CN106452093A - 一种dc/dc变换器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种DC/DC变换器，包括逆变电路、谐振电路和整流电路，其中，谐振电路包括谐振电容、变压器组，变压器组包括第一变压器和第二变压器，第一变压器的原边绕组为谐振电路的第一谐振电感，第二变压器的原边绕组为第二谐振电感，第一谐振电感与第二谐振电感串联，谐振电容连接在逆变电路与变压器组之间，第一谐振电感、第二谐振电感、谐振电容构成谐振槽，整流电路与第一变压器副边绕组和第二变压器副边绕组相连，用于控制第一谐振电感和第二谐振电感是否参与谐振。本申请通过将两个变压器的原边绕组充当谐振电感，从而无需独立的谐振电感，减少了电路器件的使用，简化了电路，同时使用两个变压器可以实现更大功率传输，利于功率扩展。

Description

一种DC/DC变换器

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种DC/DC变换器。

背景技术

DC/DC变换技术作为开关电源技术的重点，也是开关电源技术发展的基础，很多形式的变换电路都是由DC/DC变换电路演变而来的，DC/DC变换电路是一组电参数的直流电能变换为另一组电参数的直流电能的电路。目前DC/DC变换器广泛应用于通讯、计算机、工业设备、家用电器和新能源汽车等领域。

在实际的大量应用中，需要具有变压器隔离的开关变换器，以实现变换器输入与输出之间的隔离。现在一般采用高频变压器隔离型直流变换技术实现隔离。如图1a所示，半桥式LLC谐振变换器的主电路包括逆变电路11、谐振电路12和整流电路13，其中，谐振电路12包括谐振电容、并联谐振电感、串联谐振电感和变压器；谐振电路12是DC/DC变换电路中的重要组成部分，可以看出现有技术谐振电路12电路结构复杂，使用器件较多，且如果为了实现更大功率传输，如图1b所示进行电路扩展，会使得谐振电路22结构更加复杂，需要使用更多器件。

现有技术电路器件多，电路复杂，且根据实际需要扩展后，电路更加复杂，需求的电路器件更多，由于影响谐振效果因素很多，所以谐振电路器件越少电路越简单越好，这样可以减少干扰因素，也便于生产，因此如何减少器件数量，将电路变得更为简单成为了一个主要问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种DC/DC变换器，减少了电路器件需求，降低了电路复杂性。其具体方案如下：

一种DC/DC变换器，包括依次连接的逆变电路、谐振电路和整流电路；

所述逆变电路输入端接直流电源；

所述谐振电路输入端与所述逆变电路输出端相连，所述谐振电路包括谐振电容、变压器组，其中，所述变压器组包括第一变压器和第二变压器，所述第一变压器的原边绕组为所述谐振电路的第一谐振电感，所述第二变压器的原边绕组为所述谐振电路的第二谐振电感，所述第一谐振电感与所述第二谐振电感串联，所述谐振电容连接在所述逆变电路与所述变压器组之间，所述第一谐振电感、第二谐振电感、谐振电容构成谐振槽；

所述整流电路与所述第一变压器副边绕组和第二变压器副边绕组相连，用于控制第一谐振电感和第二谐振电感是否参与谐振。优选的，所述逆变电路包括全桥式开关电路，所述全桥式开关电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括第一全控型器件和第二全控型器件且所述第一全控型器件与所述第二全控型器件串联，所述第二桥臂包括第三全控型器件和第四全控型器件且所述第三全控型器件与所述第四全控型器件串联，所述第一全控型器件和所述第二全控型器件的相接点引出所述逆变电路的第一输出端，所述第三全控型器件与所述第四全控型器件的相接点引出所述逆变电路的第二输出端。

优选的，所述逆变电路包括半桥式开关电路，所述半桥式开关电路包括第三桥臂，所述第三桥臂包括第五全控型器件和第六全控型器件且所述第五全控型器件与所述第六全控型器件串联，所述第五全控型器件与所述第六全控型器件的相接点引出所述逆变电路的第一输出端，所述第三桥臂的下端引出所述逆变电路的第二输出端。

优选的，所述谐振电容的第一端与所述逆变电路的第一输出端相连，所述谐振电容的第二端与第一谐振电感的第一端连接，所述第一谐振电感的第二端与所述第二谐振电感的第一端连接，所述第二谐振电感的第二端与所述逆变电路的第二输出端连接。

