CN106712541A - 一种电源变换器 - Google Patents

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    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Abstract

本发明公开了一种电源变换器，包括变换器输入端、变换器输出端、控制器、原边和副边，所述原边包括第一变换器、第二变换器、输入滤波器和级间滤波电容，所述副边包括输出滤波器和第二变换器，变换器输入端连接输入滤波器的输入端，第一变换器的输入端连接输入滤波器的输出端。本发明电源变换器使用常用规格的功率器件，通过合理的电路设计与布局设计实现了高功率密度AC‑DC变换器。

Description

一种电源变换器
技术领域
本发明涉及一种电源，具体是一种电源变换器。
背景技术
为了在有限的空间里获得更大的电源变换能力，在工业应用中对高功率密度的要求越来越高。例如，将电网的交流电能转换为满足要求的直流电能的AC-DC变换器，其功率密度越来越多地超过1W/cm^3。高功率密度带来体积小等优势的同时，也给器件选择设计，散热，抗干扰等方面带来了许多挑战。
为了提高功率密度，需要充分利用各个空间。目前电源变换器内部器件主要焊接在PCB上，如果PCB上的各个器件高度不一致，那么高度较低器件的上空可能浪费。目前功率变换器内部体积较大的器件中，功率管，电容，磁性元件都各自有一定的标准尺寸，而且需要根据功率等因素选择设计不同的器件。特别是磁性元件，由于高功率密度变换器的功率较大，意味着磁性元件的体积也较大，给如何充分利用空间带来了难题。
电源变换中会有一定的损耗，这些损耗会变成热，而过热失效是电源变换器主要的失效原因之一，如何散热是电源变换器设计的难题之一。而当变换效率一定时，提高功率密度意味着单位体积的热量更多，对散热设计的要求也就更高。
现在的电源变换器多数采用高频开关电路，高频开关电路在开关动作过程中会产生很强的干扰，将容易被干扰的部分远离开关电路放置是个普遍的做法。然而在高功率密度里，受空间限制很难做到远离。
发明内容
本发明提供一种电源变换器，解决现有技术中电源变换器，特别是AC-DC变换器在高功率密度时带来的对电子器件体积要求高，散热难，空间干扰大的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电源变换器，包括变换器输入端、变换器输出端、控制器、原边和副边，所述原边包括第一变换器、第二变换器、输入滤波器和级间滤波电容，所述副边包括输出滤波器和第二变换器，变换器输入端连接输入滤波器的输入端，第一变换器的输入端连接输入滤波器的输出端，第一变压器的输出端连接级间滤波电容，第二变换器的输入端连接级间滤波电容，第二变换器的输出端连接输出滤波器的输入端，输出滤波器的输出端连接电源变换器的输出端；
其中，所述第二变换器是一个隔离变换器，包括PWM单元、隔离变压器单元和整流单元，PWM单元的输出连接到隔离变压器单元的输入端，隔离变压器单元的输出连接到整流单元；
其中，所述的控制器包含第一控制单元、第二控制单元和隔离通讯单元，第一控制单元与原边相连接，第二控制单元与副边相连接，两个单元之间通过隔离通讯单元相连接。
作为本发明的优选方案：所述隔离变换器由至少两个隔离变压器组成，PWM单元的一个输出端接第一隔离变压器的第一输入端，PWM单元的另一个输出端接最后一个隔离变压器的第二输入端，第一隔离变压器的第二输入端接第二隔离变压器的第一输入端，依此类推，所有隔离变压器的第一输出端同时接到整流单元的一个输入端，所有隔离变压器的第二输出端同时接到整流单元的另一个输入端。
作为本发明的优选方案：所述隔离变压器单元由至少两个隔离变压器组成，PWM单元的一个输出端接第一隔离变压器的第一输入端，PWM单元的另一个输出端接最后一个隔离变压器的第二输入端，第一隔离变压器的第二输入端接第二隔离变压器的第一输入端，依此类推，所有隔离变压器的第一输出端同时接到整流单元的一个输入端，所有隔离变压器的第二输出端同时接到整流单元的另一个输入端，依此类推。
