CN110350799B - Dc-dc电源变换器拓扑结构电路 - Google Patents

Dc-dc电源变换器拓扑结构电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种DC‑DC电源变换器拓扑结构电路。根据本申请的一个具体实施方式包括：全桥斩波电路(10)、平衡电容器C1、变压器T1、第一副边可控整流滤波电路(20)和第二可控整流滤波电路(30)，其中，所述变压器T1包括与所述第一副边可控整流滤波电路(20)连接的第一副边绕组以及与所述第二副边可控整流滤波电路(30)连接的第二副边绕组。该实施方式在DC‑DC电源的变压器副边侧串联低压大电流可控整流电路，该可控整流电路在脉冲工作期间为电源输出提供一个低压大电流能量，能够有效补偿脉冲期间输出电容器上的电压跌落。

Description

DC-DC电源变换器拓扑结构电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域。更具体地，涉及一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路。
背景技术
随着固态相控阵技术的快速发展和广泛应用，为固态相控阵雷达系统研制各种小体积、大功率、宽脉冲、低纹波的电源模块已经成为非常迫切的需求。电源模块的可靠性、纹波等技术指标直接影响雷达系统的整机性能，低压大电流的供电方式对阵面电源的性能提出了严峻的挑战。目前比较常用的供电方案是通过AC-DC将市电三相380V转换成300V～500V的直流输出，再通过DC-DC将300V～500V的高压转换成10V～50V低压大电流输出。固态相控阵雷达一般工作在脉冲体制下，随着雷达性能的不断提高，其脉冲占空比也变得越来越高，通常达到了30％，同时其脉冲宽度也变得越来宽，通常其脉冲宽度达到了4ms。雷达如此高占空比和高脉宽的方式，对DC-DC电源而言是一种严峻的挑战。
传统的DC-DC电源解决方案是采用一个平均功率和脉冲输出平均功率同等的开关电源加上大容量的电解电容器来提供雷达脉冲工作时的能量。通常雷达脉冲工作时的脉冲功率是DC-DC电源平均功率的2～4倍。该种方法对于小脉宽的雷达而言比较适用，但是对于大脉宽体制的雷达而言，为了保证输出电压不至于跌落到雷达最小工作电压之外，需要增加非常大容量的电解电容器，这就增加了雷达的体积、重量和成本。另外，该种方案虽然通过输出增加大容量电容器保证了输出电压跌落在合理的范围，但其电压跌落的部分仍然影响着雷达的性能。
因此，需要提供一种具有负载电压跌落补偿功能的DC-DC电源变换器拓扑结构电路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明的一个方面提供了一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路，包括：全桥斩波电路、平衡电容器C1、变压器T1、第一副边可控整流滤波电路和第二可控整流滤波电路，其中，所述变压器T1包括与所述第一副边可控整流滤波电路连接的第一副边绕组以及与所述第二副边可控整流滤波电路连接的第二副边绕组；所述全桥斩波电路包括第一原边开关Q1、第二原边开关Q2、第三原边开关Q3和第四原边开关Q4，所述第一原边开关Q1的第一端分别与所述第二原边开关Q2的第一端以及输入电压端VIN连接，第二端分别与所述第三原边开关Q3的第一端以及所述平衡电容器C1的第一端连接，所述平衡电容器C1的第二端与所述变压器T1的原边绕组的第一端连接，所述第二原边开关Q2的第二端分别与所述第四原边开关Q4的第一端以及所述变压器T1的原边绕组的第二端连接，所述第三原边开关Q3的第二端和所述第四原边开关Q4的第二端分别与第一参考地端GND1连接；所述第一副边可控整流滤波电路包括第一副边开关S1、第二副边开关S2、滤波电容器C2和泄放电阻器R1，所述第一副边开关S1的第一端与所述第一副边绕组的第一端连接，第二端分别与所述第二副边开关S2的第一端、所述滤波电容器C2的第一端、所述泄放电阻器R1的第一端以及中间输出电压端VOUT1连接，所述第二副边开关S2的第二端与所述第一副边绕组的第二端连接，所述滤波电容器C2的第二端分别与所述第一副边绕组的抽头、所述泄放电阻器R1的第二端以及输出电压端VOUT连接；所述第二副边可控整流滤波电路包括第三副边开关S3、第四副边开关S4和输出电容器C3，所述第三副边开关S3的第一端与所述第二副边绕组的第一端连接，第二端分别与所述第四副边开关S4的第一端、所述输出电容器C3的第一端以及第二参考地端GND2连接，所述第四副边开关S4的第二端与所述第二副边绕组的第二端连接，所述输出电容器C3的第二端分别与所述第二副边绕组的抽头以及所述中间输出电压端VOUT1连接。