优选的，所述谐振电容包括分裂电容组，所述分裂电容组包括第一分裂电容和第二分裂电容，所述第一分裂电容连接在所述逆变电路第三桥臂上端和第二谐振电感第二端之间，所述第二分裂电容连接在所述逆变电路第三桥臂下端和第二谐振电感第二端之间，所述第一谐振电感的第一端与所述逆变电路的第一输出端连接，所述第一谐振电感的第二端与所述第二谐振电感的第一端连接。

优选的，所述逆变电路中全控型器件为电力场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管。

优选的，所述逆变电路中全控型器件占空比均为0.5。

优选的，所述第一变压器的参数设置和所述第二变压器的参数设置相同。

优选的，所述整流电路为全波整流电路，所述全波整流电路包括第一二极管、第二二极管、输出电容和输出电阻，所述第一变压器的副边绕组、所述第一二极管、所述第二二极管和所述第二变压器的副边绕组依次串联，所述输出电容的第一端连接在所述第一二极管和所述第二二极管之间，所述输出电容的第二端连接在所述第一变压器的副边绕组和所述第二变压器的副边绕组之间，所述输出电阻并联所述输出电容。

优选的，所述第一二极管和第二二极管均为整流二极管。

本发明所提供的DC/DC变换器，谐振电路包括谐振电容、变压器组，其中，所述变压器组包括第一变压器和第二变压器，所述第一变压器的原边绕组为所述谐振电路的第一谐振电感，所述第二变压器的原边绕组为所述谐振电路的第二谐振电感，所述第一谐振电感与所述第二谐振电感串联，所述谐振电容连接在所述逆变电路与所述变压器组之间，所述第一谐振电感、第二谐振电感、谐振电容构成谐振槽。所述整流电路与所述第一变压器副边绕组和第二变压器副边绕组相连，用于控制第一谐振电感和第二谐振电感是否参与谐振。

当电路工作时谐振电路会有两个谐振频率，第一谐振频率是谐振电容和任意一个谐振电感相互谐振产生的，例如，整流电路中的副边第一二极管导通，第二二极管关闭，第一谐振电感被输出电压钳位，不参与谐振，此时第二谐振电感参与谐振；第二谐振频率是第一谐振电感、第二谐振电感和谐振电容一起进入谐振状态产生的，此时第一二极管和第二二极管均处于关断状态。

由上述工作过程可知，本发明所提供的DC/DC变换器，通过将两个变压器的原边绕组充当谐振电感，从而无需独立的谐振电感，减少了电路器件的使用简化了电路，同时使用两个变压器可以实现更大功率传输利于扩展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1a和图1b为现有技术提供的一种DC/DC变换器示意图；

图2为本发明实施例提供的一种DC/DC变换器示意图；

图3为本发明另一实施例提供的一种DC/DC变换器示意图；

图4为本发明另一实施例提供的一种DC/DC变换器示意图；

图5为本发明另一实施例提供的一种DC/DC变换器示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种DC/DC变换器，包括依次连接的桥式开关电路、谐振电路202和整流电路。如图2所示，具体的：

逆变电路201包括多个全控型器件，全控型器件上可以并联有滤波电路，滤波电路包括滤波电容和滤波二极管且滤波电容和滤波二极管并联，滤波电容的第一端、滤波二极管的负极和全控型器件的输入端连接，滤波电容的第二端、滤波二极管的正极和全控型器件的输出端连接，可以理解的是逆变电路201中各元件参数都可以根据实际需求进行设置，例如将电力场效应晶体管的占空比设置为0.5，逆变电路201的两个输出端连接谐振电路202。电流通过电源流向全控型器件，多个全控型器件根据预设的开关条件，进行开关断操作，使电流按照预设的电路流向谐振电路202。

谐振电路202包括谐振电容2021、变压器组2022，其中，变压器组2022包括第一变压器和第二变压器，第一变压器的原边绕组np21为谐振电路202的第一谐振电感Lm21，第二变压器的原边绕组np22为谐振电路202的第二谐振电感Lm22；谐振电容2021连接在逆变电路201与变压器组2022之间，第一谐振电感Lm21的第一端与逆变电路201的第一输出端连接，第一谐振电感Lm21的第二端与第二谐振电感Lm22的第一端串联，第二谐振电感Lm22的第二端与逆变电路201的第二输出端连接。

