CN1126236C - 一种用于电源变换器的均压电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于电源变换器的均压电路，采用同相控制的共磁芯反激电路，并与变换器共输入电源电压，均压电路中两个原边线圈匝数相同，两个功率开关管与同相脉冲相连。变换器各单元间存在压差时，由均压电路产生回路电流，而实现均压，提高电路的输出特性，且避免了电容两端超出额定耐压，使各元件免受损坏。

Description

一种用于电源变换器的均压电路
技术领域
本发明涉及一种用于电源变换器的均压电路。
背景技术
在中大功率输出的变换器(包括直流/直流DC/DC变换器和直流/交流DC/AC变换器)中，由于单个变换器的输出功率有限，一般会采用变换器的串联、并联等来扩大输出功率的容量。如输入电源电压较高时，采用一级变换器会存在器件应力大、开关频率低、成本高、体积大等不利因数。对此可以采用两个相同变换器的原边串联(副边可并联或单独输出)技术，其中两个变换器的输入端电容相等并串联；两个变换器的参数一致。这样每个变换器原边的输入电源电压由于电容分压降低一半，相应开关应力可以降低一半；副边并联时，每个变换器输出的电流、功率均降低一半(副边单独输出时，负载需一致)，对功率器件、变压器、滤波电感的选择设计都带来很多优点，并且可以工作于较高的频率。但实际电路中由于两路变换器的参数离散性引起的驱动脉宽不一致、效率不一致等原因，都会造成两个变换器的输出功率不相等。这样输入直流母线的分压电容的电压不等，即出现不均压。一般两个变换器的参数选择一样，在中大负载时，输出效率差不多，由驱动占空比不一致等原因引起的功率差异绝对值有可能较大，但相比输出功率则要小的多，因此重载下两路分压基本相等。在轻载下，功率差异绝对值有可能较小，但与输出功率具有可比性，这样两路分压的差异就很大，造成输入电容的不均压。在负载很轻的情况下，电路工作于间歇工作状态，有可能造成输入电容的严重不均压。情况严重时甚至会出现两个变换器中可以有一个基本不输出功率，另一个变换器送出很小的功率。此时一路输入电压为零，而另一路输入电压为正常电压的两倍，即为不均压的极限情况。由于电容电压耐压有限，不均压会使电容电压超出额定耐压，并使变换器的开关管、输出整流二极管的耐压不够而损毁变换器。
发明内容
本发明目的就是为了解决以上问题，提供一种用于电源变换器的均压电路，以实现变换器中各个单元之间的均压，使其输入电容电压稳定，且各元件不易损毁。
本发明实现上述目的的方案是：一种用于电源变换器的均压电路，用于由至少两个变换器单元原边串联组成的电源变换器中，实现各个变换器单元之间的均压，其特征是：所述均压电路采用同相控制的共磁芯反激电路，即包括一个变压器，该变压器包括两个共磁芯的原边线圈，两个原边线圈匝数相同，分别与第五、六功率开关管相串联后再相互串联，两个原边线圈的连接点与变换器的中线相连，两个原边的另一端分别与变换器的输入正端、输入负端相连；两个功率开关管与同相脉冲相连。
由于采用以上方案，当变换器各单元之间存在压差时，由均压电路产生回路电流，而实现均压，提高电路的输出特性，且避免了电容两端超出额定耐压，使各元件免受损坏。
附图说明
图1是变换器的原边串联副边并联扩容电路示意图。
图2是本发明的均压电路原理图。
图3a是图2所示均压电路在均压条件下开关导通时的等效电路。
图3b是图2所示均压电路在不均压条件下开关导通时的等效电路。
图4是本发明具体实施例试验电路图；
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
见图1，所示为是实际应用中两直流/直流变换器原边串联副边并联的扩容电路示意图(对于直流/交流变换器以及副边不并联的情况，与此雷同，以下不再举例)，设两个直流/直流变换器的输入功率分别为P1和P2，则稳态时电容C1和电容C2的平均直流电流为零，两个直流/直流变换器的输入平均电流相同。设两路分压电压分别为Vc1和Vc2，故可以计算出两路分压电压为：
    因为：P1＝Vc1×I1avg  P2＝Vc2×I2avg
      且：I1avg＝I2avg
    故：Vc1/Vc2＝P1/P2
    设P1-P2＝⊿P
    则：Vc1/Vc2＝1+⊿P/P2
一般两个变换器的参数选择一样，在中大负载时，输出效率差不多，由驱动占空比引起的等引起的功率差异⊿P绝对值有可能较大，但相比输出功率则要小的多，即⊿P/P2＜＜1，因此重载下Vc1≈Vc2。在轻载下，⊿P绝对值有可能较小，但与输出功率具有可比性，这样Vc1和Vc2的差异就很大，造成输入电容的严重不均压。在负载很轻的情况下，电路工作于间歇工作状态，情况严重时甚至会出现两个变换器可以有一个基本不输出功率，另一个变换器送出很小的功率。设P1＝0，但此时，则Vc1＝0，Vc2为输入电压，为正常电压的两倍，此时为不均压的极限情况。由于电容电压耐压有限，不均压会使电容电压超出额定耐压，并使变换器的开关管、输出整流二极管的耐压不够而损毁变换器。
以上分析了串联变换器在轻载容易不均压的原因，为此必须增加适当的措施，使两个变换器在轻载下均压。本发明提出了采用具有稳定功率输出的辅助电源电路来实现均压。
图2是本发明均压电路原理图。该均压电路1采用同相控制的共磁芯反激电路，即包括一个变压器T1，它包括两个共磁芯的原边线圈，两个原边线圈匝数相同，分别与第五、六功率开关管Q5、Q6相串联后再串联，两个原边线圈的连接点与直流/直流变换器的中线相连，两个原边的另一端分别与变换器的输入正端、输入负端相连，也就是说，均压电路1与变换器主电路共输入电源电压。两个功率开关管Q5、Q6与同相脉冲相连。在图2中，主电路部分只画出了两个电容(C1、C2)。
当上下两只开关管Q5、Q6送同样一个脉冲时，二者导通。此时反激电路不会有能量送到副边，这时向变压器原边激磁电感中储能。当输入电容电压均压时，上下两个反激电路工作一致，没有能量的交换，只有两个反激变换器原边激磁电感储能，其等效电路如图3a所示，其中Lk1、Lk2为两个反激电路相应的漏感，Lm1、Lm2为两个反激电路相应的激磁电感。
如果两个变化器的输入电压不一致时，两个反激电路存在能量的交换。由于两个原边绕组同名端相同，为正激关系，即变压器关系，则能量从输入电压高的那一路灌到输入电压低的那一路，实现均压。假设Vc1＞Vc2，这时均压电路的工作状态的等效电路及功率流向如图3b所示。
对于反激电源变压器一般都有气隙，存在漏感，故电容C1在每个开关周期内的均压电流为：I1＝(Vc1-Vc2)×Ton/LK1，电容C2的均压电流为：I2＝(Vc1-Vc2)×Ton/LK2，其中Ton为每个开关周期内的开关导通时间。考虑到进行均压后电容C1、C2的压差不大，以及漏感的存在，故这个电流不会太大。当开关管关断后，存在变压器中的能量向副边供能。若输入电压不均压，则只有输入电压高的那一路才能向辅助电源变压器储存能量，故辅助电源的功率越大，均压效果越好。当开关管关断后，存在变压器中的能量通过反激向副边供能。可以分析出辅助电源按照开关频率进行动态均压，均压性能较好。
如图4所示为本发明具体实施例的试验电路图；此电路在实际中已经得到验证。其主电路拓扑为原边串联副边并联的双正激直流/直流变换器电路，其中的直流/直流变换器单元数为两个，二者原边串联，两个变换器单元中的变压器T2、T3原边两端分别与第一至四功率开关管Q1-Q4相连，而这四个功率开关管Q1-Q4的控制端则分别与控制器DC/DC Controller的输出信号G1-G4相连，控制器DC/DC Controller的输入端则与均压电路1中的变压器T1副边相连。
均压电路1可作为主电路的辅助电源，在电磁线圈的副边有两路输出抽头，即此均压电路为双路输出，显然它也可以是单路或多路输出，其输出可以做为多种用途，本例中是将它做为主电路的辅助电源。其一路输出信号与辅助控制器AUX Controller相连，用于产生脉冲控制信号，辅助控制器AUX Controller的输出端产生的脉冲控制信号接至第六功率开关管Q6的控制端G6，并经隔离电路产生同相的另一控制信号接至第五功率开关管Q5的控制端G5。
所述隔离电路为耦合线圈电路，原边线圈一端接第六功率开关管Q6控制端G6，副边同名端通过适配电路接第五功率开关管Q5的控制端G5，原边另一端接第六开关管Q6地端G6 GND，副边另一端接第五功率开关管Q5的地端G5 GND。
除了上述实施例以外，对于本发明的具体实施例，均压电路还可以是单路或多路输出，变换器可以是直流/交流变换器，副边可以不是并联。第六开关管Q6和第五开关管Q5也可由其它控制器控制。在实际应用中，对于本电路同样也可用于两路以上的原边串联的变换器。经试验证明本均压电路效果很好，电路控制简单、可靠，在实际产品中得到应用。
由于均压一般只会发生在轻载状态，均压电路所需输出功率并不很大。同时，每个变换器本身需辅助电源，并且其输出功率相对稳定。对此本发明提出了采用辅助电源的功率来弥补上下两路变换器在轻载下的输入功率不一致，以达到均压的目的。