可选的，所述第一原边开关Q1、所述第二原边开关Q2、所述第三原边开关Q3和所述第四原边开关Q4分别为高压NMOS管。
可选的，所述平衡电容器C1为电容量为0.2μF的高压陶瓷电容器。
可选的，所述变压器T1的变比为20:2:1。
可选的，所述变压器T1为印制板变压器。
可选的，所述第一副边开关S1、第二副边开关S2、第三副边开关S3和第四副边开关S4为双向可控开关。
可选的，所述双向可控开关包括串联连接的两个低压NMOS管。
可选的，所述输出电容器C3为电容量为4.7mF的电解电容器。
可选的，所述滤波电容器C2为电容量为200μF的电解电容器。
可选的，所述泄放电阻器R1的阻值为100Ω。
本发明的有益效果如下：
根据本发明所述技术方案，在DC-DC电源的变压器副边侧串联低压大电流可控整流电路，该可控整流电路在脉冲工作期间为电源输出提供一个低压大电流能量，能够有效补偿脉冲期间输出电容器上的电压跌落。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出根据本发明一个实施例的DC-DC电源变换器拓扑结构电路的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路，包括：全桥斩波电路10、平衡电容器C1、变压器T1、第一副边可控整流滤波电路20和第二可控整流滤波电路30，其中，变压器T1包括与第一副边可控整流滤波电路20连接的第一副边绕组以及与第二副边可控整流滤波电路30连接的第二副边绕组。
全桥斩波电路10包括第一原边开关Q1、第二原边开关Q2、第三原边开关Q3和第四原边开关Q4，第一原边开关Q1的第一端分别与第二原边开关Q2的第一端以及输入电压端VIN连接，第二端分别与第三原边开关Q3的第一端以及平衡电容器C1的第一端连接，平衡电容器C1的第二端与变压器T1的原边绕组的第一端(1)连接，第二原边开关Q2的第二端分别与第四原边开关Q4的第一端以及变压器T1的原边绕组的第二端(2)连接，第三原边开关Q3的第二端和第四原边开关Q4的第二端分别与第一参考地端GND1连接，其中第一参考地端GND1为输入电压VIN的参考地端。全桥斩波电路10用于将直流输入电压变换成交流形式的电压，平衡电容器C1用于保证变压器T1原边的电压平衡。
第一副边可控整流滤波电路20包括第一副边开关S1、第二副边开关S2、滤波电容器C2和泄放电阻器R1，第一副边开关S1的第一端与第一副边绕组的第一端(3)连接，第二端分别与第二副边开关S2的第一端、滤波电容器C2的第一端、泄放电阻器R1的第一端以及中间输出电压端VOUT1连接，第二副边开关S2的第二端与第一副边绕组的第二端(5)连接，滤波电容器C2的第二端与分别第一副边绕组的抽头(4)、泄放电阻器R1的第二端以及输出电压端VOUT连接。泄放电阻器R1用于滤波电容器C2的电压泄放。
第二副边可控整流滤波电路30包括第三副边开关S3、第四副边开关S4和输出电容器C3，第三副边开关S3的第一端与第二副边绕组的第一端(6)连接，第二端分别与第四副边开关S4的第一端、输出电容器C3的第一端以及第二参考地端GND2连接，第二参考地端GND2为输出参考地端，第四副边开关S4的第二端与第二副边绕组的第二端(8)连接，输出电容器C3的第二端分别与第二副边绕组的抽头(7)以及中间输出电压端VOUT1连接。第一副边可控整流滤波电路20为悬浮于输出电容器C3上面的副边可控整流滤波电路。
第一原边开关Q1、第二原边开关Q2、第三原边开关Q3和第四原边开关Q4分别为高压NMOS管，例如可以是型号为IPW60R099的高压NMOS开关管。
平衡电容器C1可以为电容量为0.2μF的高压陶瓷电容器。
变压器T1的变比可以为20:2:1。
变压器T1可以为印制板变压器。
第一副边开关S1、第二副边开关S2、第三副边开关S3和第四副边开关S4分别为双向可控开关。
双向可控开关可以包括串联连接的两个低压NMOS管，例如可以是型号为STL85N6F3的低压大电流NMOS管。
输出电容器C3可以为电容量为4.7mF的电解电容器。
滤波电容器C2可以为电容量为200μF的电解电容器。
泄放电阻器R1的阻值可以为100Ω。
在一个具体示例中，输入电压VIN为300V的直流电，输出电压VOUT则为30V。
