绕组的头分别连接至所述整流电路的输入端，所述第一变压器和所述第二变压器的次级绕组的尾相互连接，作为所述整流电路的输出端。
优选的是，所述全桥变换电路包括四个功率管，其分别第一功率管、第二功率管、第三功率管及第四功率管；
其中，所述第一功率管和所述第四功率管同时导通时，使电流流过由所述第一功率管、所述第二变压器的初级绕组、所述第一变压器的初级绕组及所述第四功率管构成第一半波回路；
其中，所述第二功率管和所述第三功率管同时导通时，使电流流过由所述第二功率管、所述第一变压器的初级绕组、所述第二变压器的初级绕组及所述第三功率管构成第二半波回路。
优选的是，还包括输入滤波电容，其用来输入直流电压，所述输入滤波电容的正极连接所述全桥电路的输入端，所述输入滤波电容的负极连接所述全桥电路的输出端。
优选的是，还包括输出滤波电容，用来输出直流电压向所述负载提供能量，所述输出滤波电容的正极连接所述整流电路的输入端，所述输出滤波电容的负极连接所述整流电路的输出端。
优选的是，所述整流电路包括：
第一整流电路，其上设置第一整流单元，所述第一整流单元的正极与所述第一变压器的次级绕组的头连接，所述第一整流单元的负极与所述输出滤波电容的正极连接；
第二整流电路，其上设置第二整流单元，所述第二整流单元的正极与所述第二变压器的次级绕组的头连接，所述第二整流单元的负极与所述输出滤波电容的正极连接；
其中，所述第一整流单元的正极和所述第二整流单元的正极为所述第一整流电路的输入端和所述第二整流电路的输入端，即所述整流电路的输入端。
优选的是，所述第一半波回路与所述第二整流电路同时工作时，所述输出滤波电容向所述负载供电，所述第二半波回路与所述第一整流电路同时工作时，所述输出滤波电容向所述负载供电。
优选的是，所述四个功率管可以是MOSFET或者IGBT。
优选的是，所述第一整流单元和所述第二整流单元为二极管，MOSFET或IGBT中的一种，所述整流电路为全波方式或者全桥方式。
优选的是，还包括两个箝位电容，所述两个箝位电容串联在所述输入滤波电容的两端。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明提供的一种双变压器全桥变换装置，其通过两个变压器初次级的连接，使两个变压器分别在正负半波工作期间向负载提供能量。
2、本发明提供的一种双变压器全桥变换装置，其使全桥四个功率管和整流单元从空载到满载实现全程零电流开关。
3、本发明提供的一种双变压器全桥变换装置，其解决了传统一般全桥开关电源损耗高、发热大、效率低及寿命短的技术难题。
4、本发明提供的一种双变压器全桥变换装置，其极大地提高了电源的转换效率，特别在大功率开关电源转换器上应用效果明显。
5、本发明提供的一种双变压器全桥变换装置，其采用箝位电容，使得两个变压器的工作更加对称。
附图说明
图1是本发明所述的双变压器全桥变换装置的电路工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本说明书中，当一个元件被提及为“连接至或耦接至”另一个元件或“设置在另一个元件中”时，其可以“直接”连接至或耦接至另一元件或“直接”设置在另一元件中。或以其他元件介于其间的方式连接至或耦接至另一元件或设置在另一元件中，除非其被体积为“直接耦接至或连接至”另一元件或“直接设置”在另一元件中。此外，应理解，当一个元件被提及为“在另一元件上”、“在另一元件上方”、“在另一元件下”或“在另一元件下方”时，其可与另一元件“直接”接触或以其间介入有其他元件的方式与另一元件接触，除非其被提及为与另一元件直接接触。
本发明附图中的电路符号为：
Q1为第一功率管，Q2为第二功率管，Q3为第三功率管，Q4为第四功率管；C2为输入滤波电容；T1为第一变压器，T2为第二变压器；D1为第一整流单元，D2为第二整流单元；C3和C4为箝位电容；C1为输出滤波电容；A和B为所述全桥电路中的两个桥臂的中点。