整流电路包括整流二极管，整流二极管与第一变压器和第二变压器的副边绕组连接。电流通过变压器副边绕组进入整流电路，流经整流二极管，整流二极管对电流进行整流，整流后的电流流回变压器的副边绕组，返回原边。也即，本发明实施例中，整流电路与第一变压器的副边绕组和第二变压器的副边绕组相连，可用于控制上述第一谐振电感和第二谐振电感是否参与谐振。

整流电路还可以为全波整流电路203，全波整流电路203包括第一二极管D21、第二二极管D22、输出电容Co2和输出电阻Ro2，第一变压器的副边绕组ns21、第一二极管D21、第二二极管D22和第二变压器的副边绕组ns22依次串联，输出电容Co2的第一端连接在第一二极管D21和第二二极管D22之间，输出电容Co2的第二端连接在第一变压器的副边绕组ns21和第二变压器的副边绕组ns22之间，输出电阻Ro2与输出电容Co2并联。

需要说明的是，本发明实施例中的全控型器件可以为电力场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管，当然也可以为其他能够起到相同作用的器件，在此不做具体限定。第一变压器的参数设置和第二变压器的参数设置可以相同。

可见，本发明所提供的DC/DC变换器，通过将两个变压器的原边绕组充当谐振电感，从而无需独立的谐振电感，减少了电路器件的使用简化了电路，同时使用两个变压器可以实现更大功率传输利于扩展。

本发明实施例公开了一种具体的DC/DC变换器，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。如图3所示，具体的：

本发明实施例逆变电路为全桥式开关电路301，全桥式开关电路301包括第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂包括第一电力场效应晶体管Q31和第二电力场效应晶体管Q32且第一电力场效应晶体管Q31的漏极与第二电力场效应晶体管Q32的源极连接，第二桥臂包括第三电力场效应晶体管Q33和第四电力场效应晶体管Q34且第三电力场效应晶体管Q33的源极与第四电力场效应晶体管Q34的漏极连接，逆变电路的输入端接电压源Vin3，逆变电路的第一输出端、第一电力场效应晶体管Q31的漏极和第二电力场效应晶体管Q32的源极连接，逆变电路的第二输出端、第三电力场效应晶体管Q33的源极和第四电力场效应晶体管Q34的漏极连接。

谐振电路302的谐振电容Cr31的第一端连接逆变电路的第一输出端，谐振电容Cr31的第二端与第一谐振电感Lm31的第一端连接，第一谐振电感Lm31的第二端与第二谐振电感Lm32的第一端连接，第二谐振电感Lm32的第二端与逆变电路的第二输出端连接。

当电路工作时谐振电路302会有两个谐振频率，第一谐振频率是谐振电容Cr31和任意一个谐振电感相互谐振产生的，例如，当第一二极管D21导通，第二二极管D22关闭，第一谐振电感Lm31被输出电压钳位，不参与谐振，此时第二谐振电感Lm32参与谐振；第二谐振频率是第一谐振电感Lm31、第二谐振电感Lm32和谐振电容Cr31一起进入谐振状态产生的，此时第一二极管D21和第二二极管D22均处于关断状态。

本发明实施例中的其他电路器件也可以根据实际应用需求进行更换、改进和参数设置，例如，全波整流电路中的第一二极管D21和第二二极管D22可以均为整流二极管，此处不作具体限定。

可以理解的是本发明实施例中的电力场效应晶体管可以替换为绝缘栅双极晶体管。

本发明实施例通过逆变电路选用全桥式开关电路301，能减少输入电流带来的问题，同时开关电流减小到了一半，输入通流能力增加一倍。

本发明实施例公开了另一种具体的DC/DC变换器，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。如图4所示，具体的：

本发明实施例逆变电路为半桥式开关电路401，半桥式开关电路401包括第三桥臂，第三桥臂包括第五电力场效应晶体管Q41和第六电力场效应晶体管Q42且第五电力场效应晶体管Q41与第六电力场效应晶体管Q42串联，逆变电路的输入端接电压源Vin4，第五电力场效应晶体管Q41的源极与逆变电路的第二输出端相连，第六电力场效应晶体管Q42的源极与逆变电路的第一输出端相连，第一谐振电感Lm31的第一端与逆变电路的第一输出端相连，第一谐振电感Lm31的第二端与第二谐振电感Lm32的第一端连接，第二谐振电感Lm32的第二端与逆变电路的第二输出端相连。

谐振电路302中的谐振电容Cr31可以连接在逆变电路与变压器组之间，谐振电容Cr31的第一端连接在第六电力场效应晶体管Q42的源极和第五电力场效应晶体管Q41的漏极之间，谐振电容Cr31的第二端与第一谐振电感Lm31的第一端连接。