作为本发明的优选方案：所述隔离变压器包含磁芯与绕组，所述绕组围绕所述磁芯的一个或者多个磁柱，所述绕组的中轴方向顺风道放置。
作为本发明的优选方案：所述隔离通讯电路包含一个或者多个数字通讯单元和一个或者多个模拟通讯单元。
作为本发明的优选方案：所述级间滤波电容由两组电容组成，其中一组靠近第一变换器放置，另一组靠近第二变换器的PWM单元放置。
作为本发明的优选方案：所述输出滤波器包含一组或者多组电容单元，每个电容单元包含两个电容和三个连接线，其中电容一的一端与滤波器的正端相连，电容一的负端与连接线1的一端相连，连接线1的另一端与滤波器的负端相连，电容二的一端与滤波器的负端相连，电容二的另一端与连接线2的一端相连，连接线2的另一端与滤波器的正端相连，连接线3的一端连接到电容一与连接线1相连的地方，连接线3的另一端连接到电容二与连接线2相连的地方。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明电源变换器使用常用规格的功率器件，通过合理的电路设计与布局设计实现了高功率密度AC-DC变换器。
附图说明
图1为本发明实施例一的一种电源变换器的电路结构示意图；
图2为本发明实施例二的一种电源变换器中隔离变压器单元的一种电路结构示意图；
图3为本发明实施例二的一种电源变换器中隔离变压器单元的另一种电路结构示意图；
图4为本发明实施例三的一种电源变换器中隔离变压器单元的一种电路结构示意图；
图5为本发明实施例三的一种电源变换器中隔离变压器单元的另一种电路结构示意图；
图6为本发明实施例六的一种电源变换器中级间滤波电容与变换器开关单元的位置示意图。
图7为本发明实施例七的一种电源变换器中输出滤波电容组的示意图。
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。
请参阅图1-7，一种电源变换器，包括变换器输入端、变换器输出端、控制器、原边和副边，所述原边包括第一变换器、第二变换器、输入滤波器和级间滤波电容，所述副边包括输出滤波器和第二变换器，变换器输入端连接输入滤波器的输入端，第一变换器的输入端连接输入滤波器的输出端，第一变压器的输出端连接级间滤波电容，第二变换器的输入端连接级间滤波电容，第二变换器的输出端连接输出滤波器的输入端，输出滤波器的输出端连接电源变换器的输出端；
其中，所述第二变换器是一个隔离变换器，包括PWM单元、隔离变压器单元和整流单元，PWM单元的输出连接到隔离变压器单元的输入端，隔离变压器单元的输出连接到整流单元；
其中，所述的控制器包含第一控制单元、第二控制单元和隔离通讯单元，第一控制单元与原边相连接，第二控制单元与副边相连接，两个单元之间通过隔离通讯单元相连接。
隔离变换器由至少两个隔离变压器组成，PWM单元的一个输出端接第一隔离变压器的第一输入端，PWM单元的另一个输出端接最后一个隔离变压器的第二输入端，第一隔离变压器的第二输入端接第二隔离变压器的第一输入端，依此类推，所有隔离变压器的第一输出端同时接到整流单元的一个输入端，所有隔离变压器的第二输出端同时接到整流单元的另一个输入端。
隔离变压器单元由至少两个隔离变压器组成，PWM单元的一个输出端接第一隔离变压器的第一输入端，PWM单元的另一个输出端接最后一个隔离变压器的第二输入端，第一隔离变压器的第二输入端接第二隔离变压器的第一输入端，依此类推，所有隔离变压器的第一输出端同时接到整流单元的一个输入端，所有隔离变压器的第二输出端同时接到整流单元的另一个输入端，依此类推。
隔离变压器包含磁芯与绕组，所述绕组围绕所述磁芯的一个或者多个磁柱，所述绕组的中轴方向顺风道放置。
隔离通讯电路包含一个或者多个数字通讯单元和一个或者多个模拟通讯单元。
级间滤波电容由两组电容组成，其中一组靠近第一变换器放置，另一组靠近第二变换器的PWM单元放置。
