CN113489337A - 一种全串式双向变换器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及开关电源技术领域，公开了一种全串式双向变换器电路，包括输入电路、输出电路，输入电路由开关变压器T1、开关变压器T2、开关管Q1、开关管Q2组成；本发明的一种全串式双向变换器电路，通过两个开关管交替导通、两个开关变压器串行同时工作，开关管的耐压要求不高，不存在开关管同时半导通的风险，具备自动磁复位的功能，能量利用充分，输出功率大，永不累计直流偏磁，工作状态稳定可靠，电路结构及驱动简单，使用成本相对较低，便于推广。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种全串式双向变换器电路。
背景技术
在众多的开关电源电路拓扑中，双向变换器电路有全桥式、半桥式、推挽式，其电路结构简单、输入输出电气隔离、输出电压纹波小、转化效率高等诸多优异的性能特点，使其受到业界广泛关注。由于全桥式、半桥式变换器电路需高端驱动和低端驱动，导致控制开关管同时半导通的问题；推挽式变换器电路只需低端驱动，虽然解决了控制开关管同时半导通的问题，但是有直流偏磁的现象、对开关管的耐压要求高，因为推挽式变换器电路没有高效的磁复位功能，经过多个周期的偏磁累计，使磁芯进入饱和状态，导致高频变压器的励磁电流过大，甚至损坏开关管；为了解决上述技术问题，目前全桥式、半桥式的解决方法是有意让两组控制开关的接通和截止错开一小段时间，但还是存在开关管同时半导通的风险；推挽式还是存在对开关管的耐压要求高、累计直流偏磁的缺点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种全串式双向变换器电路；本发明的一种全串式双向变换器电路只需低端驱动，利用两个开关管交替导通、两个开关变压器串行同时工作，开关管的耐压要求不高，不存在开关管同时半导通的风险，一开关变压器为供电变压器，另一开关变压器为输出变压器；具备自动磁复位的功能，能量利用充分，磁复位效率高，永不累计直流偏磁，工作状态稳定可靠，输出功率大，电路结构及驱动简单，使用成本相对较低，便于推广。
本发明的具体技术方案为：一种全串式双向变换器电路，包括输入电路、输出电路。
所述输入电路由开关变压器T1、开关变压器T2、开关管Q1、开关管Q2组成。
所述开关变压器T1，包括初级绕组N1、次级绕组N2。
所述开关变压器T2，包括初级绕组W1、次级绕组W2。
其中，所述输入电路的内部连接关系为：直流输入端正极IN+分别与初级绕组N1的a1端、次级绕组N2的b2端连接，初级绕组N1的a2端分别与初级绕组W1的x2端、开关管Q1的漏极连接，开关管Q1的栅极与控制信号H1连接，次级绕组N2的b1端分别与初级绕组W1的x1端、开关管Q2的漏极连接，开关管Q2的栅极与控制信号H2连接，开关管Q1的源极、开关管Q2的源极分别与直流输入端负极IN-连接。
所述输出电路，由二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L1、电容C1组成。
其中，所述输出电路的内部连接关系为：所述开关变压器T2的次级绕组W2的一端与二极管D1的正极连接，次级绕组W2的另一端与二极管D2的正极连接，二极管D1的负极、二极管D2的负极、二极管D3的负极分别与电感L1的一端连接，电感L1的另一端、电容C1正极分别与直流输出端正极OUT+连接，电容C1负极、二极管D3的正极、次级绕组W2的中心抽头分别与直流输出端负极OUT-连接。
其中，所述开关变压器T1的初级绕组N1与次级绕组N2的线径和匝数相同，初级绕组N1的a1端与次级绕组N2的b1端为同名端。
其中，所述控制信号H1、控制信号H2为两路相位相反的方波信号。
本发明的一种全串式双向变换器电路的具体工作过程为：
当控制信号H1为高电平时开关管Q2关断、开关管Q1导通，开关变压器T1的初级绕组N1通电产生磁场，通过开关变压器T1的软磁铁芯传递能量到次级绕组N2，根据开关电源正激原理，次级绕组N2的b1端产生正电压，此电压与直流输入端正极IN+电压叠加，次级绕组N2的b1端输出电能到开关变压器T2的初级绕组W1的x1端，使初级绕组W1通电产生磁场，直到控制信号H2为高电平，同时通过开关变压器T2的软磁铁芯传递能量到次级绕组W2，次级绕组W2再通过输出电路输出电能；
