CN115441727A

CN115441727A - 变换器系统

Info

Publication number: CN115441727A
Application number: CN202211141431.0A
Authority: CN
Inventors: 蔡超峰
Original assignee: Suzhou Xizhi Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Xizhi Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2022-12-06

Abstract

本发明公开一种变换器系统，包括：第一变换模块，适于将电源的电能进行一次变换；第二变换模块，通过第一输入端与第一变换模块连接，适于将进行一次变换后的电能进行二次变换；以及连接线，适于连接电源及第二变换模块的第二输入端，以使第二变换模块对电源的电能直接进行变换。通过设置有连接线，可使得电源的部分电能直接从连接线和第二输入端进入至第二变换模块，剩余电能自第一变换模块及第一输入端进入至第二变换模块，实现输出电能的调整，从而降低电能的损耗，以提高变换器整体效率；同时，由于第一变换模块接收的电能降低，可降低第一变换模块功率转换需求，从而降低变换器系统整体电路结构的成本，减小变换器系统整体电路结构的体积。

Description

变换器系统

技术领域

本发明属于电能变换装置技术领域，具体涉及一种变换器系统。

背景技术

DC-DC变换器是一种在直流电路中将一个电能值的电能变为另一个电能值的电能的装置，其采用微电子技术，把小型表面安装集成电路与微型电子元器件组装成一体而构成。现有技术中，DC-DC变换器的负载无法进行调整，需要DC-DC变换器与调整型变换器组合，以组成可调整系统。然而，该组合会导致其整体工作效率降低，且造成整体电路结构的体积大和高成本的问题。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是如何提高电能的电能转换效率的同时，保证减小整体电路结构的体积和成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种变换器系统，包括：

第一变换模块，接入电源，适于将所述电源的电能进行一次变换；

第二变换模块，通过第一输入端与所述第一变换模块连接，适于将进行一次变换后的电能进行二次变换；以及

连接线，适于连接所述电源及所述第二变换模块的第二输入端，以使所述第二变换模块对所述电源的电能直接进行变换。

在其中一个实施例中，所述第一变换模块为非隔离变换模块，所述第二变换模块为隔离变换模块；

或

所述第一变换模块为调整型变换模块，所述第二变换模块为非调整型变换模块。

在其中一个实施例中，所述第一变换模块可以为BUCK电路、BOOST电路、BUCK-BOOST 电路及SEPIC电路中的任一种。

在其中一个实施例中，所述第一变换模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及第一电感，所述第一开关管的漏极与所述第一变换模块的正极输入端连接，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极连接，所述第二开关管的源极与所述第一变换模块的负极输入端连接，所述第三开关管的漏极与所述第一输入端连接，所述第三开关管的源极与所述第四开关管的漏极连接，所述第四开关管的源极与所述第二变换模块的第三输入端连接；

所述第一电感的两端分别接入所述第一开关管和第二开关管的公共端、第三开关管及第四开关管的公共端。

在其中一个实施例中，所述第二变换模块包括至少两个桥臂。

在其中一个实施例中，所述第二变换模块包括第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管，所述第五开关管的漏极接入所述第一输入端，所述第五开关管的源极与所述第六开关管的漏极连接，所述第六开关管的源极与所述第三输入端连接，所述第七开关管的漏极与所述第二输入端连接，所述第七开关管的源极与所述第八开关管的漏极连接，所述第八开关管的源极与所述第六开关管的源极连接。

在其中一个实施例中，所述第二变换模块还包括第二电容，所述第二电容的两端分别与所述第一输入端和第三输入端连接。

在其中一个实施例中，所述第二电容为隔直电容。

在其中一个实施例中，所述第二变换模块还包括变压器单元，所述变压器单元包括变压器、与变压器连接的励磁电感Lm及谐振电感Lm；

其中，励磁电感Lm与谐振电感Lr的比值大于7。

在其中一个实施例中，励磁电感Lm与谐振电感Lr的比值大于20。

在其中一个实施例中，所述第三开关管和所述第五开关管中的一个作为第一公共开关管，所述第四开关管和所述第六开关管中的一个作为第二公共开关管，所述第一公共开关管和所述第二公共开关管同时作为所述第一变换模块和所述第二变换模块的开关管使用。

