CN1981424A - 具有过冲保护的直流变换器电路 - Google Patents

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Abstract

一种直流/直流变换器包括存储感应能的输入电路，该输入电路包括第一开关，该第一开关释放存储的感应能。变压器包括初级绕组，该初级绕组与该输入电路和次级绕组连通。输出电路与所述次级绕组连通并且包括第一和第二输出导体。第一二极管与次级绕组的一端和该第一输出导体连通。第二二极管与次级绕组的一端和该第二输出导体连通。第三二极管与次级绕组的相对端和该第一输出导体连通。第四二极管与次级绕组的相对端和该第二输出导体连通。第一电容与该第三二极管关联连接。第二电容与该第四二极管关联连接。

Description

具有过冲保护的直流变换器电路
技术领域
本发明涉及直流/直流变换器，并更具体的涉及具有减少电压过冲的直流/直流变换器。
背景技术
现参照附图1，示出一示例性的直流/直流变换器100。电压源VIN和电容CIN跨接在导体136和134上。电感L1的一端连接到该导体136而相对一端连接到变压器T1的初级绕组的一端。电感L2的一端也连接到导体136和电感L1的一端。电感L2的相对端连接到变压器T1的初级绕组的相对端。
开关S1的第一端连接到电感器L1的相对端并连接到变压器T1的初级绕组的第一端。开关S1的相对端连接到该导体140。开关S2的第一端连接到电感器L2的相对端并连接到变压器T1的初级绕组的相对端。开关S2的相对端连接到该导体140。
变压器T1(具有电感LLKG)的次级绕组的第一端连接到二极管DB1的第二端和二极管DB2的第一端。变压器T1的次级绕组的相对端连接到二极管DB3的第二端和二极管DB4的第一端。二极管DB3的第一端和二极管DB3的第一端连接到导体148。二极管DB2的第二端和二极管DB4的第二端都连接到导体152。在导体148和152上跨接电容CB1。使VOUT取自电容CB1的两端。
现参照附图2，示出对于图1中直流/直流变换器电路的等同电路200。开关SA连接到电流源I2。在开关SA上并联机体电容CDS。电感LLKG与开关SA和机体电容CDS两端上的电压VSP串联连接。该电路漏电感LLKG和开关SA的机体电容CDS形成一个谐振电路。该谐振电路具有一个峰值电压，该峰值电压为I*Z0+VSP的函数，其中Z0＝(LLKG/CDS)0.5以及VSP是该变换器的反射输出电压。
返回参照图1，起初开关S1导通，且感应能量存储在电感器L1和L2中。随后断开该开关S1，并且通过漏电感LLKG(和开关S2)，具有幅度1的阶跃电流流入变压器T1。该直流/直流变换器100，如图1所示，在断开期间，由于变压器漏电感LLKG，产生在开关S1、S2之间的大电压峰值。
电压缓冲器(snubber)电路可用于限制在开关设备上的电压峰值。在图3中，示出具有峰值钳位缓冲器电路的直流/直流变换器300。电压源VIN施加在导体304和308上。电感器Lc1的第一端连接到导体304。电感器Lc1的相对端连接到变压器T2的初级绕组的第一端。电感器Lc2的第一端也连接到该输入导体304和电感器Lc1的第一端。电感器Lc2的相对端连接到变压器T2的初级绕组的相对端。开关SC1的第一端连接到电感器Lc2的相对端和变压器T2的初级绕组的相对端。
开关SC1的相对端连接到导体308。开关SC2的第一端接到电感器Lc1的相对端和变压器T2的初级绕组的第一端。开关SC2的相对端连接到导体308。
