CN107612343A - 一种串联交错双管正激变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变换器技术领域，公开了一种串联交错双管正激变换器，包括：第一双管正激变换器和第二双管正激变换器，所述第一双管正激变换器包括第一变压器T1，所述第二双管正激变换器包括第二变压器T2，所述第一变压器T1的原边与所述第二变压器T2的原边串联连接，所述第一变压器T1的副边与所述第二变压器T2的副边并联连接，通过两路变换器的原边串联、副边并联的连接方式，提高了变换器的输入电压，解决了高压输入情况下的电压应力问题。
Description
技术领域
本发明涉及变换器技术领域，尤其涉及一种串联交错双管正激变换器。
背景技术
受制于目前功率半导体器件的水平，高压大电流（1200V/20A以上）IGBT器件很多，但是MOS器件型号很少，超过耐压1500V的器件型号非常少，即使耐压能满足要求一般电流也很小，IGBT器件虽然要高压大电流的优势，但是开关频率一般很低（10KHZ以下），无法满足地铁、超级电容车等高压输入（DC1500V），隔离输出，高工作频率（30KHZ以上）辅助供电电源的要求。在半导体（高压大电流的MOS器件）制约着DC/DC隔离变换器工作性能的情况下，有必要从电路TOP架构上去解决器件瓶颈。传统的双管正激DC/DC变换器由于其可靠性很高常常被应用于通信电源、轨道交通电源、服务器电源等领域，但是传统的双管正激DC/DC变换器，其功率器件电压应力要求高于输入母线电压，因此也限制了传统双管正激DC/DC变换器在高压输入情况下的应用范围。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种串联交错双管正激变换器，通过两路变换器的原边串联、副边并联的连接方式，提高了变换器的输入电压，解决了高压输入情况下的电压应力问题。
为实现上述目的，本发明提供的一种串联交错双管正激变换器，包括：第一双管正激变换器和第二双管正激变换器，所述第一双管正激变换器包括第一变压器T1，所述第二双管正激变换器包括第二变压器T2，所述第一变压器T1的原边与所述第二变压器T2的原边串联连接，所述第一变压器T1的副边与所述第二变压器T2的副边并联连接。
可选地，还包括：第一母线电容C1、第二母线电容C2、第一被动均压电阻R1和第二被动均压电阻R2，其中，所述第一母线电容C1和所述第二母线电容C2串联后与输入电源并联，所述第一被动均压电阻R1与所述第一母线电容C1并联，所述第二被动均压电阻R2与所述第二母线电容C2并联。
可选地，所述第一双管正激变换器还包括：MOS管Q1、MOS管Q2、二极管D1、二极管D2和二极管D5，其中，MOS管Q1的漏极与输入电源正极、第一母线电容C1的一端、第一被动均压电阻R1的一端及二极管D1的负极连接在一起，MOS管Q1的源极与二极管D2的负极及第一变压器T1的原边同名端连接在一起，MOS管Q1的栅极悬空；MOS管Q2的漏极与二极管D1的正极及第一变压器T1的原边异名端连接在一起，MOS管Q2的源极与二极管D2的正极、第一母线电容C1的另一端及第一被动均压电阻R1的另一端连接在一起，MOS管Q2的栅极悬空；二极管D5的正极与第一变压器T1的副边同名端连接。
可选地，所述第二双管正激变换器还包括：MOS管Q3、MOS管Q4、二极管D3、二极管D4和二极管D6，其中，MOS管Q3的漏极与所述第一母线电容C1的另一端、第二母线电容C2的一端、第二被动均压电阻R2的一端及二极管D3的负极连接在一起，MOS管Q3的源极与二极管D4的负极及第二变压器T2的原边同名端连接在一起，MOS管Q3的栅极悬空；MOS管Q4的漏极与二极管D3的正极及第二变压器T2的原边异名端连接在一起，MOS管Q4的源极与二极管D4的正极、第二母线电容C2的另一端、第二被动均压电阻R2的另一端及输入电源负极连接在一起，MOS管Q4的栅极悬空；二极管D6的正极与第二变压器T2的副边同名端连接。
可选地，还包括：输出续流二极管D7、输出续流电感L1和输出电容C3，所述输出续流二极管D7的负极与二极管D5的负极、二极管D6的负极及输出续流电感L1的一端连接在一起，所述输出续流二极管D7的正极与第一变压器T1的副边异名端、第二变压器T2的副边异名端、输出电容C3的一端及输出电源的负极连接在一起，输出续流电感L1的另一端与输出电容C3的另一端及输出电源的正极连接在一起。
可选地，所述第一双管正激变换器和第二双管正激变换器错相工作，所述MOS管Q1和MOS管Q2共用一路驱动信号，所述MOS管Q3和MOS管Q4共用另一路驱动信号；两路驱动信号错相180度。