本发明提供的技术方案，具有以下优点：通过设置有连接线，该连接线直接将电源与第二变换模块的第二输入端连接，可使得电源的部分电能直接从连接线和第二输入端进入至第二变换模块，剩余电能自第一变换模块及第一输入端进入至第二变换模块，实现输出电能的调整，从而降低电能的损耗，以提高变换器整体效率；同时，由于第一变换模块接收的电能降低，可降低第一变换模块功率转换需求，从而降低变换器系统整体电路结构的成本，减小变换器系统整体电路结构的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的变换器系统的模块框图；

图2为图1的电路结构示意图；

图3为本发明的变换器系统的模块框图；

图4为图3的电路结构示意图；

图5为本发明的变换器系统的功率对比图；

图6为图3的另一电路结构示意图；

图7为图3的又一电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

实施例1

请参见图1及图2，本实施例提供一种变换器系统，其包括第一变换模块1及与第一变换模块1连接的第二变换模块2。其中，第一变换模块1接入电源，以将电源的电能进行一次变换，而第二变换模块2则将进行一次变换后的电能进行二次变换。

第一变换模块1可以为非隔离变换模块，第二变换模块2可以为隔离变换模块，或者，第一变换模块1为调整型变换模块，第二变换模块2为非调整型变换模块。在本实施例中，第二变换模块2为非调整型变换模块。习知的，非调整型变换模块由于其不可调整的性质，其基本以最大占空比进行工作，从而获得较高的工作效率。然而，又由于其不可调整的性质，在整个变换器系统中，通常需要与其他可调整型变换模块组成。因此，第一变换模块1为可调整型变换模块。

请参见图1及图2，图1示出了现有技术中的一种变换器系统的模块框图，图2示出了现有技术中的一种变换器系统的电路结构图。其中，第一变换模块1接入电源，电源的全部电能经第一变换模块1变换后再输入至第二变换模块2内。即，现有技术中的变换器系统，第一变换模块1和第二变换模块2的功率设计基本等于负载4的功率，从而会提高整体变换器系统的成本。并且，上述的变换器系统中，在电能经过第一转换模块和第二转换模块的转换后，会有损耗，最终导致变换器系统整体工作效率低。

请参见图3及图4，为了解决上述技术效果，本实施例中，变换器系统还包括连接线3，该连接线3适于连接电源及第二变换模块2的第二输入端S22，以使第二变换模块2对电源的电能直接进行变换。通过设置有连接线3，可将电源的部分电能直接通过连接线3 和第二输入端S22进入至第二变换模块2内。而剩余部分电能依旧经第一变换模块1的变换后经第一输入端S21进入至第二变换模块2内。

通过上述设置，在为了减小变换器系统整体电路体积的同时，提高变换器系统整体的工作效率，可使得电源的第一部分电能自连接线3和第二输入端S22直接输入至第二变换模块2内，电源的第二部分电能经第一变换模块1和第一输入端S21进入至第二变换模块2内，第一部分电能大于第二部分电能，以此降低电能转换过程中的损耗，且降低第一变换模块1的功率需求，从而降低变换器系统整体成本，且减小变换器系统整体体积；同时，由于有一部分能量从电源输入端直接进入至第二变换模块2内，而无需经过第一变换模块1的电能变换，该部分电能损耗小，也提高了变换器系统整体的工作效率。

在本实施例中，第一变换模块1可以为BUCK电路、BOOST电路、BUCK-BOOST电路及SEPIC电路等常用的调整型功率变换器中的任一种。即，在本实施例中，第一变换模块1 可以为升压型变换模块，降压型变换模块，升降压型变换模块皆可，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

以第一变换模块1为BUCK-BOOST电路为例。具体的，第一变换模块1包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4及第一电感Lb，第一开关管Q1 的漏极与第一变换模块1的正极输入端S11连接，第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2 的漏极连接，第二开关管Q2的源极与第一变换模块1的负极输入端S12连接，第三开关管Q3的漏极与第一输入端S21连接，第三开关管Q3的源极与第四开关管Q4的漏极连接，第四开关管Q4的源极与第二变换模块2的第三输入端S23连接；第一电感Lb的两端分别接入第一开关管Q1和第二开关管Q2的公共端、第三开关管Q3及第四开关管Q4的公共端。

第一变换模块1还包括第一电容C1，第一电容C1的两端分别与正极输入端S11和负极输入端S12连接。在本实施例中，第一电容C1为隔直电容。

而第二变换模块2包括至少两个桥臂。以第二变换模块2为全桥电路，具有两个桥臂为例，其中一个桥臂接第一变换模块1的输出，另一个桥臂接变换器系统的输入电源。具体的，第二变换模块2包括第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7及第八开关管Q8，第五开关管Q5的漏极接入第一输入端S21，第五开关管Q5的源极与第六开关管 Q6的漏极连接，第六开关管Q6的源极与第三输入端S23连接，第七开关管Q7的漏极与第二输入端S22连接，第七开关管Q7的源极与第八开关管Q8的漏极连接，第八开关管Q8 的源极与第六开关管Q6的源极连接。