输出滤波器包含一组或者多组电容单元，每个电容单元包含两个电容和三个连接线，其中电容一的一端与滤波器的正端相连，电容一的负端与连接线1的一端相连，连接线1的另一端与滤波器的负端相连，电容二的一端与滤波器的负端相连，电容二的另一端与连接线2的一端相连，连接线2的另一端与滤波器的正端相连，连接线3的一端连接到电容一与连接线1相连的地方，连接线3的另一端连接到电容二与连接线2相连的地方。
本发明的工作原理是：为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
一种电源变换器，包括：变换器输入端，变换器输出端，第一变换器，第二变换器，输入滤波器，输出滤波器，级间滤波电容，控制器，其特征在于，变换器输入端连接输入滤波器的输入端，第一变换器的输入端连接输入滤波器的输出端，第一变压器的输出端连接级间滤波电容，第二变换器的输入端连接级间滤波电容，第二变换器的输出端连接输出滤波器的输入端，输出滤波器的输出端连接电源变换器的输出端，所述控制器与前述的一个或者几个部分相连接；
其中，所述第二变换器是一个隔离DC-DC变换器，包括PWM单元、隔离变压器单元、整流单元，PWM单元的输出连接到隔离变压器单元的输入端，隔离变压器单元的输出连接到整流单元；
其中，所述的控制器包含两个相互隔离的两个单元，一个单元与隔离变压器单元输入端或者相连的部分相连接，另一个单元与隔离变压器单元的输出端或者相连的部分相连接，两个单元之间通过隔离通讯单元相连接。
实施例二：
如图2所示，在实施例一的基础上，其中隔离变压器单元由至少两个隔离变压器组成，PWM单元的一个输出端接第一隔离变压器的第一输入端，PWM单元的另一个输出端接最后一个隔离变压器的第二输入端，第一隔离变压器的第二输入端接第二隔离变压器的第一输入端，依此类推，所有隔离变压器的第一输出端同时接到整流单元的一个输入端，所有隔离变压器的第二输出端同时接到整流单元的另一个输入端。
如图3所示，如果隔离变压器单元恰好由两具变压器组成，则所述第二隔离变压器也为最后一个隔离变压器。
将变压器单元用两个或者多个变压器实现，可以更容易找到通用的磁芯，可以拥有更大的表面积帮忙散热，也可以避免超过整个变换器允许的高度。
实施例三：
如图4所示，在实施例一的基础上，其中隔离变压器单元由至少两个隔离变压器组成，所有隔离变压器的第一输入端同时接到PWM单元的一个输出端，所有隔离变压器的第二输入端同时接到PWM单元的另一个输出端，整流单元的一个输入端接第一隔离变压器的第一输出端，整流单元的另一个输入端接最后一个隔离变压器的第二输出端，第一隔离变压器的第二输出端接第二隔离变压器的第一输出端，依此类推。
如图5所示，如果隔离变压器单元恰好由两具变压器组成，则所述第二隔离变压器也为最后一个隔离变压器。
将变压器单元用两个或者多个变压器实现，可以更容易找到通用的磁芯，可以拥有更大的表面积帮忙散热，也可以避免超过整个变换器允许的高度。
实施例四：
在实施例1、或者实施例2、或者实施例3中所述的隔离变压器包含磁芯与绕组，所述绕组围绕所述磁芯的一个或者多个磁柱，所述绕组的中轴方向顺风道放置。这样即能保证磁芯与线包都有风吹到，还能充分利用线包与所围绕磁芯间的间隔为所围绕磁芯进行散热。
实施例五：
在实施例1中所述的控制器隔离通讯电路包含一个或者多个数字通讯单元和一个或者多个模拟通讯单元。
其中数字通讯单元可以是带光耦、数字信号隔离器等隔离电路的串行或者并行通讯电路，用于在两个控制器之间传递各种数字信号。
其中模拟通讯单元可以是光耦、数字信号隔离器等隔离电路的电路，用于快速传递电平信号。由于传递的信号不需要经过数字编码、解码，因此速度快于数字通讯单元，可以减少信号传递的延时。
实施例六：
如图6所示，实施例1中所述的级间滤波电容由两组组成，其中一组靠近第一变换器放置，另一组靠近第二变换器的PWM单元放置。这样即满足开关单元靠近风扇单元的要求，达到较好的散热效果，也满足开关单元靠近滤波电容的要求，有效减少开关干扰。
实施例七：
