CN108712065A - 可实现低输入/输出电流纹波的磁集成开关电源 - Google Patents

可实现低输入/输出电流纹波的磁集成开关电源 Download PDF

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张东来
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张晓峰
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Abstract

本发明提供了一种可实现低输入/输出电流纹波的高功率密度磁集成开关电源，包括由输入耦合支路、输出耦合支路和纹波抵消支路构成的磁集成模块；所述输入耦合支路包括输入电感LA和输入电容Cin；所述输出耦合支路包括输出电感LC和输出电容Co；所述纹波抵消支路包括串联在一起的纹波抵消电感LB和储能电容Cr；输入电感LA、输出电感LC及纹波抵消电感LB耦合至同一磁芯中。磁集成模块包括的输入耦合支路、输出耦合支路及电流纹波抵消支路，耦合至同一磁芯中以实现磁集成的目的。本发明可以实现输入/输出电流纹波抵消以及提升电源功率密度的特点。本发明的磁集成开关电源具有结构简单，设计调节灵活，具有较强的实用性。

Description

可实现低输入/输出电流纹波的磁集成开关电源
技术领域
本发明涉及开关电源，尤其涉及一种低电流文波的磁集成开关电源。
背景技术
在传统的降压型开关电源设计中，为保证输入电流纹波较小，需增加额外的输入滤波电感Lin及滤波电容Cin。增加电感及电容的同时意味着增加电源的体积和重量，并降低电源的功率密度。传统降压型开关电源其结构如图1所示，Vin为输入电压，Vout为输出电压，L为输出电感，Co为输出电容，D为续流二极管。。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种实现低输入/输出电流纹波的高功率密度磁集成开关电源，其中磁集成模块包括输入耦合支路、输出耦合支路及电流纹波抵消支路，三条支路耦合至同一磁芯中以实现磁集成的目的。
本发明具体通过如下技术方案实现：
一种可实现低输入/输出电流纹波的高功率密度磁集成开关电源，其特征在于；所述输入耦合支路包括输入电感LA和输入电容Cin；所述输出耦合支路包括输出电感LC和输出电容Co；所述纹波抵消支路包括串联在一起的纹波抵消电感LB和储能电容Cr；输入电感LA、输出电感LC及纹波抵消电感LB耦合至同一磁芯中；输入电感LA的同名端接输入电源，另一端通过输入电容Cin接地，纹波抵消电感LB的同名端通过输入电容Cin接地，另一端通过储能电容Cr接地；所述输出电容Co的一端连接输出电感LC的异名端，另一端接地。
进一步地，所述开关电源电路还包括串联在所述输入滤波电感LA与输出电感Lc中间的开关管S。
进步一地，所述开关电源电路还包括开关S、二极管D、输出负载Ro；所述开关S的一端接输入电感LA的异名端，另一端接输出电感LC的同名端；所述二极管一端接输出电感LC的同名端，另一端接地；接所述输出电容Co与所述输出负载Ro并联，其一端接输出电感LC的输入端，另一端接地。
进一步地，所述纹波抵消支路中，通过控制LB的大小及耦合系数，以实现输入/输出电流纹波抵消。
进一步地，所述耦合输出支路中，通过改变LB的大小和耦合系数以及储能电容Cr的值，来有效调整开关电源输入/输出电流纹波范围。
本发明的有益效果是：本发明实现的低输入/输出电流纹波的高功率密度磁集成开关电源，将传统降压型电路的输入滤波电感及输出滤波电感耦合至同一磁芯中并引入电流纹波抵消支路，可以实现输入输出电流纹波抵消，以及提升电源功率密度特点。同时，该磁集成开关电源具有结构简单，设计调节灵活，具有较强的实用性。
附图说明
图1是目前传统的降压型电路；
图2是本发明的电路原理图；
