CN113676054A - 一种并联均流的反激变换器 - Google Patents

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张艺蒙
孙世凯
郭辉
宋庆文
汤晓燕
张玉明
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Abstract

本发明公开了一种并联均流的反激变换器，包括：反激电路和并联均流电路；其中，所述并联均流电路包括多个并联的支路，每个支路包括串接的功率器件和电感；每个支路均串接于所述反激电路的副边电路中，所有支路的电感缠绕于同一磁芯上以彼此耦合。本发明解决了开关电源因并联功率器件分担电流不均导致的导通电阻过大、散热不均的问题，提升了高功率密度下开关电源的性能和寿命。

Description

一种并联均流的反激变换器
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种并联均流的反激变换器。
背景技术
随着开关电源功率密度越来越高，开关电源的输出电流越来越大。随着开关电流的增大，单个功率器件难以满足电流能力及散热要求，往往需要在开关电源中并联多个功率器件。
并联功率器件时，由于功率器件的不一致性及电路布局、驱动电路时延等问题，并联的功率器件分担的电流往往不均匀，这就导致了多种不良的后果，包括开关电源导通电阻过大、散热不均等问题，严重时分担电流较大的功率器件的寿命也会收到影响。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种并联均流的反激变换器。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种并联均流的反激变换器，包括：反激电路和并联均流电路；
其中，所述并联均流电路包括多个并联的支路，每个支路包括串接的功率器件和电感；每个支路均串接于所述反激电路的副边电路中，所有支路的电感缠绕于同一磁芯上以彼此耦合。
可选地，所述副边电路包括一个绕组；所述多个并联的支路均与所述绕组串接。
可选地，所述副边电路包括多个绕组，所述多个绕组呈并联关系，每个绕组串接一个所述支路。
可选地，所述副边电路包括多个绕组，所述多个绕组呈并联关系，每个绕组串接多个所述支路。
可选地，所述功率器件包括：整流二极管。
可选地，所述功率器件包括：N型MOSFET或理想二极管；
所述N型MOSFET或所述理想二极管通过源极和漏极串接于所述支路中。
可选地，所述反激电路包括：RCD(Residual Current Device，剩余电流装置)无源钳位电路，或者，有源钳位准谐振变换电路。
本发明的有益效果：
本发明提供的并联均流的反激变换器，相较于传统的开关电源，给并联的每个功率器件串接了电感，且所有功率器件串接的电感都缠绕于同一磁芯上，由此通过各电感之间的互相耦合实现对并联功率器件的电流进行均流，从而有效解决了开关电源因并联功率器件分担电流不均导致的导通电阻过大、散热不均以及寿命低的问题，提高了开关电源的可靠性。
以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种并联均流的反激变换器的结构示意图；
图2示出了一种理想二极管的封装示意图；
图3是示例性地提出的一种并联均流的反激变换器的电路结构示意图图；
图4是示例性地提出的另一种并联均流的反激变换器的电路结构示意图；
图5是示例性地提出的又一种并联均流的反激变换器的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
为了解决开关电源因并联功率器件分担电流不均导致的导通电阻过大、散热不均等问题，本发明实施例提供了一种并联均流的反激变换器，包括：反激电路和并联均流电路；
其中，并联均流电路包括多个并联的支路，每个支路包括串接的功率器件和电感L；每个支路均串接于反激电路的副边电路中，所有支路的电感缠绕于同一磁芯上以彼此耦合。
参见图1所示，变压器T原边的绕组和开关管Q构成了反激电路的原边电路，变压器T副边的绕组和外接负载Ro构成的回路为反激电路的副边电路；可以看到所有支路均串接于该副边电路中。
其中，功率器件可以包括：整流二极管、N型MOSFET或理想二极管。这里说的理想二极管并非指理想的二极管，而是一种多端口的功率器件，图2示例性的示出了一个理想二极管的封装示意图。其中，VS代表源极、VD代表漏极，VDD为器件的供电引脚，SENSE代表检测端口，该端口用于对外部信号进行检测，以产生理想二极管内部MOS的驱动信号。电感可以是常见的绕线式电感，或者利用PCB走线实现线圈缠绕的平面式电感。
