CN110994979B - 一种开关变换器 - Google Patents

一种开关变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN110994979B
CN110994979B CN201911100419.3A CN201911100419A CN110994979B CN 110994979 B CN110994979 B CN 110994979B CN 201911100419 A CN201911100419 A CN 201911100419A CN 110994979 B CN110994979 B CN 110994979B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transformer
inductor
capacitor
current
electrically connected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911100419.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110994979A (zh
Inventor
王志燊
钟辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Original Assignee
Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd filed Critical Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Priority to CN201911100419.3A priority Critical patent/CN110994979B/zh
Publication of CN110994979A publication Critical patent/CN110994979A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110994979B publication Critical patent/CN110994979B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明提供一种开关变换器，在普通的boost电路基础上，增加一电感、一变压器、一电容，利用变压器电流变化抵消原来电感电流的变化，就可以实现整个变换器的零纹波输入，从而降低低频传导噪声。所添加的变压器在稳态时电压为零，因此可以采用小体积的磁芯，降低器件占用的空间，为整体实现小体积电源提供基础。

Description

一种开关变换器
技术领域
本发明涉及一种开关变换器，特别涉及一种升压型开关变换器。
背景技术
开关电源由于体积小、效率高而得到广泛的应用。由于开关电源在开关导通和关断过程中，会导致较大的电流纹波和噪声，由此会对外产生干扰，影响其他设备的正常工作。基于开关电源的这一缺点，使得它不能应用于对电源纹波噪声比较敏感的场合。
为了降低干扰，有学者通过降低开关电源输入电流的纹波，从而降低基波频率的干扰，减弱电源对供电网络的干扰。在输入零纹波专利方面，国内已有相关专利，通过在基本拓扑的基础上添加电感电容实现输入电流零纹波，所添加的元器件比较多，不利于集成化。
发明内容
有鉴于此，本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提出一种开关变换器，可以极大地降低输入电流的纹波，并且器件较少，所添加的变压器承受的稳态电压基本为零，可做成小体积变压器，从而可以实现小体积电源。
本发明的发明构思为利用两电流的和构成变换器的输入电流，通过使两电流的变化趋势相反，使得变换器可以实现零纹波输入。为了实现两电流反向变化，需要添加变压器，利用变压器原副边电流成比例的关系构造反向电流。将变压器与电容串联，使得变压器的电压基本为零，以降低体积。将变压器与电感连接在一起，以便于集成化。
基于上述发明构思，本申请的技术方案如下：
一种开关变换器，其特征在于：包括输入正端、输入负端、变压器T1、电感L1和L2、开关管Q1、二极管D1、电容C1和C2、输出正端和输出负端：
输入正端与变压器T1的原边绕组P1的同名端、电感L1的一端电联接，变压器T1的副边绕组S1的异名端与电感L2的一端电联接，变压器T1的原边绕组P1的异名端与变压器T1的副边绕组S1的同名端、电容C1的正极电联接，电感L1的另一端和电感L2的另一端、二极管D1的阳极、开关管Q1的漏极电联接，二极管D1的阴极、电容C2的正极和输出正端电联接，电容C1的负极、开关管Q1的源极、电容C2的负极、输入负端和输出负端电联接。
优选的，电感L1、电感L2感量相等，并且变压器T1的匝比为1。
优选的，二极管D1采用同步整流管。
优选的，电感L1、电感L2、变压器T1集成在同一磁性器件上。
电联接含义：包括直接或间接连接，并且包括感应耦合之类的连接方式，可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。
本发明的工作过程将结合具体实施例进行详细分析，在此不赘述。本发明所提的方案，克服了现有实现零纹波电流输入器件多且不利于集成的不足，与之相比，具有变压器在稳定工作时原边电压为零且电感和变压器便于集成的优势。
本发明的有益效果在于：可以极大地降低输入电流的纹波，变压器所承受的电压几乎为零，可以做成小体积变压器，并且变换器中的所有电感和变压器连接在一起，可以集成到一个磁性器件上，为整体上实现高集成度的变换器提供基础。
附图说明
图1为本发明开关变换器连接输入电压源和负载后的电路原理图；
