CN211830585U - 一种新型隔离式dc-dc变换器 - Google Patents

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陈景文
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张文倩
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Abstract

一种新型隔离式DC‑DC变换器，包括输入端和输出端、磁化电感Lm、高频变压器、电容器C、二极管Q’、开关Q。所述高频变压器的一次侧串联磁化电感Lm，磁化电感Lm的两端作为输入端，用于连接电源VS。所述高频变压器的二次侧串联二极管Q’、电容器C及开关Q，电容器C的两端作为输出端，用于连接负载R。与传统直流PEC相比，本实用新型具有拓扑结构简单，成本较低，灵敏度小等优点，能够处理具有不同占空比的不连续输入电压，并产生连续的输出电压。

Description

一种新型隔离式DC-DC变换器
技术领域
本实用新型属于电力电子技术领域，涉及一种用于处理不连续输入电压，并产生连续输出电压的新型隔离式DC-DC变换器。
背景技术
电力电子变换器（PEC）按照能量转换形式可分为AC-DC、DC-AC、AC-AC和DC-DC四种类型，在效率、尺寸和功率密度等方面具有优势。
目前，多数直流PEC在设计和运行时假设输入电压连续，当由不连续的输入电压供电时，传统直流PEC通过与输入端子平行放置的大电容来进行管理。然而，采用如此大的电容会对电源侧及PEC响应产生不利影响，且稳定运行的能力十分有限。此外，非隔离式直流PEC存在一些性能上的限制，而隔离式直流PEC能够提供电流输入与输出隔离，可减少其局限性。
因此，为了扩展直流PEC的操作能力，解决以上问题，需要设计一种处理不连续输入电压并产生连续输出电压的新型直流PEC拓扑。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于处理不连续输入电压，并产生连续输出电压的新型隔离式DC-DC变换器。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种新型隔离式DC-DC变换器，采用高频变压器构建。包括一个高频变压器、电容器C、二极管Q’、开关Q、负载R和电源VS。
高频变压器在电源和负载之间提供电隔离以及电压传输比。在高频变压器的次级侧包含一个与次级绕组极性相同的二极管，以便允许高频变压器的励磁电感进行充电和放电；一个开关元件，以使能量流经其绕组；一个并联放置的电容和负载，以确保输出侧电压的稳定性。
所提出的变换器通过适当选择电路元件即磁化电感Lm和电容C，可减轻电源电压的不连续性。当由不连续的输入电压供电时，电源电压不连续性的减轻可以提供一个隔离的直流PEC，该PEC可以保持连续传导模式。
由于高频变压器的漏感可以忽略，因此在该变压器中，未考虑漏感对电路所带来的影响。
所提出的变换器通过对高频变压器中的感应元件进行充电，同时位于次级侧的开关元件动作，将能量释放至输出侧，构建了该直流变换器原型。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本实用新型公开了一种新型隔离式DC-DC变换器，与传统直流PEC相比，具有拓扑结构简单，成本较低，灵敏度小等优点，能够处理具有不同占空比的不连续输入电压，并产生连续的输出电压。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理图。
其中：VS为电源；Lm为高频变压器磁化电感；V1、V2分别为高频变压器初级侧和次级侧电压；Q为开关；Q’为二极管；C为电容；R为负载；Vo为输出侧电压。
图2为本实用新型的四种电流流动工作模式图。
图中，已给定切换动作及电源VS的状态。其中，图（a）中电源VS为高电平且开关Q接通；图（b）中电源VS为高电平且开关Q关断；图（c）中电源VS为低电平且开关Q接通；图（d）中电源VS为低电平且开关Q关断。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合附图，对本实用新型的技术方案进行更清楚、完整地描述。
参见图1，本实用新型所提出的用于处理不连续输入电压，并产生连续输出电压的新型隔离式DC-DC变换器，包括一个高频变压器、电容器C、二极管Q’、开关Q、负载R和电源VS。
高频变压器在电源和负载之间提供电隔离以及电压传输比。在高频变压器的次级侧包含一个与次级绕组极性相同的二极管，以便允许高频变压器的励磁电感进行充电和放电；一个开关元件，以使能量流经其绕组；一个并联放置的电容和负载，以确保输出侧电压的稳定性。
所提出的变换器通过适当选择电路元件即磁化电感Lm和电容C，可减轻电源电压的不连续性。
由于高频变压器的漏感可以忽略，因此在该变压器中，未考虑漏感对电路所带来的影响。
所提出的变换器通过对高频变压器中的感应元件进行充电，同时位于次级侧的开关元件动作，将能量释放至输出侧，构建了该直流变换器原型。
本实用新型在实现直流电转换时，具有四个周期性的顺序工作模式，参见附图2。
模式1：在该工作模式下，开关Q接通，电源VS和磁化电感Lm向高频变压器的一次侧绕组供电；二极管Q’正向导通，从而允许能量从次级侧绕组向电容和负载传递。
模式2：在该工作模式下，开关Q关断，电源VS对磁化电感Lm充电；二极管Q’反向关断，电容向负载放电。
模式3：在该工作模式下，电源电流iS为零，电源不向磁化电感和高频变压器的一次侧提供能量；二极管Q’反向关断，电容向负载放电。
模式4：与模式3类似，在该工作模式下，电源电流iS为零，电源不向磁化电感和高频变压器的一次侧提供能量；二极管Q’反向关断，电容向负载放电。
本实施例中，高频变压器匝数比N1/N2=10，型号规格为EP20，磁化电感Lm为2.5μH；输出电容器C为396μF；二极管Q’选用1N4002硅整流二极管；开关Q选用HD11-100刀开关；负载R电阻为45Ω；电源Vs标称平均功率为1.75kW，最大功率为5.00 kW，最大输出电压为18.5V。
本实用新型介绍了一种能在不连续输入电压下工作的隔离直流功率因数校正新拓扑，提出的DC-PEC可在不连续输入电压下产生稳定和连续的输出电压。所提出的DC-PEC，其特点是将开关元件放置在高频变压器的二次侧。开关元件在次级侧安置使得不连续的输入电压能够将能量充向高频变压器的电感元件中，并将该能量顺序控制地放电到负载中，以确保产生连续稳定的输出电压。该直流PEC的性能特点证明了它对不连续的直流电压稳定可靠处理的有效性和适用性，可以作为一种替代方案，克服传统拓扑的局限性。

Claims (5)

1.一种新型隔离式DC-DC变换器，包括输入端和输出端，其特征在于，还包括磁化电感Lm、高频变压器、电容器C、二极管Q’、开关Q；所述高频变压器的一次侧串联磁化电感Lm，磁化电感Lm的两端作为输入端，用于连接电源VS；所述高频变压器的二次侧串联二极管Q’、电容器C及开关Q，电容器C的两端作为输出端，用于连接负载R。
2.如权利要求1所述的DC-DC变换器，其特征在于，所述高频变压器匝数比N1/N2=10，型号规格为EP20；磁化电感Lm为2.5μH；电容器C为396μF；二极管Q’选用1N4002硅整流二极管；开关Q选用HD11-100刀开关。
3.如权利要求2所述的DC-DC变换器，其特征在于，所述DC-DC变换器的最大输入电压为18.5 V。
4.如权利要求1-3任一项所述的DC-DC变换器，其特征在于，还包括电源VS和负载R；所述电源VS的两端分别连接磁化电感Lm的两端；所述负载R的两端分别连接电容器C的两端。
5.如权利要求4所述的DC-DC变换器，其特征在于，所述负载R电阻为45Ω；电源Vs标称平均功率为1.75kW，最大功率为5.00 kW，最大输出电压为18.5 V。
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