本发明实施例中，N型MOSFET和理想二极管都是通过源极和漏极串接于支路中的。
另外，本发明实施例适用的反激电路的类型存在多种；例如，RCD无源钳位电路或有源钳位准谐振变换器均可以作为本发明实施例中的反激电路。
可以理解的是，反激变换器属于开关电源的一种。相较于传统的开关电源，本发明实施例给并联的每个功率器件串接了电感，且所有功率器件串接的电感都缠绕于同一磁芯上，由此通过各电感之间的互相耦合实现对并联功率器件的电流进行均流，从而有效解决了开关电源因并联功率器件分担电流不均导致的导通电阻过大、散热不均以及寿命低的问题，提高了开关电源的可靠性。并且，在能够确保各功率器件均分电流的前提下，本发明实施例提供的反激变换器在大电流输出、高功率密度的场景中也可以获得较佳的性能。
在一个实施例中，反激电路的副边电路包括一个绕组，相应的，并联均流电路包括多个并联的支路均与该绕组串接。
参见图3所示的并联均流的反激变换器，开关管Q1和变压器T1原边的绕组构成了反激电路的原边电路；变压器T1副边的绕组形成的回路构成反激电路的副边电路；可以看到，由电感L1和NMOS管Q3构成的支路，以及由电感L2和NMOS管Q2构成的支路均串联于副边电路中；Q1、Q2以及Q3的栅极均外接开关信号；Co是滤波电容。
在另一个实施例中，反激电路的副边电路包括多个绕组，这些绕组呈并联关系，每个绕组串接一个上文所说的支路。
这里，多个绕组呈并联关系，说明他们对应的是同一路输出电压，也就是说整个反激变换器的输出电压受这些绕组的共同影响。
可以理解的是，在副边电路包括多个绕组的情况下，由于不同绕组之间耦合系数的不一致，同样会导致绕组间的电流分布不均匀，从而使得不同绕组连接的功率器件间的热分布不均匀。因此，本发明实施例给各个绕组连接的功率器件串接同磁芯的电感，以此来解决不同绕组间的电路分布不均问题。
参见图4所示的并联均流的反激变换器，开关管Q1和变压器T1原边的绕组构成了反激电路的原边电路；反激电路的副边电路包含了A和B两个并联的绕组；其中，由电感L1和NMOS管Q3构成的支路串接于绕组A所在的回路中，由电感L2和NMOS管Q2构成的支路串接于绕组B所在的回路中；并且，这两个支路同样满足并联关系。
在另一个实施例中，反激电路的副边电路包括多个绕组，这些多个绕组呈并联关系，任意一个绕组可以串接一个或多个上文所说的支路。
参见图5所示的并联均流的反激变换器，开关管Q1和变压器T1原边的绕组A构成了反激电路的原边电路；反激电路的副边电路包含了B和C两个并联的绕组；其中，由电感L1和NMOS管Q3构成的支路以及由电感L2和NMOS管Q3构成的支路均串接于绕组B所在的回路中，由电感L3和NMOS管Q4构成的支路串接于绕组C所在的回路中；并且，这三个支路同样满足并联关系。
基于图3、图4以及图5所示的反激变换器可见，本发明实施例不仅可以对单个绕组连接的多个功率器件实现电流均流，还可以在多个绕组之间实现功率器件的电流均流，由此使电流在功率器件间分布均匀，能实现有效的热管理，提高器件的可靠性。
需要说明的是，图3、图4以及图5示出的反激变换器的电路结构仅仅作为示例，并不构成对本发明实施例的限定，任何通过给各并联功率器件串接同磁芯的电感来实现电流均流的反激变换器，均属于本发明实施例的保护范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种并联均流的反激变换器，其特征在于，包括：反激电路和并联均流电路；
其中，所述并联均流电路包括多个并联的支路，每个支路包括串接的功率器件和电感；每个支路均串接于所述反激电路的副边电路中，所有支路的电感缠绕于同一磁芯上以彼此耦合。
2.根据权利要求1所述的反激变换器，其特征在于，所述副边电路包括一个绕组；所述多个并联的支路均与所述绕组串接。
3.根据权利要求1所述的反激变换器，其特征在于，所述副边电路包括多个绕组，所述多个绕组呈并联关系，每个绕组串接一个所述支路。
4.根据权利要求1所述的反激变换器，其特征在于，所述副边电路包括多个绕组，所述多个绕组呈并联关系，任一绕组串接一个或多个所述支路。
5.根据权利要求1所述的反激变换器，其特征在于，所述功率器件包括：整流二极管。
6.根据权利要去1所述的反激变换器，其特征在于，所述功率器件包括：N型MOSFET或理想二极管；
所述N型MOSFET或所述理想二极管通过源极和漏极串接于所述支路中。
7.根据权利要求1所述的反激变换器，其特征在于，所述反激电路包括：RCD无源钳位电路，或者，有源钳位准谐振变换器。
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