CN107040134A

CN107040134A - 一种双输出直流变换电路

Info

Publication number: CN107040134A
Application number: CN201710312322.3A
Authority: CN
Inventors: 叶远茂
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2017-05-05
Publication date: 2017-08-11

Abstract

本发明实施例公开了一种双输出直流变换电路，包括第一全控开关、与第一全控开关互补导通的第二全控开关；第一全控开关的第一端与第一二极管的阳极、直流电源的正极相连，第二端与第一电容器的负极相连；第二电容器的正极与电感的一端连接，负极与第二全控开关的第二端相连，作为第二输出电压的正负端；第三电容器的正极与第二二极管的阴极连接，负极与第二全控开关的第二端相连，作为第一输出电压的正负端；第二二极管的阳极与第一电容器的正极、第一二极管的阴极相连；电感的另一端与第二全控开关的第一端相连。实现了直流变换电路的双输出电压，操作简单，整个电路结构更加简单，稳定性更高。

Description

一种双输出直流变换电路

技术领域

本发明实施例涉及电力功率变换器技术领域，特别是涉及一种双输出直流变换电路。

背景技术

随着电力技术的发展，不管是在家电设备还是汽车、航空、计算机或通讯等用电系统中，供电电源通常都要求能同时提供两种以上不同的电压供不同负载使用。

现有的双电压输出电路，请参阅图1，一般利用全桥或半桥电路将直流输入电压逆变成高频交流电，再利用多绕组高频变压器将其转换成幅值不同的高频交流电，最后利用整流电路将两种不同幅值的高频交流电整流成两种不同电压的直流电，作为不同的输出电压以供不同负载使用。现有技术提供的技术方案的电路结构复杂，且输出电压要经过逆变和整流两级变化。

鉴于此，如何设计出结构简单且稳定性高的双输出直流变换电路是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种双输出直流变换电路，不仅电路系统的结构简单，还提高电路的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种双输出直流变换电路，包括直流电源，还包括：

第一全控开关、与所述第一全控开关互补导通的第二全控开关、电感、第一二极管、第二二极管、第一电容器、第二电容器以及第三电容器；

其中，所述第一二极管的阳极与所述第一全控开关的第一端和所述直流电源的正极相连，阴极与所述第一电容器的正极和所述第二二极管的阳极相连；所述第一电容器的负极与所述第一全控开关的第二端、所述第二全控开关的第一端及所述电感的一端相连；所述第二电容器的正极与所述电感的另一端连接，负极与所述第二全控开关的第二端相连，作为第二输出电压的正负端；所述第三电容器的正极与所述第二二极管的阴极连接，负极与所述第二全控开关的第二端相连，作为第一输出电压的正负端。

可选的，所述第一输出电压为所述直流电源输出电压的2倍；所述第二输出电压根据所述第一全控开关在一个开关周期的导通占空比以及所述直流电源输出电压计算得到。

可选的，所述第一全控开关与所述第二全控开关的类型相同。

可选的，还包括：

谐振电感，所述谐振电感一端与所述第一电容器的负极相连，另一端与所述第一全控开关的第二端、所述第二全控开关的第一端相连。

可选的，所述第一全控开关为N沟道电力场效应晶体管，所述N沟道电力场效应晶体管的栅极作为所述第一全控开关的控制端，漏极作为所述第一全控开关的第一端，源极作为所述第一全控开关的第二端。

可选的，所述第一全控开关为P沟道电力场效应晶体管，所述P沟道电力场效应晶体管的栅极作为所述第一全控开关的控制端，漏极作为所述第一全控开关的第二端，源极作为所述第一全控开关的第一端。

可选的，所述第一全控开关为绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管的门极作为所述第一全控开关的控制端，集电极作为所述第一全控开关的第一端，发射极作为所述第一全控开关的第二端。

