CN1412921A

CN1412921A - 电容储能式推挽变换器

Info

Publication number: CN1412921A
Application number: CN 02120864
Authority: CN
Inventors: 文群海
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2003-04-23

Abstract

一种没有变压器的DC/DC变换装置。它利用电能和磁能、电感和电容的对偶性，根据电感式推挽变换器的原理提出的一种新型的DC/DC变换器。它是由两个串接的电容并联在输入端，两个串接的整流的二极管并联在输出端，并且电容的串接点和二极管的串接点连接起来，组成两个环路，两个环路是闭合还是断开分别由环路上的电子开关控制，输出电压通过取样电路控制压控振荡器的输出频率，这个频率控制电子开关的开通和关断。两个环路上的电子开关开通、关断一次，两个串接电容中的一个电容上的电能会通过整流二极管转移到输出端，同时，输入端给另一个电容充电，这样循环往复完成电压的变换。

Description

电容储能式推挽变换器

技术领域

电容储能式推挽变换器是一种直流电压变换(DC/DC)装置，应用范围：

1高效率，低成本，大容量，小体积，或单片开关电源。

2高效率的蓄电池充电器。

3高效率的，并且可以调整频率和电压的交流稳压源。

4日光灯电子镇流器。

5其它需要调整频率或电压的地方。

背景技术

目前，常用的电感式DC/DC变换器是经过直流/交流/变压/整流过程完成电压的变换，它使用的器件很多、电路结构复杂，需要使用变压器、低压整流二极管等器件，才能完成电能从输入端到输出端的转换。利用这种方式工作的变换器，它的开关器件是在流过电流最大时关断的，这样，将产生很大的关断损耗，不但影响工作效率，而且会使器件发热，影响使用寿命。低压整流特别是极低电压整流器件将会消耗大部分电能，因此，这种变换器不会有很高的效率。这种变换器中使用的变压器，不但是耗能器件，而且价格高、容易损坏。

为了克服现有DC/DC变换器的不足，本专利提出了一种新型的DC/DC变换器，它不需要经过直流/交流/变压/整流的过程，而是直接由直流电压利用电容的特性进行变换输出直流电压，它没有使用变压器和低压整流器件，这是一种无变压器的DC/DC变换器，这样就带来多方面的好处，不但节省了材料和元器件，而且提高了效率。这种变换器利用了LC谐振原理，在开关器件导通后，加在开关上的电压基本为零。在关断时，LC震荡半周期电流降为零时自然关断，所以，它没有开关损耗，效率得到了进一步的提高。这种变换器电路结构及其简单，使用的元器件非常少。

发明内容

电容储能式推挽变换器是根据电能和磁能、电感和电容的对偶性，利用电感式推挽变换器的原理提出的一种新型的DC/DC变换器。

电容储能式推挽变换器的电路形式为：两个串接的电容C2、C3并联在输入端，两个串接的整流的二极管D1、D2并联在输出端，并且电容的串接点和二极管的串接点连接起来组成两个环路，由C2，K1，L1，C4，D2再到C2组成的一个环路和由C3，D1，C4，L2，K2，再到C3组成的另一个环路，两个环路是闭合还是断开分别由环路上的电子开关K1、K2控制，输出电压U2通过取样电路控制压控振荡器的输出频率，这个频率控制电子开关的开通和关断。两个环路上的电子开关开通、关断一次，两个串接电容C2或C3中的一个电容上的电能会通过整流二极管转移到输出端，同时，输入端上的电容C1储存的电能给另一个电容充电，这样循环往复完成电压的变换。

电容储能式推挽变换器工作时，它的两个内部环路轮流工作，当K1导通K2关断时，由C2、K1、L1、C4、D2再到C2构成的环路开始工作，电容C2通过K1、L1、D2对C4振荡充电，在C2、L1、C4振荡半周期时，充电电流降至为零，此时，C2储存的电能被转移到C4上，同时，C2上的电压下降，C3上的电压被拉升起来，C1对C3充电，C3储存的电能增加。当K2导通K1关断时，由C3、D1、C4、L2、K2再到C3构成的环路开始工作，电容C3通过K2，L2对C4振荡充电，在C3、L2、C4振荡半周期时，充电电流降至为零。此时，C3储存的电能被转移到C4上，同时，C3上的电压下降，C2上的电压被拉升起来，C1对C2充电，C2储存的电能增加。这表明，K1或K2导通、关闭一次，就有一定量的电能，从输入端U1转移到输出端U2上，而不受其他任何因素影响。

本专利的有益效果是：

一、电容储能式推挽变换器在电压变换过程中没有明显的耗能器件，所以效率很高。

二、电容储能式推挽变换器没有使用变压器和低压整流器件，电路简单，使用的元件很少。便于集成化，为单片电源的发展提供了方便之路。

三、它没有使用低电压输出整流二极管，这样就带来多方面的好处，不但节省了元器件，而且提高了效率，并且输出电压的高低与它的工作效率几乎没有关系，就是输出一伏以下的电压，它仍然可以保持较高效率。

附图说明

附图为本专利的电路方框图。

电路的主回路是电能变换电路，简单地说就是控制电路控制K1、K2的导通和关断，使C3和C2充电、放电完成电能的变换。控制电路则包括输出电压取样电路，压控振荡器和控制变换器电路。

在附图中，输入滤波电容C1是大容量的电解电容；C2和C3是无极性脉冲电容；D3和D4是续流二极管、D1和D2是高频整流二极管；L1和L2、L3、L4是滤波电感；K1和K2是高速电子开关，它们可以是可控硅，也可以是晶体三极管、电子管等器件；输出滤波电容C4、C5是大容量的电解电容；取样电路的输入信号是DC/DC的输出电压U2、输出端是适合压控振荡器工作的输入控制电压U2｀；压控振荡器的输出频率F和输出电压U2为线形关系；控制变换器的两路输出分别控制K1和K2的导通和关断，并且要求在任何情况下只能有一个导通。

Claims

1、一种变换器，由电容式推挽电路的主通路完成电能的转换，其特征是，所谓的电容式推挽是指：C2给C4充电的过程也就是C2放电的过程，C2放电推动C1给C3充电；同理，C3给C4充电的过程也就是C3放电的过程，C3放电推动C1给C2充电，就这样C2和C3交替充放电，使输入端C1上的电能不断送到输出端的电容C4上储存起来，提供给负载使用。

2、根据权利要求1所述的变换器，其特征是：两个串接的电容C2、C3并联在输入端，两个串接的整流的二极管D1、D2并联在输出端，并且电容的串接点和二极管的串接点连接起来，组成两个环路，由C2，K1，L1，C4，D2再到C2组成的一个环路和由C3，D1，C4，L2，K2，再到C3组成的另一个环路，两个环路是闭合还是断开分别由环路上的电子开关K1、K2控制，输出电压U2通过取样电路控制压控振荡器的输出频率，这个频率控制电子开关的开通和关断。两个环路上的电子开关开通、关断一次，两个串接电容C2或C3中的一个电容上的电能会通过整流二极管转移到输出端，同时，输入端上的电容C1给另一个电容充电，这样循环往复完成电压的变换。