图3是本发明的开关电源中各元件的电感电流波形或电容电压波形。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图2所示，本发明公开了一种实现低输入/输出电流纹波的高功率密度磁集成开关电源。其中磁集成模块包括输入耦合支路、输出耦合支路及电流纹波抵消支路，三条支路耦合至同一磁芯中以实现磁集成的目的。
所述磁集成模块由输入电感LA，输出电感LC及纹波抵消电感LB共同耦合至同一磁芯组成。
所述纹波抵消支路包括串联在一起的纹波抵消电感LB和储能电容Cr组成。
所述开关电源电路(降压电路)还包括续流二极管D、输出电容Co、输出负载Ro，所述输出电容Co、所述输出负载Ro相互并联。降压电路还包括与所述输入滤波电感及输出电感模块串联的开关管S。
所述纹波抵消支路中，通过控制纹波抵消电感LB的大小及耦合系数，可以实现输入/输出电流纹波抵消。
通过改变纹波抵消电感LB的大小和耦合系数、以及储能电容Cr的值，可以有效调整开关电源输入/输出电流纹波范围，因此本发明比传统的方式更具灵活性。其中，改变电感值的大小的方式为，在绕制电感的过程中通过增加/减小绕组匝数。改变耦合系数的方式是在绕制不同的绕组时通过改变绕组的物理位置，或改变绕组的交叠圈数。
本发明为实现低输入/输出电流纹波的高功率密度磁集成开关电源，在传统降压型电路中引入输入耦合支路及纹波抵消支路，并配合体积和重量均较小的输入电容Cin及储能电容Cr，可保证变换器具有较低的输入/输出电流纹波及较高的功率密度。该低输入/输出电流纹波的高功率密度磁集成开关电源结构简单，设计调节灵活，具有较强的实用性。
开关管、磁集成元件各路电感电流波形以及电容电压波形如图3所示。
本发明的具体工作原理：电感LA及LC耦合，实现输入电流连续，并节省独立的输入滤波器电感LC。但是单独输入输出电感的耦合会使输入电流纹波及输出电流纹波变大。因此，增加额外的纹波抵消支路(LB及Cr)，并将三电感进行耦合，耦合同名端方式如图2所示。耦合电感支路可在不改变变换器工作状态(如开关电压应力、变换器直流增益)等条件下，有效降低变换器输入输出电流纹波值。
本发明的低输入/输出电流纹波的高功率密度磁集成开关电源可用于新能源、计算机、汽车等低压大电流分布式电源系统中，可有效改善因大电流纹波导致的电磁干扰问题。同时该低电流纹波开关电源可在简化输入输出滤波环节的基础上保证整个系统的功率密度，具有十分重要的意义。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可实现低输入/输出电流纹波的磁集成开关电源，其特征在于：所述输入耦合支路包括输入电感LA和输入电容Cin；所述输出耦合支路包括输出电感LC和输出电容Co；所述纹波抵消支路包括串联在一起的纹波抵消电感LB和储能电容Cr；输入电感LA、输出电感LC及纹波抵消电感LB耦合至同一磁芯中；输入电感LA的同名端接输入电源，LA的另一端通过输入电容Cin接地；纹波抵消电感LB的同名端通过输入电容Cin接地，LB的另一端通过储能电容Cr接地；所述输出电容Co的一端连接输出电感LC的异名端，Co的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的磁集成开关电源，其特征在于：所述开关电源电路还包括串联在所述输入滤波电感LA与输出电感Lc中间的开关管S。
3.根据权利要求1所述的磁集成开关电源，其特征在于：所述开关电源电路还包括开关S、二极管D、输出负载Ro；所述开关S的一端接输入电感LA的异名端，另一端接输出电感LC的同名端；所述二极管一端接输出电感LC的同名端，另一端接地；接所述输出电容Co与所述输出负载Ro并联，其一端接输出电感LC的异名端，另一端接地。
4.根据权利要求1-3任一项所述的磁集成开关电源，其特征在于：所述纹波抵消支路中，通过控制LB的大小及耦合系数，以实现输入/输出电流纹波抵消。
5.根据权利要求1-3任一项所述的磁集成开关电源，其特征在于：通过改变LB的大小和耦合系数以及储能电容Cr的值，来有效调整开关电源输入/输出电流纹波范围。
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