第二变换模块2还包括第二电容C2，第二电容C2的两端分别与第一输入端S21和第三输入端S23连接。在本实施例中，第二电容C2为隔直电容。

第二变换模块2还包括谐振电容Cr、谐振电感Lr、励磁电感Lm、变压器Tr、同步整流管Q9、Q10及输出电容C0，其中，变压器Tr、谐振电感Lr、及励磁电感Lm组成变压器单元。谐振电容Cr的一端与第七开关管和第八开关管的公共端连接，谐振电容Cr 的另一端与励磁电感Lm的一端连接，励磁电感Lm的另一端与谐振电感Lr的一端连接，谐振电感Lr的另一端与第五开关管Q5和第六开关管Q6的公共端连接，励磁电感Lm的两端分别与变压器Tr的主线圈连接。同步整流管Q9的源极和同步整流管Q10的源极与变压器Tr的副线圈连接，同步整流管Q9的漏极和同步整流管Q10的漏极连接，输出电容C0接入变压器Tr的副线圈的两端。为了提高第二变换模块2的效率，设置励磁电感 Lm/谐振电感Lr>7。即，励磁电感Lm和谐振电感Lr的比值大于7。更进一步的，将励磁电感Lm/谐振电感Lr设置成励磁电感Lm/谐振电感Lr>20，由于励磁电感Lm基本为固定的实现拓扑的最小值，因此，励磁电感Lm/谐振电感Lr越大，系统产生的震荡越小，甚至Lr可以小到不需要单独的元件，使用变压器的漏感即可满足要求。上述的励磁电感 Lm、谐振电感Lr及变压器Tr在有些情况下实际为一个变压器，该变压器可以通过结构的设计来实现该三个元器件的功能，此时，谐振电感Lr为该变压器的漏感。

为了进一步减小变换器系统整体的电路体积，简化变换器系统整体电路结构，其中，第三开关管Q3和第五开关管Q5中的一个作为第一公共开关管，第四开关管Q4和第六开关管Q6中的一个作为第二公共开关管，第一公共开关管和第二公共开关管同时作为第一变换模块1和第二变换模块2的开关管使用。即，在该实施例中，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4及第一电感Lb组成第一变换模块1，同时，第三开关管Q3和第四开关管Q4也作为第二变换模块2的一部分，与第七开关管Q7和第八开关管Q8共同组成第二变换模块2的部分。

请具体参见附图5，附图5示出了本申请的变换器系统中的功率对比图。其中，N为变压器原副边匝比，V0为输出电压，VIN为输入电压，P0为输出功率，Prc为第一变换模块1的输出功率。假设变换器效率为1，例如，第一变换模块1和第二变换模块2的工作效率为90％。以现有技术中的变换器系统的工作效率计算，则现有技术中的变换器系统的工作效率为0.9*0.9＝81％，即，现有技术中的变换器系统的工作效率整体约为81％。当增加了一条连接线3直接连接电源和第二输入端S22时，若电源的电能平均分配至第一变换模块1和连接线3，则本申请的变换器系统的工作效率可以简单的计算为 0.9*0.9*0.5+1*0.9*0.5＝0.85。可见，经本申请的变换器系统工作后，变换器系统整体的工作效率得到显著提高。

请参见图6，图6为本申请的变换器系统的另一电路结构示意图。与上述实施例不同的是，在该实施例中，第二变换模块2的结构稍有变化。具体的，第二变换模块2的第五开关管Q5的漏极接入第一输入端S21，第五开关管Q5的源极与第六开关管Q6的漏极连接，第六开关管Q6的源极与同步整流管Q10的漏极连接，同步整流管Q10的源极与第三输入端S23连接，第七开关管Q7的漏极与第二输入端S22连接，第七开关管Q7的源极与第八开关管Q8的漏极连接，第八开关管Q8的源极与同步整流管Q9的漏极连接，同步整流管Q9的源极与同步整流管Q10的源极连接。