当控制信号H2为高电平时开关管Q1关断、开关管Q2导通，开关变压器T1的次级绕组N2通电产生磁场，通过开关变压器T1的软磁铁芯传递能量到初级绕组N1，根据开关电源正激原理，初级绕组N1的a2端产生正电压，此电压与直流输入端正极IN+电压叠加，初级绕组N1的a2端输出电能到开关变压器T2的初级绕组W1的x2端，使初级绕组W1通电产生磁场，直到控制信号H1为高电平，同时通过开关变压器T2的软磁铁芯传递能量到次级绕组W2，次级绕组W2再通过输出电路输出电能；
当开关管Q1被关断、开关管Q2没有导通时，开关变压器T1立即自动磁复位，经过初级绕组N1的a2端→初级绕组W1的x2端→初级绕组W1的x1端→次级绕组N2的b1端→次级绕组N2的b2端→初级绕组N1的a1端形成磁复位回路，同时开关变压器T2的次级绕组W2输出电能；
当开关管Q2被关断、开关管Q1没有导通时，开关变压器T1立即自动磁复位，经过次级绕组N2的b1端→初级绕组W1的x1端→初级绕组W1的x2端→初级绕组N2的a2端→初级绕组N2的a1端→次级绕组N2的b2端形成磁复位回路，同时开关变压器T2的次级绕组W2输出电能；
当输出电路的二极管D1或二极管D2输出脉动直流时，经过电感L1、电容C1滤波后，再经过直流输出端正极OUT+输出电能；在运行过程中二极管D1、二极管D2都没有输出脉动直流时，由电感L1释放能量到电容C1，经电容C1或负载、二极管D3构成能量释放回路，同时电容C1输出电能到负载。
作为优选，所述开关管Q1、所述开关管Q2分别为NMOS场效应管Q1、NMOS场效应管Q2。
作为优选，所述开关管Q1、所述开关管Q2分别为IGBT绝缘栅双极型晶体管Q1、IGBT绝缘栅双极型晶体管Q2。
本发明的有益效果在于 ：
本发明的一种全串式双向变换器电路，开关管的耐压要求不高，不存在开关管同时半导通的风险，具备自动磁复位的功能，能量利用充分，输出功率大，永不累计直流偏磁，工作状态稳定可靠，电路结构及驱动简单。
附图说明
图1为本发明的一种全串式双向变换器电路连接示意图；
图2为本发明的控制信号H1及控制信号H2的时序图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术作进一步的描述。
实施例1
如图1所示，一种全串式双向变换器电路，包括输入电路、输出电路；
所述输入电路由开关变压器T1、开关变压器T2、开关管Q1、开关管Q2组成；
所述开关变压器T1，包括初级绕组N1、次级绕组N2；
所述开关变压器T2，包括初级绕组W1、次级绕组W2；
其中，所述输入电路的内部连接关系为：直流输入端正极IN+分别与初级绕组N1的a1端、次级绕组N2的b2端连接，初级绕组N1的a2端分别与初级绕组W1的x2端、开关管Q1的漏极连接，开关管Q1的栅极与控制信号H1连接，次级绕组N2的b1端分别与初级绕组W1的x1端、开关管Q2的漏极连接，开关管Q2的栅极与控制信号H2连接，开关管Q1的源极、开关管Q2的源极分别与直流输入端负极IN-连接；
所述输出电路，由二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L1、电容C1组成；
其中，所述输出电路的内部连接关系为：所述开关变压器T2的次级绕组W2的一端s1与二极管D1的正极连接，次级绕组W2的另一端s2与二极管D2的正极连接，二极管D1的负极、二极管D2的负极、二极管D3的负极分别与电感L1的一端连接，电感L1的另一端、电容C1正极分别与直流输出端正极OUT+连接，电容C1负极、二极管D3的正极、次级绕组W2的中心抽头分别与直流输出端负极OUT-连接；
本实施例中，所述开关变压器T1的初级绕组N1与次级绕组N2的线径和匝数相同；
本实施例中，所述开关变压器T1的初级绕组N1的a1端与次级绕组N2的b1端为同名端；
本实施例中，如图2所示，所述控制信号H1、控制信号H2为两路相位相反的方波信号；
本实施例中，所述开关管Q1、所述开关管Q2分别为NMOS场效应管Q1、NMOS场效应管Q2；
本发明的一种全串式双向变换器电路的具体工作过程为：