可选地，所述第一双管正激变换器和第二双管正激变换器采用内外环双环控制策略，外环为输出稳压环，内环为均压环。
本发明提出的一种串联交错双管正激变换器，包括：第一双管正激变换器和第二双管正激变换器，所述第一双管正激变换器包括第一变压器T1，所述第二双管正激变换器包括第二变压器T2，所述第一变压器T1的原边与所述第二变压器T2的原边串联连接，所述第一变压器T1的副边与所述第二变压器T2的副边并联连接，通过两路变换器的原边串联、副边并联的连接方式，提高了变换器的输入电压，解决了高压输入情况下的电压应力问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种串联交错双管正激变换器工作原理图；
图2为本发明实施例提供的一种串联交错双管正激变换器工作时序图；
图3为本发明实施例提供的一种串联交错双管正激变换器的小信号模型。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。
实施例
如图1所示，在本实施例中，一种串联交错双管正激变换器，包括：第一双管正激变换器和第二双管正激变换器，所述第一双管正激变换器包括第一变压器T1，所述第二双管正激变换器包括第二变压器T2，所述第一变压器T1的原边与所述第二变压器T2的原边串联连接，所述第一变压器T1的副边与所述第二变压器T2的副边并联连接。
在本实施例中，通过两路变换器的原边串联、副边并联的连接方式，提高了变换器的输入电压，解决了高压输入情况下的电压应力问题。
在本实施例中，该串联交错双管正激变换器还包括：第一母线电容C1、第二母线电容C2、第一被动均压电阻R1和第二被动均压电阻R2，其中，所述第一母线电容C1和所述第二母线电容C2串联后与输入电源并联，所述第一被动均压电阻R1与所述第一母线电容C1并联，所述第二被动均压电阻R2与所述第二母线电容C2并联。
在本实施例中，第一被动均压电阻R1和第二被动均压电阻R2的作用是确保在变换器停止工作时保证C1，C2各自的均压关系。
在本实施例中，所述第一双管正激变换器还包括：MOS管Q1、MOS管Q2、二极管D1、二极管D2和二极管D5，其中，MOS管Q1的漏极与输入电源正极、第一母线电容C1的一端、第一被动均压电阻R1的一端及二极管D1的负极连接在一起，MOS管Q1的源极与二极管D2的负极及第一变压器T1的原边同名端连接在一起，MOS管Q1的栅极悬空；MOS管Q2的漏极与二极管D1的正极及第一变压器T1的原边异名端连接在一起，MOS管Q2的源极与二极管D2的正极、第一母线电容C1的另一端及第一被动均压电阻R1的另一端连接在一起，MOS管Q2的栅极悬空；二极管D5的正极与第一变压器T1的副边同名端连接。
在本实施例中，所述第二双管正激变换器还包括：MOS管Q3、MOS管Q4、二极管D3、二极管D4和二极管D6，其中，MOS管Q3的漏极与所述第一母线电容C1的另一端、第二母线电容C2的一端、第二被动均压电阻R2的一端及二极管D3的负极连接在一起，MOS管Q3的源极与二极管D4的负极及第二变压器T2的原边同名端连接在一起，MOS管Q3的栅极悬空；MOS管Q4的漏极与二极管D3的正极及第二变压器T2的原边异名端连接在一起，MOS管Q4的源极与二极管D4的正极、第二母线电容C2的另一端、第二被动均压电阻R2的另一端及输入电源负极连接在一起，MOS管Q4的栅极悬空；二极管D6的正极与第二变压器T2的副边同名端连接。
在本实施例中，该串联交错双管正激变换器还包括：输出续流二极管D7、输出续流电感L1和输出电容C3，所述输出续流二极管D7的负极与二极管D5的负极、二极管D6的负极及输出续流电感L1的一端连接在一起，所述输出续流二极管D7的正极与第一变压器T1的副边异名端、第二变压器T2的副边异名端、输出电容C3的一端及输出电源的负极连接在一起，输出续流电感L1的另一端与输出电容C3的另一端及输出电源的正极连接在一起。
在本实施例中，所述第一双管正激变换器和第二双管正激变换器错相工作，所述MOS管Q1和MOS管Q2共用一路驱动信号，所述MOS管Q3和MOS管Q4共用另一路驱动信号；两路驱动信号错相180度；如图2所示，为该串联交错双管正激变换器的工作时序图。