可以理解的是本发明实施例中的电力场效应晶体管可以替换为绝缘栅双极晶体管。

本发明实施例逆变电路选用半桥式开关电路401，抗干扰能力提升，且电路结构更加简单。

本发明实施例公开了另一种具体的DC/DC变换器，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。如图5所示，具体的：

本发明实施例中的逆变电路与上一实施例中的逆变电路相同，均为半桥式开关电路401，在此不做赘述。

谐振电路502中的谐振电容还可以为分裂电容组，分裂电容组包括第一分裂电容Cr51和第二分裂电容Cr52且第一分裂电容Cr51与第二分裂电容Cr52串联，分裂电容组与第三电力场效应晶体管并联，第二谐振电感Lm52的第二端连接在第一分裂电容Cr51与第二分裂电容Cr52之间。

可以理解的是本发明实施例中的电力场效应晶体管可以替换为绝缘栅双极晶体管。

本发明实施例谐振电路502中的谐振电容改为分裂电容能够减少电流纹波，增强电路的隔离能力。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种DC/DC变换器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种DC/DC变换器，包括依次连接的逆变电路、谐振电路和整流电路；其特征在于，

所述逆变电路输入端接直流电源；

所述谐振电路输入端与所述逆变电路输出端相连，所述谐振电路包括谐振电容、变压器组，其中，所述变压器组包括第一变压器和第二变压器，所述第一变压器的原边绕组为所述谐振电路的第一谐振电感，所述第二变压器的原边绕组为所述谐振电路的第二谐振电感，所述第一谐振电感与所述第二谐振电感串联，所述谐振电容连接在所述逆变电路与所述变压器组之间，所述第一谐振电感、第二谐振电感、谐振电容构成谐振槽；

所述整流电路与所述第一变压器副边绕组和第二变压器副边绕组相连，用于控制所述第一谐振电感和所述第二谐振电感是否参与谐振。

2.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述逆变电路包括全桥式开关电路，所述全桥式开关电路包括第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂包括第一全控型器件和第二全控型器件且所述第一全控型器件与所述第二全控型器件串联，所述第二桥臂包括第三全控型器件和第四全控型器件且所述第三全控型器件与所述第四全控型器件串联，所述第一全控型器件和所述第二全控型器件的相接点引出所述逆变电路的第一输出端，所述第三全控型器件与所述第四全控型器件的相接点引出所述逆变电路的第二输出端。

3.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述逆变电路包括半桥式开关电路，所述半桥式开关电路包括第三桥臂，所述第三桥臂包括第五全控型器件和第六全控型器件且所述第五全控型器件与所述第六全控型器件串联，所述第五全控型器件与所述第六全控型器件的相接点引出所述逆变电路的第一输出端，所述第三桥臂的下端引出所述逆变电路的第二输出端。

4.根据权利要求3所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述谐振电容的第一端与所述逆变电路的第一输出端相连，所述谐振电容的第二端与第一谐振电感的第一端连接，所述第一谐振电感的第二端与所述第二谐振电感的第一端连接，所述第二谐振电感的第二端与所述逆变电路的第二输出端连接。

5.根据权利要求3所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述谐振电容包括分裂电容组，所述分裂电容组包括第一分裂电容和第二分裂电容，所述第一分裂电容连接在所述逆变电路第三桥臂上端和第二谐振电感第二端之间，所述第二分裂电容连接在所述逆变电路第三桥臂下端和第二谐振电感第二端之间，所述第一谐振电感的第一端与所述逆变电路的第一输出端连接，所述第一谐振电感的第二端与所述第二谐振电感的第一端连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述逆变电路中全控型器件为电力场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述逆变电路中全控型器件占空比均为0.5。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述第一变压器的参数设置和所述第二变压器的参数设置相同。

9.根据权利要求1至5任意一项所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述整流电路为全波整流电路，所述全波整流电路包括第一二极管、第二二极管、输出电容和输出电阻，所述第一变压器的副边绕组、所述第一二极管、所述第二二极管和所述第二变压器的副边绕组依次串联，所述输出电容的第一端连接在所述第一二极管和所述第二二极管之间，所述输出电容的第二端连接在所述第一变压器的副边绕组和所述第二变压器的副边绕组之间，所述输出电阻并联所述输出电容。

10.根据权利要求9所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述第一二极管和第二二极管均为整流二极管。