本发明提供了一种双变压器全桥变换装置，包括：
全桥变换电路；
整流电路；
两个变压器，其初级绕组的头分别连接至所述全桥变换电路的桥臂上，所述两个变压器的初级绕组的尾连接，所述两个变压器的次级绕组的头分别连接所述整流电路的输入端，所述两个变压器的次级绕组的尾连接；
其中，通过所述两个变压器初次级绕组的连接，使所述全桥变换电路中的所述两个变压器分别在半波工作期间向负载提供能量。
本发明实施例提供一种双变压器全桥变换装置，两个变压器是两个完全一模一样的变压器，不仅磁芯、骨架、初次级绕组的匝数线径相同，绕组的相位也完全相同。
因为通过变压器的高频交流电压电流的正负半波都是对称的，两个变压器一个工作在正半波，一个工作在负半波，所以两个变压器需要完全相同，不一样的话，电路不能正常工作，这样的设计，能够让全桥开关管工作ZCS软开关状态，没有了开关损耗，解决了传统硬开关电路中全桥功率管开关损耗大发热严重的问题。
在上述情况的基础上，又一个实施例，所述两个变压器包括第一变压器6和第二变压器7，所述第一变压器6的和所述第二变压器7的初级绕组的头分别连接至所述全桥变换电路的两个桥臂的中点，所述第一变压器6和所述第二变压器7的初级绕组的尾相互连接；
所述第一变压器6和所述第二变压器7的次级绕组的头分别连接至所述整流电路的输入端，所述第一变压器6和所述第二变压器7的次级绕组的尾相互连接，作为所述整流电路的输出端。
本发明通过所述两个变压器初次级的连接，使所述两个变压器分别在正负半波工作期间向负载提供能量，当一个变压器向负载提供能量时，另一个变压器次级整流后的等效负载反射到初级，于是初级的电感量会随负载的变化而变化，相当于全桥串联的谐振电感随负载变化而变化，所以能够使全桥从空载到满载全程都能实现软开关。
在上述实施例的基础上，又一个实施例，所述全桥变换电路包括四个功率管，其分别第一功率管2、第二功率管3、第三功率管4及第四功率管5；
其中，所述第一功率管2和所述第四功率管5同时导通时，使电流流过由所述第一功率管2、所述第二变压器7的初级绕组、所述第一变压器6的初级绕组及所述第四功率管5构成第一半波回路；
其中，所述第二功率管3和所述第三功率管4同时导通时，使电流流过由所述第二功率管3、所述第一变压器6的初级绕组、所述第二变压器7的初级绕组及所述第三功率管4构成第二半波回路。
所述四个功率管在本电路中起到开关作用，能把直流变换成交流，交流通过所述第一变压器6和所述第二变压器7，来升高电压或者降低电压；所述第一半波回路和所述第二半波回路组成全桥电路，所述第一半波回路工作的时候，所述第二半波回路中的第二变压器7的初级绕组只相当于一个电感串联在回路参加谐振；同理，所述第二半波回路工作的时候，所述第一半波回路中的第一变压器6的初级绕组只相当于一个电感串联在回路参加谐振。
在上述实施例的基础上，又一个实施例，还包括输入滤波电容1，其用来输入直流电压，所述输入滤波电容1的正极连接所述全桥电路的输入端，所述输入滤波电容1的负极连接所述全桥电路的输出端。
所述输入滤波电容1，提供直流电压，滤去直流电压中的纹波，为所述全桥电路提供直流电压。
在上述实施例的基础上，再一个实施例，还包括输出滤波电容10，用来输出直流电压向所述负载提供能量，所述输出滤波电容10的正极连接所述整流电路的输入端，所述输出滤波电容10的负极连接所述整流电路的输出端。
所述输出滤波电容10滤去整流输出电压的纹波，连接所述负载，并向所述负载提供能量。
在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述整流电路包括：
第一整流电路，其上设置第一整流单元8，所述第一整流单元8的正极与所述第一变压器6的次级绕组的头连接，所述第一整流单元8的负极与所述输出滤波电容10的正极连接；