二极管DC1的阳极连接到变压器T2的初级绕组的第一侧和开关SC2的一侧。二极管DC2的阳极连接到变压器T2的初级绕组的相对侧和开关SC1的第一侧。二极管DC1和DC2的阴极侧都连接到电容CC1的一端和电阻RC1的一端。电容CC1和电阻RC1的相对端都连接到输入导体304。
变压器T2的次级绕组的第一端连接到二极管DD1的第二端和二极管DD2的第一端。变压器T2的次级绕组的相对端连接到二极管DD3的第二端和二极管DD4的第一端。二极管DD1和二极管DD3的第一端都连接到导体312。二极管DD2和二极管DD4的第二端都连接到导体316。在导体312和316上并联连接电容CD1。在导体312和316之间提供输出电压。
缓冲器电路300的波形如图4中所示。参考数402表示流过开关SC1的电流。参考数404表示在电感Lc2上的电压。参考数406表示在开关SC1上的电压。图4显示将在该开关上的峰值电压限定为预定值，该预定值由CC1控制。通过该缓冲器电路300的钳位电容电压限制过冲电压。图3和4所示的方案的缺点涉及元件数量、元件成本、电路尺寸和功率消耗。
现参照图5，示出具有缓冲器电路的直流/直流变换器500。电压源VIN施加在导体504和508上。电感器LE1的第一端连接到导体504。电感器LE1的相对端连接到变压器T3的初级绕组的第一端。电感器LE2的第一端也连接到该导体504和连接到电感器LE1的第一端。电感器LE2的相对端连接到变压器T3的初级绕组的相对端。开关SE1的第一端连接到电感器LE1的相对端和变压器T3的初级绕组的第一端。开关SE1的相对端连接到导体508。开关SE2的第一端连接到电感器LE2的相对端和变压器T3的初级绕组的相对端。开关SE2的相对端连接到导体508。
电容CE4的第一端连接到该导体504以及该相对端连接到导体508。电感器LE3连接到导体508并连接到二极管DE5的阳极端。二极管DE5的阴极端连接到电容CE2的一端。电容CE2的另一端连接到电感器LE1的相对端、变压器T3的初级绕组的第一端以及开关SE1的第一端。
电感器LE4连接到导体508并连接到二极管DE6的阳极。二极管DE6的阴极连接到电容CE5的一端。电容CE5的另一端连接到电感器LE2的相对端、变压器T3的初级绕组的相对端以及开关SE2的第一端。二极管DE2的阳极连接到二极管DE5的阴极端。二极管DE3的阳极连接到二极管DE6的阴极端。二极管DE2和DE3的阴极端连接到电容CE4的第一端。
变压器T3(具有电感LLKG)的次级绕组的第一端连接到二极管DF1的阳极和二极管DF2的阴极。变压器T3的次级绕组的相对端连接到二极管DF3的阳极和二极管DF4的阴极。二极管DF1的阴极和二极管DF3的阴极都连接到导体512。二极管DF2的阳极和二极管DF4的阳极都连接到导体516。电容CF1跨接在输出导体512和输出导体516上。
在图6中，示出了在该缓冲器电路500的开关之一两端之间的峰值电压特征600。参考数602表示流过开关SE1的电流。参考数404表示在开关SE1两端之间的电压。在图7中，示出电路500的电压过冲700。电路500要求一个用于承载大脉冲电流的缓冲器电容。因此，在电路500中的缺点也涉及元件数量、元件成本和电路尺寸。
发明内容
根据本发明的直流/直流变换器，包括存储感应能的输入电路，其包括第一开关，该第一开关释放存储的感应能。变压器包括一与输入电路连通的初始绕组和一次级绕组。输出电路与次级绕组连通，并其包括第一和第二输出导体及第一二极管，该第一二极管与次级绕组的一端和该第一输出导体连通。第二二极管与次级绕组的一端和该第二输出导体连通。第三二极管与次级绕组的相对端和该第一输出导体连通。第四二极管与次级绕组的相对端和该第二输出导体连通。第一电容与该第三二极管并联连接。