励磁电感Lm、谐振电感Lr及谐振电容Cr依次连接。具体的，励磁电感Lm的一端接入第五开关管Q5和第六开关管Q6的公共端，励磁电感Lm的另一端与谐振电感Lr的一端连接，谐振电感Lr的另一端与谐振电容Cr的一端连接，谐振电容Cr的另一端接入第七开关管Q7和第八开关管Q8的公共端。变压器Tr的主线圈并联在励磁电感Lm的两端，变压器Tr的副线圈的两端分别与第六开关管Q6和同步整流管Q10的公共端、及第八开关管Q8和同步整流管Q9的公共端连接，输出电容C0的一端接入变压器Tr的副线圈，输出电容C0的另一端接入同步整流管Q9与同步整流管Q10的公共端。

请参见图7，图7为本申请的变换器系统的又一电路结构示意图。与上述实施例不同的是，在该实施例中，设置有两个谐振电容Cr及两个谐振电感Lr。为了方便区分，两个谐振电容Cr分别被称为第一谐振电容Cr1及第二谐振电容Cr，两个谐振电感Lr分别被称为第一谐振电感Lr1及第二谐振电感Lr。其中，第一谐振电容Cr1的一端接入第五开关管Q5和第六开关管Q6的公共端，第一谐振电容Cr1的另一端与第一谐振电感Lr1的一端连接，第二谐振电感Lr的另一端与第二谐振电容Cr的一端连接，第二谐振电容Cr 的另一端接入第七开关管Q7和第八开关管Q8的公共端，同时，第一谐振电感Lr1的另一端接入第六开关管Q6和同步整流管Q10的公共端，第二谐振电感Lr的一端接入同步整流管Q9与同步整流管Q10的公共端，并取消设置有变压器Tr的主线圈。

综上所述：通过设置有连接线3，该连接线3直接将电源与第二变换模块2的第二输入端S22连接，可使得电源的部分电能直接从连接线3和第二输入端S22进入至第二变换模块2，剩余电能自第一变换模块1及第一输入端S21进入至第二变换模块2，实现输出电能的调整，从而降低电能的损耗，以提高变换器整体效率；同时，由于第一变换模块1 接收的电能降低，可降低第一变换模块1的功率转换需求，从而降低变换器整体电路结构的成本，减小变换器整体电路结构的体积。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，可以做出其它不同形式的变化或变动，都应当属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种变换器系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的变换器系统，其特征在于，所述第一变换模块为非隔离变换模块，所述第二变换模块为隔离变换模块；

或

3.如权利要求1所述的变换器系统，其特征在于，所述第一变换模块可以为BUCK电路、BOOST电路、BUCK-BOOST电路及SEPIC电路中的任一种。

4.如权利要求1所述的变换器系统，其特征在于，所述第一变换模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及第一电感，所述第一开关管的漏极与所述第一变换模块的正极输入端连接，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极连接，所述第二开关管的源极与所述第一变换模块的负极输入端连接，所述第三开关管的漏极与所述第一输入端连接，所述第三开关管的源极与所述第四开关管的漏极连接，所述第四开关管的源极与所述第二变换模块的第三输入端连接；

5.如权利要求4所述的变换器系统，其特征在于，所述第二变换模块包括至少两个桥臂。

6.如权利要求5所述的变换器系统，其特征在于，所述第二变换模块包括第五开关管、第六开关管、第七开关管及第八开关管，所述第五开关管的漏极接入所述第一输入端，所述第五开关管的源极与所述第六开关管的漏极连接，所述第六开关管的源极与所述第三输入端连接，所述第七开关管的漏极与所述第二输入端连接，所述第七开关管的源极与所述第八开关管的漏极连接，所述第八开关管的源极与所述第六开关管的源极连接。

7.如权利要求6所述的变换器系统，其特征在于，所述第二变换模块还包括第二电容，所述第二电容的两端分别与所述第一输入端和第三输入端连接。

8.如权利要求6所述的变换器系统，其特征在于，所述第二变换模块还包括变压器单元，所述变压器单元包括变压器、与变压器连接的励磁电感Lm及谐振电感Lm；

其中，励磁电感Lm与谐振电感Lr的比值大于7。

9.如权利要求8所述的变换器系统，其特征在于，励磁电感Lm与谐振电感Lr的比值大于20。

10.如权利要求6所述的变换器系统，其特征在于，所述第三开关管和所述第五开关管中的一个作为第一公共开关管，所述第四开关管和所述第六开关管中的一个作为第二公共开关管，所述第一公共开关管和所述第二公共开关管同时作为所述第一变换模块和所述第二变换模块的开关管使用。