第二整流电路，其上设置第二整流单元9，所述第二整流单元9的正极与所述第二变压器7的次级绕组的头连接，所述第二整流单元9的负极与所述输出滤波电容10的正极连接；
其中，所述第一整流单元8的正极和所述第二整流单元9的正极为所述第一整流电路的输入端和所述第二整流电路的输入端，即所述整流电路的输入端。
所述第一变压器6和所述第二变压器7的次级绕组的连接方式，能够配合所述第一变压器6和所述第二变压器7的初级绕组的连接方式，使得使两个变压器分别在正负半波工作期间向负载提供能量，当一个变压器向负载提供能量时，另一个变压器次级整流后的等效负载反射到初级，于是初级的电感量会随负载的变化而变化，相当于全桥串联的谐振电感随负载变化而变化，所以能够使全桥从空载到满载全程都能实现软开关。
所述整流电路将所述第一变压器6或者第二变压器7升高或者降低的交流电压转换成直流电压，输送到所述输出滤波电容10。
在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述第一半波回路与所述第二整流电路同时工作时，所述输出滤波电容10向所述负载供电，所述第二半波回路与所述第一整流电路同时工作时，所述输出滤波电容10向所述负载供电。
当Q1，Q4导通时，C2两端的电压，C2正极-Q1-T2初级-T1初级-Q4-C2负极形成第一半波回路。T2次级绕组感应的电压通过D2整流给滤波电容C1充电并给负载供电。T1次级绕组感应的电压和T2次级绕组感应的电压方向相反，因此D1不导通。所以T1初级绕组的电感量会随着负载的变化而变化，相当于一个电感串联在回路参加谐振。
当Q2，Q3导通时，C2两端的电压，C2正极-Q2-T1初级-T2初级-Q3-C2负极形成第二半波回路。T1次级绕组感应的电压通过D1整流给滤波电容C1充电并给负载供电。T2次级绕组感应的电压和T1次级绕组感应的电压方向相反，因此D2不导通。所以T2初级绕组的电感量会随着负载的变化而变化，相当于一个电感串联在回路参加谐振。
从上述描述可以看出，所述第一变压器6和所述第二变压器7相当，其中一个变压器参与能量变换，其中一个变压器相当于谐振电感于轮流工作，而且谐振电感会随着负载的变化而变化，从而实现了从空载都满载都能实现ZCS零电流开关。
在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述四个功率管可以是MOSFET或者IGBT。
金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管，主要优点：热稳定性好、安全工作区大。IGBT全称绝缘栅双极晶体管，是MOSFET和GTR(功率晶管)相结合的产物。
图1中提供的为所述四个功率管，也可以将图1中的四个功率管换成四个MOSFET或者IGBT。
在上述实施例的基础上，再一个实施例，所述第一整流单元8和所述第二整流单元9为二极管，MOSFET或IGBT中的一种，所述整流电路为全波方式或者全桥方式。
图1中提供的所述第一整流单元和所述第二整流单元为二极管的实施例，所述整流电路为全波方式的实施例。可以将图1中的所述第一整流单元和所述第二整理单元替换为MOSFET或IGBT，也可以将图1中的两个整流单元变换成四个整流单元，使得所述整流电路为全桥方式。
在上述实施例的基础上，再一个实施例，还包括两个箝位电容11，所述两个箝位电容11串联在所述输入滤波电容1的两端。
所述两个箝位电容11的设计，能让所述第一变压器6和所述第二变压器7工作更对称，箝为电压保留在所述滤波电容的一半即可。
本发明用在开关电源中，能够使全桥4个功率器件和变压器次级2个整流器件从空载到满载实现全程ZCS零电流开关。极大地提高了电源的转换效率，特别在大功率开关电源转换器上应用效果明显。例如现在流行的充电桩，逆变焊机，大功率UPS等电路。