在控制信号H1为高电平时开关管Q2关断、开关管Q1导通，开关变压器T1的初级绕组N1通电产生磁场，通过开关变压器T1的软磁铁芯传递能量到次级绕组N2，根据开关电源正激原理，次级绕组N2的b1端产生正电压，此电压与直流输入端正极IN+电压叠加，次级绕组N2的b1端输出电能到开关变压器T2的初级绕组W1的x1端，使初级绕组W1通电产生磁场，直到控制信号H2为高电平，同时通过开关变压器T2的软磁铁芯传递能量到次级绕组W2，次级绕组W2再通过输出电路输出电能；
在控制信号H2为高电平时开关管Q1关断、开关管Q2导通，开关变压器T1的次级绕组N2通电产生磁场，通过开关变压器T1的软磁铁芯传递能量到初级绕组N1，根据开关电源正激原理，初级绕组N1的a2端产生正电压，此电压与直流输入端正极IN+电压叠加，初级绕组N1的a2端输出电能到开关变压器T2的初级绕组W1的x2端，使初级绕组W1通电产生磁场，直到控制信号H1为高电平，同时通过开关变压器T2的软磁铁芯传递能量到次级绕组W2，次级绕组W2再通过输出电路输出电能；
在开关管Q1被关断、开关管Q2没有导通时，开关变压器T1立即自动磁复位，经过初级绕组N1的a2端→初级绕组W1的x2端→初级绕组W1的x1端→次级绕组N2的b1端→次级绕组N2的b2端→初级绕组N1的a1端形成磁复位回路，同时开关变压器T2的次级绕组W2输出电能；
在开关管Q2被关断、开关管Q1没有导通时，开关变压器T1立即自动磁复位，经过次级绕组N2的b1端→初级绕组W1的x1端→初级绕组W1的x2端→初级绕组N2的a2端→初级绕组N2的a1端→次级绕组N2的b2端形成磁复位回路，同时开关变压器T2的次级绕组W2输出电能；
在输出电路的二极管D1或二极管D2输出脉动直流时，经过电感L1、电容C1滤波后，再经过直流输出端正极OUT+输出电能；在运行过程中二极管D1、二极管D2都没有输出脉动直流时，由电感L1释放能量到电容C1，经电容C1或负载、二极管D3构成能量释放回路，同时电容C1输出电能到负载。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于：
所述开关管Q1、所述开关管Q2分别为IGBT绝缘栅双极型晶体管Q1、IGBT绝缘栅双极型晶体管Q2。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种全串式双向变换器电路，其特征在于：包括输入电路、输出电路；
所述输入电路由开关变压器T1、开关变压器T2、开关管Q1、开关管Q2组成；
所述开关变压器T1，包括初级绕组N1、次级绕组N2；
所述开关变压器T2，包括初级绕组W1、次级绕组W2；
其中，所述输入电路的内部连接关系为：直流输入端正极IN+分别与初级绕组N1的a1端、次级绕组N2的b2端连接，初级绕组N1的a2端分别与初级绕组W1的x2端、开关管Q1的漏极连接，开关管Q1的栅极与控制信号H1连接，次级绕组N2的b1端分别与初级绕组W1的x1端、开关管Q2的漏极连接，开关管Q2的栅极与控制信号H2连接，开关管Q1的源极、开关管Q2的源极分别与直流输入端负极IN-连接；
所述输出电路，由二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L1、电容C1组成；
其中，所述输出电路的内部连接关系为：所述开关变压器T2的次级绕组W2的一端s1与二极管D1的正极连接，次级绕组W2的另一端s2与二极管D2的正极连接，二极管D1的负极、二极管D2的负极、二极管D3的负极分别与电感L1的一端连接，电感L1的另一端、电容C1正极分别与直流输出端正极OUT+连接，电容C1负极、二极管D3的正极、次级绕组W2的中心抽头分别与直流输出端负极OUT-连接；
其中，所述开关变压器T1的初级绕组N1与次级绕组N2的线径和匝数相同，初级绕组N1的a1端与次级绕组N2的b1端为同名端；
其中，所述控制信号H1、控制信号H2为两路相位相反的方波信号。
2.如权利要求1所述的一种全串式双向变换器电路，其特征在于，所述开关管Q1、所述开关管Q2分别为NMOS场效应管Q1、NMOS场效应管Q2。
3.如权利要求1所述的一种全串式双向变换器电路，其特征在于，所述开关管Q1、所述开关管Q2分别为IGBT绝缘栅双极型晶体管Q1、IGBT绝缘栅双极型晶体管Q2。
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