Claims (4)

1.一种用于电源变换器的均压电路，用于由至少两个变换器单元原边串联组成的电源变换器中，实现各个变换器单元之间的均压，其特征是：所述均压电路(1)采用同相控制的共磁芯反激电路，即包括一个变压器(T1)，该变压器(T1)包括两个共磁芯的原边线圈，两个原边线圈匝数相同，分别与第五、六功率开关管(Q5、Q6)相串联后再相互串联，两个原边线圈的连接点与变换器的中线相连，两个原边的另一端分别与变换器的输入正端、输入负端相连；两个功率开关管(Q5、Q6)与同相脉冲相连。
2.如权利要求1所述的用于电源变换器的均压电路，其特征是：所述的均压电路(1)的变压器副边有一路或多路输出，并可以作为变换器的辅助电源。
3.如权利要求1或2所述的用于电源变换器的均压电路，其特征是：还包括辅助控制器(AUX Controller)，其输出端产生的脉冲控制信号接至第六功率开关管(Q6)的控制端(G6)，并经隔离电路产生同相的另一控制信号接至第五功率开关管(Q5)的控制端(G5)，其输入端接均压电路(1)的一路输出端。
4.如权利要求3所述的用于电源变换器的均压电路，其特征是：所述隔离电路为耦合线圈电路，原边线圈一端接第六功率开关管(Q6)控制端(G6)，副边同名端通过适配电路接第五功率开关管(Q5)的控制端(G5)，原边另一端接第六开关管(Q6)地端(G6_GND)，副边另一端接第五功率开关管(Q5)的地端(G5_GND)。
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