图2为本发明实施例的工作曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。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。
图1为本发明开关变换器连接输入电压源和负载后的电路原理图，包括输入电压源V1、变压器T1、电感L1和L2、开关管Q1、二极管D1、电容C1和C2、负载电阻R1；
该实施例的连接关系如下：
输入电压源V1的正端与变压器T1的原边绕组P1的同名端、电感L1的一端电联接，变压器T1的副边绕组S1的异名端与电感L2的一端电联接，变压器T1的原边绕组P1的异名端与变压器T1的副边绕组S1的同名端、电容C1的正极电联接，电感L1的另一端和电感L2的另一端、二极管D1的阳极、开关管Q1的漏极电联接，二极管D1的阴极和电容C2的正极电联接，电容C1的负极和开关管Q1的源极、电容C2的负极分别与输入电压源V1的负端电联接，负载电阻R1并联在电容C2的两端。
输入电压为12V，输出电阻为50Ω，开关管Q1占空比为50％，电感L1为5uH，电感L2为5uH，变压器T1的励磁电感10uH，变压器匝比为1，电容C1为22uF，电容C2为47uF，负载电阻R1为10R，开关频率300kHz。该变换器的工作过程的电流曲线如图2，其中g1代表开关管Q1的驱动，电感电流的正方向为流进原理图中电感上的圆圈的方向，I1代表电感L1的电流，I2代表电感L2的电流，IP代表变压器T1原边绕组P1的电流，Iin为直流电压源V1的输入电流。
由于变压器T1的原边绕组P1与电容C1是串联的，因此达到稳态时，变压器原边绕组P1承受的电压近似为零，电容C1的稳定电压为输入电压Vin。
该实施例的工作过程：
第一阶段：g1为高电平，开关管Q1导通。直流电压源V1给电感L1、L2储能，电感L1的电流上升，此时由输出电容C2给负载供电。电感L1和电感L2的电流上升，在此过程中，电容C1上的电压与直流电压源V1的电压基本一致，变压器T的原边电压基本为零，因此电感L1与电感L2等效于并联，电感L1的感量与电感L2的感量相等，电感L1和电感L2的电流变化趋势相等，输入电流Iin等于电感L1的电流与变压器T1的原边电流之和，而变压器T1的原边电流Ip与电感L2的电流大小相等方向相反，因此输入电流的纹波电流接近为零。
第二阶段：g1为低电平，开关管Q1截止。此时电感L1和电感L2的电流下降，同时由电感L1和L2共同给负载传递能量并给电容C2充电。在此过程中，电容C1上的电压与直流电压源V1的电压基本一致，变压器T的原边电压基本为零，因此电感L1与电感L2等效于并联，电感L1的感量与电感L2的感量相等，电感L1和电感L2的电流变化趋势相等，输入电流Iin等于电感L1的电流与变压器T1的原边电流之和，而变压器T1的原边电流Ip与电感L2的电流大小相等方向相反，因此输入电流的纹波电流接近为零。
由图2中可知，输入电流Iin的波形看出纹波电流为35mA，若采用普通的BOOST电路，在相同感量的情况下，电流纹波约为4A，因此，该电路相比于普通BOOST电路的纹波电流有明显的改善。
以上仅是本发明优选的实施方式，本发明所属领域的技术人员还可以对上述具体实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体控制方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内，如将二极管D1采用同步整流管提高开关变换器的效率，再如将电感L1、电感L2、变压器T1集成在同一磁性器件上减小产品的体积。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (4)

1.一种开关变换器，其特征在于：包括输入正端、输入负端、变压器T1、电感L1和L2、开关管Q1、二极管D1、电容C1和C2、输出正端和输出负端；
输入正端与变压器T1的原边绕组P1的同名端、电感L1的一端电联接，变压器T1的副边绕组S1的异名端与电感L2的一端电联接，变压器T1的原边绕组P1的异名端与变压器T1的副边绕组S1的同名端、电容C1的正极电联接，电感L1的另一端和电感L2的另一端、二极管D1的阳极、开关管Q1的漏极电联接，二极管D1的阴极、电容C2的正极和输出正端电联接，电容C1的负极、开关管Q1的源极、电容C2的负极、输入负端和输出负端电联接。
2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述电感L1和L2感量相等，所述变压器T1的匝比为1。
3.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述二极管D1采用同步整流管。
4.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述电感L1、电感L2、变压器T1集成在同一磁性器件上。
CN201911100419.3A 2019-11-12 2019-11-12 一种开关变换器 Active CN110994979B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911100419.3A CN110994979B (zh) 2019-11-12 2019-11-12 一种开关变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911100419.3A CN110994979B (zh) 2019-11-12 2019-11-12 一种开关变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110994979A CN110994979A (zh) 2020-04-10
CN110994979B true CN110994979B (zh) 2021-08-17