如图7所示，实施例1中所述的输出滤波器由包含一组或者多组电容单元，每个电容单元包含两个电容，三个连接线，其中电容一的一端与滤波器的正端相连，电容一的负端与连接线1的一端相连，连接线1的另一端与滤波器的负端相连，电容二的一端与滤波器的负端相连，电容二的另一端与连接线2的一端相连，连接线2的另一端与滤波器的正端相连，连接线3的一端连接到电容一与连接线1相连的地方，连接线3的另一端连接到电容二与连接线2相连的地方。
当电源变换器的最高输出电压高于单个电容的电压，但低于两个电容的电压时，可以断开连接线1、连接线2，连通连接线3，在不更改PCB的情况下可以方便地实现较高电压的输出。
当电源变换器的最高输出电压低于单个电容的电压时，可以连通连接线1、连接线2，断开连接线3，在不更改PCB的情况下可以方便地实现较大电流的输出。
上述电容单元中的电容可以是单个电容，也可以是两个或者两个以上电容并联。
上述电容单元可以单独使用，也可以多个电容单元并联使用。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种电源变换器，包括变换器输入端、变换器输出端、控制器、原边和副边，其特征在于，所述原边包括第一变换器、第二变换器、输入滤波器和级间滤波电容，所述副边包括输出滤波器和第二变换器，变换器输入端连接输入滤波器的输入端，第一变换器的输入端连接输入滤波器的输出端，第一变压器的输出端连接级间滤波电容，第二变换器的输入端连接级间滤波电容，第二变换器的输出端连接输出滤波器的输入端，输出滤波器的输出端连接电源变换器的输出端；
其中，所述第二变换器是一个隔离变换器，包括PWM单元、隔离变压器单元和整流单元，PWM单元的输出连接到隔离变压器单元的输入端，隔离变压器单元的输出连接到整流单元；
其中，所述的控制器包含第一控制单元、第二控制单元和隔离通讯单元，第一控制单元与原边相连接，第二控制单元与副边相连接，两个单元之间通过隔离通讯单元相连接。
2.根据权利要求1所述的一种电源变换器，其特征在于，所述隔离变换器由至少两个隔离变压器组成，PWM单元的一个输出端接第一隔离变压器的第一输入端，PWM单元的另一个输出端接最后一个隔离变压器的第二输入端，第一隔离变压器的第二输入端接第二隔离变压器的第一输入端，依此类推，所有隔离变压器的第一输出端同时接到整流单元的一个输入端，所有隔离变压器的第二输出端同时接到整流单元的另一个输入端。
3.根据权利要求1所述的一种电源变换器，其特征在于，所述隔离变压器单元由至少两个隔离变压器组成，PWM单元的一个输出端接第一隔离变压器的第一输入端，PWM单元的另一个输出端接最后一个隔离变压器的第二输入端，第一隔离变压器的第二输入端接第二隔离变压器的第一输入端，依此类推，所有隔离变压器的第一输出端同时接到整流单元的一个输入端，所有隔离变压器的第二输出端同时接到整流单元的另一个输入端，依此类推。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种电源变换器，其特征在于，所述隔离变压器包含磁芯与绕组，所述绕组围绕所述磁芯的一个或者多个磁柱，所述绕组的中轴方向顺风道放置。
5.根据权利要求1所述的一种电源变换器，其特征在于，所述隔离通讯电路包含一个或者多个数字通讯单元和一个或者多个模拟通讯单元。
6.根据权利要求1所述的一种电源变换器，其特征在于，所述级间滤波电容由两组电容组成，其中一组靠近第一变换器放置，另一组靠近第二变换器的PWM单元放置。
7.根据权利要求1所述的一种电源变换器，其特征在于，所述输出滤波器包含一组或者多组电容单元，每个电容单元包含两个电容和三个连接线，其中电容一的一端与滤波器的正端相连，电容一的负端与连接线1的一端相连，连接线1的另一端与滤波器的负端相连，电容二的一端与滤波器的负端相连，电容二的另一端与连接线2的一端相连，连接线2的另一端与滤波器的正端相连，连接线3的一端连接到电容一与连接线1相连的地方，连接线3的另一端连接到电容二与连接线2相连的地方。
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