本发明实施例提供了一种双输出直流变换电路，包括第一全控开关、与第一全控开关互补导通的第二全控开关；第一全控开关的第一端与第一二极管的阳极、直流电源的正极相连，第二端与第一电容器的负极相连；第二电容器的正极与电感的一端连接，负极与第二全控开关的第二端相连，作为第二输出电压的正负端；第三电容器的正极与第二二极管的阴极连接，负极与第二全控开关的第二端相连，作为第一输出电压的正负端；第二二极管的阳极与第一电容器的正极、第一二极管的阴极相连；电感的另一端与第二全控开关的第一端相连。

本申请提供的技术方案的优点在于，通过控制互补导通的第一全控以及第二全控开关在一个开关周期的导通，获得双输出电压，实现了直流变换电路的双输出电压，避免了现有技术中经过逆变和整流两级变化，操作简单，整个电路结构更加简单，稳定性更高。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的现有技术的双输出直流变换电路的结构图；

图2为本发明实施例提供的双输出直流变换电路的一种具体实施方式结构图；

图3为本发明实施例提供的图2中双输出直流变换电路的一种工作模式下的原理图；

图4为本发明实施例提供的图2中双输出直流变换电路的另一种工作模式下的原理图；

图5为本发明实施例提供的双输出直流变换电路的另一种具体实施方式结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图2，图2为本发明实施例提供的双输出直流变换电路的一种具体实施方式结构图，本发明实施例可包括以下内容：

双输出直流变换电路可包括半桥电路，电感L、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容器C1、第二电容器C2以及第三电容器C3。

半桥电路中包括第一全控开关S1以及第二全控开关S2，第一全控开关S1以及第二全控开关S2互补导通，且都具有第一端、第二端以及第三端，第一全控开关S1的第一端接输入电源的正极，第二端同时与第二全控开关S2第一端以及第一电容C1的负极相连，控制端通过驱动电路与控制器相连；第二全控开关S2第一端接输入电源的负极，第二端与电感L的一端相连，控制端可通过驱动电路与控制器相连，当然，也可通过其他方式相连。

第一二极管D1的阳极与第一全控开关S1第一端相连，阴极同时与第二二极管D2的阳极、第一电容器C1的正极相连。

第二电容C2的正极与电感L的另一端相连，第二电容C2的正极和负极作为第二输出电压的正端和负端。

第三电容C3的正极与第二二极管D2的阴极相连，负极与第二电容C2的负极相连，第三电容C3的正极和负极作为第一输出电压的正端和负端。

上述双输出直流变换电路的一种具体工作模式，请参阅图3，当第一全控开关S1开通且第二全控开关S2关断时，第一二极管D1截止；第一电容器C1通过第一全控开关S1与输入直流电源Vs串联后再经过第二二极管D2一起向第三电容器C3充电；电感L与第二电容器C2串联后经过第一全控开关S1一起被输入直流电源Vs充电。

上述双输出直流变换电路的另一种具体工作模式，请参阅图4，当所述第一全控开关S1关断且所述第二全控开关S2开通时，第二二极管D2截止；第一电容器C1经过第二全控开关S2和第一二极管D1被输入直流电源Vs充电至输入电压；电感L通过第二全控开关S2直接向第二电容C2放电。

上述两种状态在一个开关管的周期内可高频交替运行。可通过判断第二电容器C2两端的电压与预设的参考值之间的关系，通过PWM信号进行第一全控开关打开或关断，当然，也可为其他方式。

第一全控开关S1与第二全控开关S2可为N沟道电力场效应晶体管、或P沟道电力场效应晶体管，或绝缘栅双极型晶体管，当然，也可为其他开关，这均不影响本申请的实现。

第一全控开关S1与第二全控开关S2的类型相同，也可不同，具体可根据实际情况确定，本申请对此不做任何限定。

以第一全控开关S1为例，介绍不同类型的全控开关的三个端口的分配情况。当第一全控开关S1为N沟道电力场效应晶体管，N沟道电力场效应晶体管的栅极作为所述第一全控开关S1的控制端，漏极作为所述第一全控开关S1的第一端，源极作为第一全控开关S1的第二端；当第一全控开关S1为P沟道电力场效应晶体管，P沟道电力场效应晶体管的栅极作为第一全控开关S1的控制端，漏极作为第一全控开关S1的第二端，源极作为第一全控开关S1的第一端；当第一全控开关S1为绝缘栅双极型晶体管，绝缘栅双极型晶体管的门极作为所述第一全控开关S1的控制端，集电极作为第一全控开关S1的第一端，发射极作为第一全控开关S1的第二端。