Family

ID=70083875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911100419.3A Active CN110994979B (zh) 2019-11-12 2019-11-12 一种开关变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110994979B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1437309A (zh) * 2002-02-08 2003-08-20 张法曾 “零纹波”电抗器
CN105391287A (zh) * 2015-11-23 2016-03-09 中国矿业大学 基于双耦合电感和单开关的零输入电流纹波高增益变换器
CN109672332A (zh) * 2018-12-14 2019-04-23 中国矿业大学 一种单管高增益零纹波dc-dc变换器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4257087A (en) * 1979-04-02 1981-03-17 California Institute Of Technology DC-to-DC switching converter with zero input and output current ripple and integrated magnetics circuits
US6304065B1 (en) * 2001-03-02 2001-10-16 Technical Witts, Inc. Power electronic circuits with all terminal currents non-pulsating
CN200990558Y (zh) * 2006-05-10 2007-12-12 周春香 新型软开关零纹波双向dc/dc非隔离变换器
CN103151916A (zh) * 2013-03-22 2013-06-12 深圳市航天新源科技有限公司 低纹波双向软开关dc－dc电路及不间断电源
JP6271099B1 (ja) * 2016-08-04 2018-01-31 三菱電機株式会社 直流電圧変換回路
CN106936300A (zh) * 2017-03-29 2017-07-07 中国矿业大学 一种非隔离型低输入电流纹波高效高增益dc_dc变换器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1437309A (zh) * 2002-02-08 2003-08-20 张法曾 “零纹波”电抗器
CN105391287A (zh) * 2015-11-23 2016-03-09 中国矿业大学 基于双耦合电感和单开关的零输入电流纹波高增益变换器
CN109672332A (zh) * 2018-12-14 2019-04-23 中国矿业大学 一种单管高增益零纹波dc-dc变换器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N. K. Poon，等.Techniques for Input Ripple Current Cancellation:Classification and Implementation.《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》.2000,第15卷(第6期), *
Techniques for Input Ripple Current Cancellation:Classification and Implementation;N. K. Poon，等;《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》;20001130;第15卷(第6期);第1144页-1151页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110994979A (zh) 2020-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109217681B (zh) 一种双向谐振变换器
CN111130353B (zh) 开关电源装置
CN110212764B (zh) 一种适用于数据中心电压调节模块的非隔离直流斩波电路
CN104218813A (zh) 电感电容复合利用的级联型谐振dc-dc变换电路
CN104578844A (zh) 一种开关电源电路
WO2021093667A1 (zh) 一种正反激式开关电源电路
TW201427263A (zh) 直流轉交流電力轉換裝置及其方法
CN112003467A (zh) 一种三开关管无桥型Cuk功率因数校正变换器
CN114465490A (zh) 一种交错倍压宽输出llc谐振变换器及其控制方法
CN210724563U (zh) 一种tγ新型升压dc-dc直流变换器拓扑
CN107846147A (zh) 一种单输入多输出dc‑dc开关变换器
CN104135157A (zh) 一种高压电源功率变换电路
CN203339952U (zh) 一种开关电容式交流-交流变换器
CN110994979B (zh) 一种开关变换器
CN216981796U (zh) 一种改进型大功率高可靠性dc-dc隔离升压电路
CN110350802A (zh) 一种双变压器自激振荡式半桥驱动倍压变换电路
CN112467989B (zh) 一种准单级高功率因数交流直流变换器
Kalahasthi et al. A high‐gain low‐ripple DC–DC converter for micro‐grid applications
CN108075669B (zh) 带集成级联结构的dc-dc变换器
CN106787706B (zh) 耦合电感混合举升压变换器
CN118214309B (zh) 一种单级式隔离型可升降压单相逆变器及其控制方法
CN104638946A (zh) 双绕组变压器原边侦测输出电压ac-dc转换器
CN212850278U (zh) 一种两级零电压正激电路
CN210780555U (zh) 一种开关变换器
CN109546860A (zh) 一种基于元器件复用的半桥-全桥组合式直流变换器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant