CN110086349B - 一种全桥隔离dc-dc电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全桥隔离DC‑DC电路，包括：正极输入端、负极输入端、正极输出端、负极输出端、逆变电路、整流电路和高频变压器；通过逆变电路、整流电路和高频变压器，有效的完成直流转直流过程，得到的输出电压稳定，而且本发明创造的电路结构简单，易于生产。可用于电源技术领域中。

Description

一种全桥隔离DC-DC电路
技术领域
本发明涉及电源电路技术领域，特别涉及一种全桥隔离DC-DC电路。
背景技术
现在社会，对电力的需求化随之不断增大，导致了对能源的开采和消耗与日俱增。而传统能源，如石油、天然气、煤炭等资源的能源危机正日益严重。同时，因为这类传统能源的过度使用，导致环境污染变得严重，并且过度排放的二氧化碳等温室气体造成全球气遍变暖、空气质量恶化甚至极端灾害气候发生等。这些都对人类的生存和发展都造成严重影响。
作为解决上述问题的有效途径之一，可再生能源的开发与利用成了人们当前研究的热点。可再生能源主要包括太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等。其中，太阳光能发电是利用光生伏打效应将太阳能直接转化为电能的一种发电方式，主要有光能发电与热能发电两种。风为发电是将风能转化为电能。风为在一年内所提供的能量几乎是目前全世界每年燃烧煤所获取的能量的3倍，可见合理有效地利用风能可减少传统能源的开采和使用。
由于可再生能源具有随机性和间歇性等特点，如何利用可再生能源产生连续稳定的电能成了当前需要解决的问题之一。而通过可再生能源发电设备与储能装置的结合使用，建立可靠稳定的微电网储能系统成为了主要的解决方式。而微电网储能系统最重要的一环是将直流电源进行转换降压。现有的DC-DC电路结构复杂，而且输出的电压稳定性不足。
发明内容
本发明的目的是：提供一种结构简单且输出电流稳定的DC-DC电路。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种全桥隔离DC-DC电路，包括：正极输入端、负极输入端、正极输出端、负极输出端、逆变电路、整流电路和高频变压器；
所述逆变电路包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管的漏极和第二开关管的漏极均与正极输入端连接，所述第三开关管的源极和第四开关管的源极均与负极输入端连接，所述第一开关管的源极分别与第四开关管的漏极、高频变压器的原边侧下端连接，所述第二开关管的源极分别与第三开关管的漏极、高频变压器的原边侧上端连接；
所述整流电路包括：第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、四输出变压器、第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻和整流电容，所述高频变压器的副边侧上端分别与四输出变压器的原边侧上端、第五开关管的源极连接，所述高频变压器的副边侧下端分别与四输出变压器的原边侧下端、第六开关管的源极连接，所述四输出变压器的第一副边侧的上端通过第一限流电阻与第五开关管的栅极连接，所述四输出变压器的第一副边侧的下端与第五开关管的源极连接，所述四输出变压器的第二副边侧的上端通过第二限流电阻与第七开关管的栅极连接，所述四输出变压器的第二副边侧的下端与第七开关管的源极连接，所述四输出变压器的第三副边侧的上端通过第三限流电阻与第八开关管的源极连接，所述四输出变压器的第三副边侧的下端与第八开关管的栅极连接，所述四输出变压器的第四副边侧的上端通过第四限流电阻与第六开关管的源极连接，所述四输出变压器的第三副边侧的下端与第六开关管的栅极连接，所述第五开关管的漏极分别与第六开关管的漏极、正极输出端连接，所述第五开关管的源极与第八开关管的漏极连接，所述第六开关管的源极与第七开关的漏极连接，所述第八开关管的源极分别与第七开关管的源极、负极输出端连接；
所述整流电容的上端与正极输出端连接，所述整流电容的下端与负极输出端连接。
进一步，所述高频变压器的原边侧与副边侧之间的匝数比为30：15。
进一步，所述四输出变压器的原边侧和其的第一副边侧、第二副边侧、第三副边侧的匝数比均为30：5。
进一步，所述高频变压器的原边侧的阻值为1Ω，所述高频变压器200的副边侧的阻值为0.5Ω。
进一步，所述高频变压器的原边侧的电感值为1mH，所述高频变压器的副边侧的电感值为0.25mH。
进一步，所述逆变电路还包括滤波电容，所述滤波电容的上端与正极输入端连接，所述滤波电容的下端与负极输入端连接。
进一步，所述高频变压器的原边侧下端串接有第一隔直电容，所述高频变压器的原边侧下端通过第一隔直电容与第一开关管的源极连接。
进一步，所述高频变压器的副边侧下端串接有第二隔直电容，所述高频变压器的副边侧下端通过第二隔直电容分别与第六开关管的源极、四输出变压器的原边侧下端连接。
进一步，所述滤波电容和整流电容的容值相同。
进一步，所述第一隔直电容和第二隔直电容的容值相同。
