CN208820684U - 一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了功率变换器领域内的一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器，包括工作等级选择器、功率传输分配器、逆变器、分割驱动变压器以及整流器，工作等级选择器的输出端与功率传输分配器的输入端电连接，功率传输分配器的输出端与逆变器的输入端电连接，逆变器的输出端与分割驱动变压器的输入端电连接，分割驱动变压器的输出端与整流器的输入端电连接；本实用新型所提出的功率转换器和传统功率转换器相比，可以在更高的开关频率下以及更广的工作范围内更高效的工作，可用于各类电子设备中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种开关功率变换器，特别涉及一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器。
背景技术
功率变换器是一种可以将某种电流转换为其他类型电流的电子设备，其应用及其广范，尤其在电脑，通讯，医疗设备等应用中对功率变换器往往要求高功率密度和快速反应。此领域研究方向趋向于更高转换效率和更广的工作应用范围，比如电压范围和功率范围，同时对系统可靠性也提出了更高的要求。
在实际设计过程中，对于传统功率变换器，一般利用磁场转换器和隔离变压器来实现功率转换，对于稍高要求的应用，一般利用高增益变压器或者耦合电感器来实现功率转换，但是电感漏感效应以及变压器的寄生元件效应极大的影响了这类功率转换器的性能，使其无法实现在高开关频率的要求下工作，同时工作范围，比如电压和功率范围也受到限制，因此，如何有效地减少及消除变压器的寄生元件效应（包括寄生电容，寄生电阻以及寄生电感）对功率变换器的设计提出了更高的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器，可以在更高的开关频率下以及更广的工作范围内更高效的工作。
本实用新型的目的是这样实现的：一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器，包括工作等级选择器、功率传输分配器、逆变器、分割驱动变压器以及整流器，所述工作等级选择器的输出端与功率传输分配器的输入端电连接，功率传输分配器的输出端与逆变器的输入端电连接，逆变器的输出端与分割驱动变压器的输入端电连接，分割驱动变压器的输出端与整流器的输入端电连接；
所述工作等级选择器根据信号源输入信号的电压幅度来确定功率转换器需要的工作电压范围；
所述功率传输分配器将经过工作等级选择器的信号源输入信号进一步分割成多个工作区间，然后通过开关电容电路来分配给各自区间的逆变器；
所述分割驱动变压器设置有多个输入端口对应于不同的电压工作区间，多电压工作区间的信号经过分割驱动变压器后输出为多路信号；
所述整流器将输入的多路信号整合成一个信号作为功率转换器的输出。
作为本实用新型的进一步限定，所述工作等级选择器包括一个输入端和若干个输出端，所述输出端上设置有不同电压范围的控制开关，且相邻输出端之间短接有功率平衡电容；各分区间的控制开关在不同的电压范围内分别接通本电压区间的电路，使得源输入信号输入于相应的电压区间的后续电路进行后续处理。
作为本实用新型的进一步限定，所述功率传输分配器包括多个输入区间和多个输出区间，输入区间与输出区间之间经开关电容电路相连，功率传输分配器进一步将经过工作等级选择器的源输入信号进一步分割成多个工作区间，然后通过开关电容电路来分配给各自区间的逆变器。
作为本实用新型的进一步限定，所述分割驱动变压器包括多个输入端口和多个输出端口，所述输入端口对应于不同的工作区间，变压器的输入信号各自独立。
作为本实用新型的进一步限定，所述整流器包括多个整流控制器，所述整流控制器与分割驱动变压器的输出端口一一对应，所述整流控制器的输入端与驱动变压器的输出端口对应连接，所述整流控制器选用开关电容电路。
作为本实用新型的进一步限定，所述整流控制器的输出端并联后作为功率变换器的输出端。
作为本实用新型的进一步限定，所述整流控制器的输出端串联后作为功率变换器的输出端。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型中开关电容电路和分割驱动变压器的综合电路设计可以有效吸收变压器的寄生元件，从而大大降低变压器寄生效应，其次，分割驱动变压电路和工作等级选择电路以及功率传输分配电路的配合使得功率转换可以在更宽的电压环境下高效的实现，另外，基于开关电容的逆变电路和整流控制电路的运用可以大大减少变压器的损耗，提高转换效率；本实用新型所提出的功率转换器和传统功率转换器相比，可以在更高的开关频率下以及更广的工作范围内更高效的工作。本实用新型额可用于各类电子设备中。
附图说明
图1为本实用新型结构原理框图。
图2为本实用新型中工作等级选择器选择电压区间电路示意图。
图3为本实用新型中基于开关电容的功率传输分配电路示意图。
图4为本实用新型中分割驱动变压器电路示意图。
图5为本实用新型中变压器寄生元件等效电路示意图。
图6为本实用新型中开关电容的整流控制电路并联连接示意图。
图7为本实用新型中开关电容的整流控制电路串联连接示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。
本实用新型针对的是功率转换器的设计，所提出的功率转换器系统结构及应用框图如图1所示，主要电路模块包括工作等级选择器，功率传输分配器，逆变器，分割驱动变压器，以及整流器。
工作等级选择器的功能是根据信号源输入信号的电压幅度来确定本功率转换器需工作在哪个电压范围，以便于后续的分割驱动变压器更高效的工作，一种实施方式的电路原理图如图2所示，各分区间的控制开关在不同的电压范围内分别接通本电压区间的电路，使得源输入信号输入于相应的电压区间的后续电路进行后续处理，本实施例中将区间分为：0~5V、5~10V、10~15V、……、40~60V、60~100V，相邻区间之间短接有功率平衡电容。