根据本申请提供的一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路，具有脉冲负载电压跌落补偿功能，可以在负载是脉冲工作的情况下，补偿输出电容器上的电压跌落，很大程度上减小了输出电容器的容量，从而可以减小电源的体积、重量和成本，提高系统的稳定性、可靠性。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
还需要说明的是，在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，包括：
全桥斩波电路（10）、平衡电容器C1、变压器T1、第一副边可控整流滤波电路（20）和第二副边可控整流滤波电路（30）；其中，
所述变压器T1包括与所述第一副边可控整流滤波电路（20）连接的第一副边绕组以及与所述第二副边可控整流滤波电路（30）连接的第二副边绕组；
所述全桥斩波电路（10）包括第一原边开关Q1、第二原边开关Q2、第三原边开关Q3和第四原边开关Q4；所述第一原边开关Q1的第一端分别与所述第二原边开关Q2的第一端以及输入电压端VIN连接，第二端分别与所述第三原边开关Q3的第一端以及所述平衡电容器C1的第一端连接；所述平衡电容器C1的第二端与所述变压器T1的原边绕组的第一端连接；所述第二原边开关Q2的第二端分别与所述第四原边开关Q4的第一端以及所述变压器T1的原边绕组的第二端连接；所述第三原边开关Q3的第二端和所述第四原边开关Q4的第二端分别与第一参考地端GND1连接；
所述第一副边可控整流滤波电路（20）包括第一副边开关S1、第二副边开关S2、滤波电容器C2和泄放电阻器R1；所述第一副边开关S1的第一端与所述第一副边绕组的第一端连接，第二端分别与所述第二副边开关S2的第一端、所述滤波电容器C2的第一端、所述泄放电阻器R1的第一端以及中间输出电压端VOUT1连接；所述第二副边开关S2的第二端与所述第一副边绕组的第二端连接；所述滤波电容器C2的第二端分别与所述第一副边绕组的抽头、所述泄放电阻器R1的第二端以及输出电压端VOUT连接；
所述第二副边可控整流滤波电路（30）包括第三副边开关S3、第四副边开关S4和输出电容器C3，所述第三副边开关S3的第一端与所述第二副边绕组的第一端连接，第二端分别与所述第四副边开关S4的第一端、所述输出电容器C3的第一端以及第二参考地端GND2连接；所述第四副边开关S4的第二端与所述第二副边绕组的第二端连接；所述输出电容器C3的第二端分别与所述第二副边绕组的抽头以及所述中间输出电压端VOUT1连接。
2.根据权利要求1所述的DC-DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，
所述第一原边开关Q1、所述第二原边开关Q2、所述第三原边开关Q3和所述第四原边开关Q4分别为高压NMOS管。
3.根据权利要求1所述的DC-DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，
所述平衡电容器C1为电容量为0.2μF的高压陶瓷电容器。
4.根据权利要求1所述的DC-DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，
所述变压器T1的变比为20:2:1。
5.根据权利要求1所述的DC-DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，
所述变压器T1为印制板变压器。
6.根据权利要求1所述的DC-DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，
所述第一副边开关S1、第二副边开关S2、第三副边开关S3和第四副边开关S4分别为双向可控开关。
7.根据权利要求6所述的DC-DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，
所述双向可控开关包括串联连接的两个低压NMOS管。
8.根据权利要求1所述的DC-DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，
所述输出电容器C3为电容量为4.7mF的电解电容器。
9.根据权利要求1所述的DC-DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，
所述滤波电容器C2为电容量为200μF的电解电容器。
10.根据权利要求1所述的DC-DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，
所述泄放电阻器R1的阻值为100Ω。
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