本发明的有益效果是：本发明创造通过逆变电路、整流电路和高频变压器，有效的完成直流转直流过程，得到的输出电压稳定，而且本发明创造的电路结构简单，易于生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1是本发明创造的电路原理图；
图2是正极输出端和负极输出端输出的电压曲线图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
实施例1，参考图1，一种全桥隔离DC-DC电路，包括：正极输入端110、负极输入端120、正极输出端130、负极输出端140、逆变电路、整流电路和高频变压器200；所述逆变电路包括：第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4，所述第一开关管Q1的漏极和第二开关管Q2的漏极均与正极输入端110连接，所述第三开关管Q3的源极和第四开关管Q4的源极均与负极输入端120连接，所述第一开关管Q1的源极分别与第四开关管Q4的漏极、高频变压器200的原边侧下端连接，所述第二开关管Q2的源极分别与第三开关管Q3的漏极、高频变压器200的原边侧上端连接。
所述整流电路包括：第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、四输出变压器300、第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第四限流电阻R4和整流电容C4，所述高频变压器200的副边侧上端分别与四输出变压器300的原边侧上端、第五开关管Q5的源极连接，所述高频变压器200的副边侧下端分别与四输出变压器300的原边侧下端、第六开关管Q6的源极连接，所述四输出变压器300的第一副边侧的上端通过第一限流电阻R1与第五开关管Q5的栅极连接，所述四输出变压器300的第一副边侧的下端与第五开关管Q5的源极连接，所述四输出变压器300的第二副边侧的上端通过第二限流电阻R2与第七开关管Q7的栅极连接，所述四输出变压器300的第二副边侧的下端与第七开关管Q7的源极连接，所述四输出变压器300的第三副边侧的上端通过第三限流电阻R3与第八开关管Q8的源极连接，所述四输出变压器300的第三副边侧的下端与第八开关管Q8的栅极连接，所述四输出变压器300的第四副边侧的上端通过第四限流电阻R4与第六开关管Q6的源极连接，所述四输出变压器300的第三副边侧的下端与第六开关管Q6的栅极连接，所述第五开关管Q5的漏极分别与第六开关管Q6的漏极、正极输出端130连接，所述第五开关管Q5的源极与第八开关管Q8的漏极连接，所述第六开关管Q6的源极与第七开关的漏极连接，所述第八开关管Q8的源极分别与第七开关管Q7的源极、负极输出端140连接。
所述整流电容C4的上端与正极输出端130连接，所述整流电容C4的下端与负极输出端140连接。其中，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8均为MOS管。
以最常用的180V直流电转90V直流电为例，其中，所述高频变压器200的原边侧与副边侧之间的匝数比为30：15。所述四输出变压器300的原边侧和其的第一副边侧、第二副边侧、第三副边侧的匝数比均为30：5。所述高频变压器200的型号为XFRL2，所述四输出变压器300的型号为XFRL5；第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3和第四限流电阻R4的阻值均为10Ω。
将180V直流电接入到正极输入端110和负极输入端120中。通过仿真，在第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4分别接入方波信号源。其中，将第一开关管Q1和第三开关管Q3设有第一组，第二开关管Q2和第四开关管Q4设为第二组，所述第一组和第二组交替导通。对180V直流电进行斩波，在高频变压器200的副边侧产生90V的交流电，该交流电通过四输出变压器300产生四个脉冲信号，由于所述四输出变压器300的原边侧和其的第一副边侧、第二副边侧、第三副边侧的匝数比均为30：5。而且，四输出变压器300的第一副边侧的上端、第二副边侧的上端、第三副边侧的上端和第四副边侧的上端均为同名端。因此，四脉冲信号驱动第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7和第八开关管Q8。将第五开关管Q5和第七开关管Q7设为第一组，第六开关管Q6和第八开关管Q8设为第二组。所述第一组和第二组交替导通，在整流电容C4的作用下，在正极输出端130和负极输出端140之间产生90V的直流电压。参考图2，在图中，横坐标为时间，单位为秒，纵坐标为电压，单位为伏特。通过仿真结果可知，在0.9ms的时候，输出的电压已经达到90V了，并且一直稳定在90V中，该输出的直流电压稳定，电压畸变率低下。
本发明创造通过逆变电路、整流电路和高频变压器，有效的完成直流转直流过程，得到的输出电压稳定，而且本发明创造的电路结构简单，易于生产。
作为优化，所述高频变压器200的原边侧的阻值为1Ω，所述高频变压器200的副边侧的阻值为0.5Ω。可以降低高频变压器200的损耗。