功率传输分配器进一步将经过工作等级选择器的源输入信号进一步分割成多个窄的工作区间，然后通过开关电容电路来分配给各自区间的逆变器然后再经过分割驱动变压器来进行功率变换；基于开关电容的功率传输分配器的一种实施方式的电路原理图如图3所示，图中以5个电压区间为例，功率传输分配器将输入源信号分割成5路信号，分别输入给5个工作区间的逆变器电路来生成多个交流信号输入给后续分割驱动变压器电路，此处的逆变器可以是任何符合条件的逆变电路。
分割驱动变压器的电路原理图如图4所示，分割驱动变压器的多个输入端口对应于不同的工作区间，细分后窄的工作区间可以提高功率转换精度，同时变压器的输入信号各自独立，图5显示的是变压器寄生元件等效模型，每个变压器线圈组合会产生寄生电容Cj1 ，Cj2和寄生阻抗Zj，图5中只显示了一个线圈组合，本实用新型提出的分割驱动变压器结合前置电路，包括功率传输分配器和逆变器的配合运行，图5中的寄生元件在前置电路的运行中得到统一简化，所以变压器的寄生元件的损失效应被前置电路本身所吸收，这样和传统变压器相比，本实用新型提出的分割驱动变压器电路可以克服寄生效应，从而获取更高的转换效率。
多电压区间的信号经过分割驱动变压器后输出为多路信号，需要利用多个整流控制器来重新整合成一个信号作为功率转换器的输出，取决于功率转换器输出信号即负载所需信号的电压高低，输出整流控制器可以利用变压器输出信号的并联或串联来实现，功率转换器输出信号电压较低时，整流控制器可以将变压器输出信号并联再输出，一种实施方式如图6所示，如果功率转换器输出信号电压较高，整流控制器可以将变压器输出信号串联再输出，一种实施方式如图7所示。
本实用新型提出的一种新型功率变换器的设计方案，主要集合了开关电容和分割驱动变压器的综合电路设计，利用功率传输分配电路和分割驱动变压器来变压转换可以有效吸收变压器的寄生元件，从而大大降低变压器寄生效应，其次，分割驱动变压电路和工作等级选择电路以及功率传输分配电路的配合使得功率转换可以在更宽的电压范围下更高效的实现，另外，基于开关电容的逆变电路和整流控制电路的合理运用可以大大减少变压器的损耗，提高转换效率。本实用新型所提出的功率转换器和传统功率转换器相比，可以在更高的开关频率下以及更广的工作范围内更高效的工作。
本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器，其特征在于，包括工作等级选择器、功率传输分配器、逆变器、分割驱动变压器以及整流器，所述工作等级选择器的输出端与功率传输分配器的输入端电连接，功率传输分配器的输出端与逆变器的输入端电连接，逆变器的输出端与分割驱动变压器的输入端电连接，分割驱动变压器的输出端与整流器的输入端电连接；
所述工作等级选择器根据信号源输入信号的电压幅度来确定功率转换器需要的工作电压范围；
所述功率传输分配器将经过工作等级选择器的信号源输入信号进一步分割成多个工作区间，然后通过开关电容电路来分配给各自区间的逆变器；
所述分割驱动变压器设置有多个输入端口对应于不同的电压工作区间，多电压工作区间的信号经过分割驱动变压器后输出为多路信号；
所述整流器将输入的多路信号整合成一个信号作为功率转换器的输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器，其特征在于，所述工作等级选择器包括一个输入端和若干个输出端，所述输出端上设置有不同电压范围的控制开关，且相邻输出端之间短接有功率平衡电容；各分区间的控制开关在不同的电压范围内分别接通本电压区间的电路，使得源输入信号输入于相应的电压区间的后续电路进行后续处理。
3.根据权利要求2所述的一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器，其特征在于，所述功率传输分配器包括多个输入区间和多个输出区间，输入区间与输出区间之间经开关电容电路相连，功率传输分配器进一步将经过工作等级选择器的源输入信号进一步分割成多个工作区间，然后通过开关电容电路来分配给各自区间的逆变器。
4.根据权利要求3所述的一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器，其特征在于，所述分割驱动变压器包括多个输入端口和多个输出端口，所述输入端口对应于不同的工作区间，变压器的输入信号各自独立。
5.根据权利要求4所述的一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器，其特征在于，所述整流器包括多个整流控制器，所述整流控制器与分割驱动变压器的输出端口一一对应，所述整流控制器的输入端与驱动变压器的输出端口对应连接，所述整流控制器选用开关电容电路。
6.根据权利要求5所述的一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器，其特征在于，所述整流控制器的输出端并联后作为功率变换器的输出端。
7.根据权利要求5所述的一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器，其特征在于，所述整流控制器的输出端串联后作为功率变换器的输出端。
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| CN201820153427.9U CN208820684U (zh) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | 一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器 |
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|---|---|---|---|---|
| CN108023487A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-05-11 | 扬州华鼎电器有限公司 | 一种基于开关电容和分割驱动变压器的功率变换器 |
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