在其他的特征中，第二电容与该第四二极管关联连接。该第一和第二电容基本上去除了电压过冲。该输入电路包括第一电感器，该第一电感器具有与第一输入导体连通的一端和与初级绕组的第一端连通的相对端。第二电感器具有与该第一输入导体连通的一端和与初级绕组的相对端连通的相对端。该第一开关具有一个与该第一电感器的相对端连通的输出端和另一个与第二输入导体连通的输出端。
该输入电路包括第二开关，该第二开关具有一个与第二电感器的相对端连通的输出端和另一个与该第二导体连通的输出端。输出电容具有与该第一输出导体连通的一端和与该第二输出导体连通的相对端。
根据以下提供的详细描述，本发明的其他应用领域变得显而易见。应当理解为这些详细描述和特定实施例，虽然揭示了本发明的优选实施例，但仅仅是为了解释说明的目的而并非企图限制本发明的范围。
附图说明
从详细的描述和附图将更加充分的理解本明，其中：
图1是按照现有技术的没有缓冲器电路的直流/直流变换器的示意图；
图2是图1中的现有技术直流/直流变换器的等效电路的示意图；
图3是根据现有技术的一种峰值钳位电路型电压缓冲器电路的示意图；
图4包括波形，其说明了在图3的峰值钳位电路缓冲器电路中的开关两端的峰值电压；
图5是一种根据现有技术的非耗散(non-dissipative)缓冲器的示意图；
图6包括波形，其说明了图5的非耗散缓冲器电路中的一开关的峰值电压特征；
图7包括波形，其说明了图5的非耗散缓冲器电路的电压过冲；
图8是用于直流/直流变换器电路的根据本发明的一种缓冲器电路的示意图；
图9包括波形，其说明了在图8的直流/直流变换器电路中一个开关上的电流和电压特征；
图10包括波形，其说明图8的直流/直流变换器电路的电压过冲；
图11A和11B是对于图8的直流/直流变换器电路在断开与闭合开关状态的两个等效电路的示意图；以及
图12包括波形，其说明对于阶跃改变的部件响应数据，该阶跃改变施加到对于图8的直流/直流变换器电路的图11A和11B等效电路上；
具体实施方式
下面的优选实施例描述在本质上仅仅是示例性的，并且决非企图限制本发明、其应用或使用。为清楚起见，相同参考数字在附图中用于标识类似元件。
现转到图8，根据本发明，直流/直流变换器电路800通过用比图1-7中提出的方案更少的附加部件，显著地减少了过冲。图8中的电路包括来自图1中所示的直流/直流变换器(没有缓冲器电路)的电路元件。附加的电路元件包括与二极管DB3并联连接的电容CB2。电容CB3与二极管DB4并联连接。
该电容CB2和CB3提供附加缓冲器电容。在这一方面，该半导体设备的输出电容，在一种实施方案中，作为缓冲器电容部分使用。当S1或S2断开时，电容CB2和CB3控制隔离变压器电压的改变的速率。
现参照图9，示出在图8的直流/直流变换器电路800的开关S1上的电流和电压特征。参考数906表示流过该开关S1的电流。参考数904表示在该电感器L1两端的电压。参考数902表示在该开关S1两端的电压。与图4和6中所示的类似特征相比，该直流/直流变换器电路800，用减少元件数量、功率损失、电路尺寸和成本，提供了直流/直流变换器300和500的改进性能。另外，通过控制开关的S1和S2断开速度，可以去除电压过冲。
现参照图10，示出图8的直流/直流变换器电路800的电压过冲1000。图11A和11B示出了对于图8的直流/直流变换器电路800的闭合和断开开关状态的等效电路1100、1150。图12示出了对于图8的直流/直流变换器电路的图11A和11B等效电路的详细开关波形。
参照图11A、11B和图12，在t1该阶跃电流施加在CDS上。LLKG和在S1(或S2)上的电压由I×Z0控制，在LLKG和S1(或S2)的CDS之间电流流通。开始时，与I×Z0的峰值成正弦曲线地形成在S1(或S2)上的电压。CB2和CB3控制该电压以速率＝1/C2P形成，其中C2P为CB2和CB3对隔离变压器T1的初级侧的反射值。最终，在S1(或S2)上的电压达到VSP。