显而易见的是，本领域的技术人员可以从根据本发明的实施方式的各种结构中获得根据不麻烦的各个实施方式尚未直接提到的各种效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (5)
1.一种双变压器全桥变换装置，其特征在于，包括：
全桥变换电路；
整流电路；
两个变压器，其初级绕组的头分别连接至所述全桥变换电路的桥臂上，所述两个变压器的初级绕组的尾连接，所述两个变压器的次级绕组的头分别连接所述整流电路的输入端，所述两个变压器的次级绕组的尾连接；
其中，通过所述两个变压器初次级绕组的连接，使所述全桥变换电路中的所述两个变压器分别在半波工作期间向负载提供能量；
所述两个变压器包括第一变压器和第二变压器，所述第一变压器的和所述第二变压器的初级绕组的头分别连接至所述全桥变换电路的两个桥臂的中点，所述第一变压器和所述第二变压器的初级绕组的尾相互连接；
所述第一变压器和所述第二变压器的次级绕组的头分别连接至所述整流电路的输入端，所述第一变压器和所述第二变压器的次级绕组的尾相互连接，作为所述整流电路的输出端；
所述全桥变换电路包括四个功率管，其分别第一功率管、第二功率管、第三功率管及第四功率管；
其中，所述第一功率管和所述第四功率管同时导通时，使电流流过由所述第一功率管、所述第二变压器的初级绕组、所述第一变压器的初级绕组及所述第四功率管构成第一半波回路；
其中，所述第二功率管和所述第三功率管同时导通时，使电流流过由所述第二功率管、所述第一变压器的初级绕组、所述第二变压器的初级绕组及所述第三功率管构成第二半波回路；
还包括输入滤波电容，其用来输入直流电压，所述输入滤波电容的正极连接所述全桥电路的输入端，所述输入滤波电容的负极连接所述全桥电路的输出端；
还包括两个箝位电容，所述两个箝位电容串联在所述输入滤波电容的两端；所述两个箝位电容的中点与所述两个变压器的初级绕组的尾连接；
其中，所述整流电路包括：
第一整流电路，其上设置第一整流单元，所述第一整流单元的正极与所述第一变压器的次级绕组的头连接，所述第一整流单元的负极与所述输出滤波电容的正极连接；
第二整流电路，其上设置第二整流单元，所述第二整流单元的正极与所述第二变压器的次级绕组的头连接，所述第二整流单元的负极与所述输出滤波电容的正极连接；
其中，所述第一整流单元的正极和所述第二整流单元的正极为所述第一整流电路的输入端和所述第二整流电路的输入端，即所述整流电路的输入端。
2.如权利要求1所述的双变压器全桥变换装置，其特征在于，还包括输出滤波电容，用来输出直流电压向所述负载提供能量，所述输出滤波电容的正极连接所述整流电路的输入端，所述输出滤波电容的负极连接所述整流电路的输出端。
3.如权利要求2所述的双变压器全桥变换装置，其特征在于，所述第一半波回路与所述第二整流电路同时工作时，所述输出滤波电容向所述负载供电，所述第二半波回路与所述第一整流电路同时工作时，所述输出滤波电容向所述负载供电；
其中，所述第一变压器和所述第二变压器相当，其中一个变压器参与能量变换，另一个变压器相当于谐振电感于轮流工作。
4.如权利要求1所述的双变压器全桥变换装置，其特征在于，所述四个功率管可以是MOSFET或者IGBT。
5.如权利要求1所述的双变压器全桥变换装置，其特征在于，其中，所述第一整流单元和所述第二整流单元为二极管，MOSFET或IGBT中的一种，所述整流电路为全波方式或者全桥方式。
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2016
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