在本发明实施例中提供的技术方案中，通过控制互补导通的第一全控以及第二全控开关在一个开关周期的导通，获得双输出电压，实现了直流变换电路的双输出电压，避免了现有技术中经过逆变和整流两级变化，操作简单，整个电路结构更加简单，稳定性更高。

在一种开关周期中，上述双输出直流变换电路的第一输出电压以及第二输出电压的计算方法可为：

当第一全控开关S1开通且第二全控开关S2关断时，第一电容器C1通过第一全控开关S1与输入直流电源V_S串联后再经过第二二极管D2一起向第三电容器C3充电；与此同时，电感L与第二电容器C2串联后经过第一全控开关S1一起被输入直流电源VS充电。所以第一输出电压V_O1和电感L两端电压可为：

V_O1＝V_S+V_C1

V_{L(S1_ON)}＝V_S-V_O2；

当第一全控开关S1关断且第二全控开关S2开通时，第一电容器C1经过第二全控开关S2和第一二极管D1被输入直流电源V_S充电至输入电压；电感L通过第二全控开关S2直接向第二电容放电C2；所以第一电容器C1的电压和电感两端电压可为：

V_C1＝V_S

V_{L(S1_OFF)}＝V_O2；

上述两种状态高频交替运行，根据上述公式以及电感器满足伏秒平衡可得到第一输出电压V_O1以及第二输出电压V_O2，可为：

V_O1＝2V_S

V_O2＝dV_S；

其中，d为第一全控开关S1在一个开关周期的导通占空比。

可选的，基于上述实施例，请参阅图5，所述双输出直流变换电路例如还可以包括：

谐振电感Lr，所述谐振电感Lr一端与所述第一电容器C1的负极相连，另一端与所述第一全控开关S1的第二端、所述第二全控开关S2的第一端相连。

由于开关管在进行打开与关断时，电流的变化较大，为了避免器件因电流的急剧变化而烧毁，通过增加谐振电感，可使电流缓慢上升或下降，有效的降低电流变化率，减少电磁干扰，从而保护全控开关以及各个电容器。

本发明实施例所述双输出直流变换电路的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，本发明实施例通过添加谐振电感，保护第一全控开关、第二全控开关以及整个电路系统中的其他原件，避免器件因电流不稳定而烧毁，从而进一步的提高整个电路的稳定性与可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种双输出直流变换电路进行了详细介绍。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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种的双输出直流变换电路，包括直流电源，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的双输出直流变换电路，其特征在于，所述第一输出电压为所述直流电源输出电压的2倍；所述第二输出电压根据所述第一全控开关在一个开关周期的导通占空比以及所述直流电源输出电压计算得到。

3.根据权利要求2所述的双输出直流变换电路，其特征在于，所述第一全控开关与所述第二全控开关的类型相同。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的双输出直流变换电路，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求4所述的双输出直流变换电路，其特征在于，所述第一全控开关为N沟道电力场效应晶体管，所述N沟道电力场效应晶体管的栅极作为所述第一全控开关的控制端，漏极作为所述第一全控开关的第一端，源极作为所述第一全控开关的第二端。

6.根据权利要求5所述的双输出直流变换电路，其特征在于，所述第一全控开关为P沟道电力场效应晶体管，所述P沟道电力场效应晶体管的栅极作为所述第一全控开关的控制端，漏极作为所述第一全控开关的第二端，源极作为所述第一全控开关的第一端。

7.根据权利要求6所述的双输出直流变换电路，其特征在于，所述第一全控开关为绝缘栅双极型晶体管，所述绝缘栅双极型晶体管的门极作为所述第一全控开关的控制端，集电极作为所述第一全控开关的第一端，发射极作为所述第一全控开关的第二端。