在本实施例中，如图3所示，为串联交错正激变换器小信号模型，由于原边串联工作，如果可以保证两路变换器交错工作时动态输入阻抗相等，那么两路变换器各自母线电容可以保证均压运行，从而实现每路变换器功率器件电压应力减半，达到低压器件应用于高压领域的目的。但是由于功率器件和磁性器件的工艺差异总会存在一些参数差异，即使两路变换器驱动信号占空比完全一致， 两路串联变换器工作阻抗也不会完全相等，随着负载动态变化，最终会导致两路变换器各自母线电容分压不均，如果均压差值过大，分压更高的一路变换器器件电压应力过大而失效。为了保证串联两路双管正激变换器均压运行，在控制电路中增加母线中点电压采样电路，并把该点电压作为内环控制输入信号，使得两路驱动信号占空比不一致，通过均压环实时动态调整两路驱动占空比保证两路输入动态阻抗接近，从而保证两路母线电容均压。
在本实施例中，所述第一双管正激变换器和第二双管正激变换器采用内外环双环控制策略，外环为输出稳压环，内环为均压环；均压环路的介入保证了两路串联变换器输入动态阻抗相等，保证两路母线电压差值在很小的范围，从而提高了变换器的可靠性。由于两路错相工作，因此输出电流纹波进一步减小，输出续流电感和电解电容体积进一步减小，交错运行不但分散了器件热量，同时也能减小储能器件尺寸，提升了电源品质。
作为另一种实施例，该串联交错双管正激变换器还可以进一步扩展成3路双管正激变换器或多路级联的形式，具体电路连接关系参考图1及以上所述，可以在使用常规器件的条件下，适应更高更宽的输入电压范围，因此在高压隔离领域具有重要意义。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种串联交错双管正激变换器，其特征在于，包括：第一双管正激变换器和第二双管正激变换器，所述第一双管正激变换器包括第一变压器T1，所述第二双管正激变换器包括第二变压器T2，所述第一变压器T1的原边与所述第二变压器T2的原边串联连接，所述第一变压器T1的副边与所述第二变压器T2的副边并联连接。
2.根据权利要求1所述的一种串联交错双管正激变换器，其特征在于，还包括：第一母线电容C1、第二母线电容C2、第一被动均压电阻R1和第二被动均压电阻R2，其中，所述第一母线电容C1和所述第二母线电容C2串联后与输入电源并联，所述第一被动均压电阻R1与所述第一母线电容C1并联，所述第二被动均压电阻R2与所述第二母线电容C2并联。
3.根据权利要求2所述的一种串联交错双管正激变换器，其特征在于，所述第一双管正激变换器还包括：MOS管Q1、MOS管Q2、二极管D1、二极管D2和二极管D5，其中，MOS管Q1的漏极与输入电源正极、第一母线电容C1的一端、第一被动均压电阻R1的一端及二极管D1的负极连接在一起，MOS管Q1的源极与二极管D2的负极及第一变压器T1的原边同名端连接在一起，MOS管Q1的栅极悬空；MOS管Q2的漏极与二极管D1的正极及第一变压器T1的原边异名端连接在一起，MOS管Q2的源极与二极管D2的正极、第一母线电容C1的另一端及第一被动均压电阻R1的另一端连接在一起，MOS管Q2的栅极悬空；二极管D5的正极与第一变压器T1的副边同名端连接。
4.根据权利要求3所述的一种串联交错双管正激变换器，其特征在于，所述第二双管正激变换器还包括：MOS管Q3、MOS管Q4、二极管D3、二极管D4和二极管D6，其中，MOS管Q3的漏极与所述第一母线电容C1的另一端、第二母线电容C2的一端、第二被动均压电阻R2的一端及二极管D3的负极连接在一起，MOS管Q3的源极与二极管D4的负极及第二变压器T2的原边同名端连接在一起，MOS管Q3的栅极悬空；MOS管Q4的漏极与二极管D3的正极及第二变压器T2的原边异名端连接在一起，MOS管Q4的源极与二极管D4的正极、第二母线电容C2的另一端、第二被动均压电阻R2的另一端及输入电源负极连接在一起，MOS管Q4的栅极悬空；二极管D6的正极与第二变压器T2的副边同名端连接。
5.根据权利要求4所述的一种串联交错双管正激变换器，其特征在于，还包括：输出续流二极管D7、输出续流电感L1和输出电容C3，所述输出续流二极管D7的负极与二极管D5的负极、二极管D6的负极及输出续流电感L1的一端连接在一起，所述输出续流二极管D7的正极与第一变压器T1的副边异名端、第二变压器T2的副边异名端、输出电容C3的一端及输出电源的负极连接在一起，输出续流电感L1的另一端与输出电容C3的另一端及输出电源的正极连接在一起。
6.根据权利要求4所述的一种串联交错双管正激变换器，其特征在于，所述第一双管正激变换器和第二双管正激变换器错相工作，所述MOS管Q1和MOS管Q2共用一路驱动信号，所述MOS管Q3和MOS管Q4共用另一路驱动信号；两路驱动信号错相180度。
7.根据权利要求4所述的一种串联交错双管正激变换器，其特征在于，所述第一双管正激变换器和第二双管正激变换器采用内外环双环控制策略，外环为输出稳压环，内环为均压环。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180119 |