作为优化，所述高频变压器200的原边侧的电感值为1mH，所述高频变压器200的副边侧的电感值为0.25mH。通过测试，采用这样具有上述电感值的高频变压器200，在180V转90V的系统中，产生的输出电压最稳定，可靠性最好。
作为优化，所述逆变电路还包括滤波电容C1，所述滤波电容C1的上端与正极输入端110连接，所述滤波电容C1的下端与负极输入端120连接。通过滤波电容C1使得正极输入端110和负极输入端120输入的直流电源更加平滑。
作为优化，所述高频变压器200的原边侧下端串接有第一隔直电容C2，所述高频变压器200的原边侧下端通过第一隔直电容C2与第一开关管Q1的源极连接。通过第一隔直电容C2，可以去除高频变压器200的原边侧交流分量的直流成分，避免因直流分量导致励磁电流过大。
作为优化，所述高频变压器200的副边侧下端串接有第二隔直电容C3，所述高频变压器200的副边侧下端通过第二隔直电容C3分别与第六开关管Q6的源极、四输出变压器300的原边侧下端连接。通过第二隔直电容C3，可以去除高频变压器200的副边侧交流分量的直流成分，避免因直流分量导致励磁电流过大。
作为优化，所述滤波电容C1和整流电容C4的容值相同。所述第一隔直电容C2和第二隔直电容C3的容值相同。这样就可以形成一个对称结构，使得整个DC-DC电路更加稳定。在某些实施例中，滤波电容C1和整流电容C4的容值为200μF，第一隔直电容C2和第二隔直电容C3的容值均为200μF。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种全桥隔离DC-DC电路，其特征在于，包括：正极输入端、负极输入端、正极输出端、负极输出端、逆变电路、整流电路和高频变压器；
所述逆变电路包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管的漏极和第二开关管的漏极均与正极输入端连接，所述第三开关管的源极和第四开关管的源极均与负极输入端连接，所述第一开关管的源极分别与第四开关管的漏极、高频变压器的原边侧下端连接，所述第二开关管的源极分别与第三开关管的漏极、高频变压器的原边侧上端连接；
所述整流电路包括：第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、四输出变压器、第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、第四限流电阻和整流电容，所述高频变压器的副边侧上端分别与四输出变压器的原边侧上端、第五开关管的源极连接，所述高频变压器的副边侧下端分别与四输出变压器的原边侧下端、第六开关管的源极连接，所述四输出变压器的第一副边侧的上端通过第一限流电阻与第五开关管的栅极连接，所述四输出变压器的第一副边侧的下端与第五开关管的源极连接，所述四输出变压器的第二副边侧的上端通过第二限流电阻与第七开关管的栅极连接，所述四输出变压器的第二副边侧的下端与第七开关管的源极连接，所述四输出变压器的第三副边侧的上端通过第三限流电阻与第八开关管的源极连接，所述四输出变压器的第三副边侧的下端与第八开关管的栅极连接，所述四输出变压器的第四副边侧的上端通过第四限流电阻与第六开关管的源极连接，所述四输出变压器的第三副边侧的下端与第六开关管的栅极连接，所述第五开关管的漏极分别与第六开关管的漏极、正极输出端连接，所述第五开关管的源极与第八开关管的漏极连接，所述第六开关管的源极与第七开关的漏极连接，所述第八开关管的源极分别与第七开关管的源极、负极输出端连接；
所述整流电容的上端与正极输出端连接，所述整流电容的下端与负极输出端连接；
所述高频变压器的原边侧与副边侧之间的匝数比为30：15；所述逆变电路还包括滤波电容，所述滤波电容的上端与正极输入端连接，所述滤波电容的下端与负极输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种全桥隔离DC-DC电路，其特征在于，所述四输出变压器的原边侧和其的第一副边侧、第二副边侧、第三副边侧的匝数比均为30：5。
3.根据权利要求1所述的一种全桥隔离DC-DC电路，其特征在于，所述高频变压器的原边侧的阻值为1Ω，所述高频变压器的副边侧的阻值为0.5Ω。
4.根据权利要求3所述的一种全桥隔离DC-DC电路，其特征在于，所述高频变压器的原边侧的电感值为1mH，所述高频变压器的副边侧的电感值为0.25mH。
5.根据权利要求1所述的一种全桥隔离DC-DC电路，其特征在于，所述高频变压器的原边侧下端串接有第一隔直电容，所述高频变压器的原边侧下端通过第一隔直电容与第一开关管的源极连接。
6.根据权利要求5所述的一种全桥隔离DC-DC电路，其特征在于，所述高频变压器的副边侧下端串接有第二隔直电容，所述高频变压器的副边侧下端通过第二隔直电容分别与第六开关管的源极、四输出变压器的原边侧下端连接。
7.根据权利要求5所述的一种全桥隔离DC-DC电路，其特征在于，所述滤波电容和整流电容的容值相同。
8.根据权利要求7所述的一种全桥隔离DC-DC电路，其特征在于，所述第一隔直电容和第二隔直电容的容值相同。
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