从前面的描述，本领域技术人员现能够理解，本发明的广泛教导能够以多种形式实现。因此，尽管对本发明已结合其具体实施例进行了描述，但本发明的真正范围不应限于此，因为一学习附图、说明书和下面的权利要求，其他的修改对于技术研制人员来说就会变得显而易见。

Claims (11)

1、一种直流/直流变换器，包括：
输入电路，该输入电路存储感应能，该输入电路包括第一开关，该第一开关释放所述存储的感应能；
包括初级绕组的变压器，该初级绕组与该输入电路和次级绕组连通；及
输出电路，与所述次级绕组连通，并且该输出电路包括：
第一、第二输出导体；
第一二极管，其与次级绕组的一端和该第一输出导体连通；
第二二极管，其与次级绕组的一端和该第二输出导体连通；
第三二极管，其与次级绕组的相对端和该第一输出导体连通；
第四二极管，其与次级绕组的相对端和该第二输出导体连通；及
第一电容，其与该第三二极管并联连接。
2、根据权利要求1所述的直流/直流变换器，进一步包括：
与该第四二极管并联连接的第二电容。
3、根据权利要求2所述的直流/直流变换器，其中所述第一和第二电容基本上去除了电压过冲。
4、根据权利要求1所述的直流/直流变换器，其中所述输入电路包括：
第一电感器，该第一电感器具有与第一输入导体连通的一端和与所述初级绕组的第一端连通的相对端；
第二电感器，具有与该第一输入导体连通的一端和与所述初级绕组的相对端连通的相对端，其中该第一开关具有与所述第一电感器的所述相对端连通的一个输出端和另一个与第二输入导体连通的输出端。
5、根据权利要求4所述的直流/直流变换器，其中所述输入电路包括第二开关，该第二开关具有与所述第二电感器的所述相对端连通的一个输出端和另一个与该第二导体连通的输出端。
6、根据权利要求1所述的直流/直流变换器，进一步包括输出电容，该输出电容具有与该第一输出导体连通的一端和与该第二输出导体连通的相对端。
7、一种直流/直流变换器，包括：
输入电路，该输入电路存储感应能，该输入电路包括第一开关，该第一开关释放所述存储的感应能；
包括初级绕组的变压器，该初级绕组与该输入电路和次级绕组连通；及
输出电路，该输出电路与所述次级绕组连通，并且该输出电路包括：
第一和第二输出导体；
第一二极管，其与次级绕组的一端和该第一输出导体连通；
第二二极管，其与次级绕组的一端和该第二输出导体连通；
第三二极管，其与次级绕组的相对端和该第一输出导体连通；
第四二极管，其与次级绕组的相对端和该第二输出导体连通；及
第一电容，与该第四二极管并联连接。
8、根据权利要求6所述的直流/直流变换器，进一步包括：与该第三二极管并联连接的第二电容。
9、根据权利要求7所述的直流/直流变换器，其中所述输入电路包括：
第一电感器，该第一电感器具有与第一输入导体连通的一端和与所述初级绕组的第一端连通的相对端；
第二电感器，该第二电感器具有与该第一输入导体连通的一端和与所述初级绕组的相对端连通的相对端，其中该第一开关具有与所述第一电感器的所述相对端连通的一个输出端和另一个与第二输入导体连通的输出端。
10、根据权利要求9所述的直流/直流变换器，其中所述输入电路包括第二开关，该第二开关具有与所述第二电感器的所述相对端连通的一个输出端和另一个与该第二导体连通的输出端。
11、根据权利要求7所述的直流/直流变换器，进一步包括输出电容，该输出电容具有与该第一输出导体连通的一端和与该第二输出导体连通的相对端。
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