CN219068071U - 一种dc/dc变换器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种DC/DC变换器，包括变换器输入端、变换器输出端、耦合电感、全桥逆变电路、谐振回路、变压器和整流电路。变换器输入端的正极与耦合电感的一端连接，变换器输入端的负极与全桥逆变电路的直流母线连接；全桥逆变电路的输入端与耦合电感的另一端连接；谐振回路的一端与全桥逆变电路连接、另一端与变压器的原边连接；整流电路的输入端与变压器的副边连接、输出端与变换器输出端连接。通过上述方案实现交错BOOST变换电路和全桥LLC谐振变换电路集成使用，降低了纹波电流，从而无需为该变换器设置较为复杂的滤波器，从而降低了DC/DC变换器的整体成本。

Description

一种DC/DC变换器

技术领域

本申请涉及电源技术领域，更具体地说，涉及一种DC/DC变换器。

背景技术

由于光伏、燃料电池等可再生能源的输出电压较低，并且其寿命和发电效率与其输出电流纹波成反比，因此会利用DC/DC变换器的高电压增益和低电流纹波作为逆变器的前级设备，以便满足逆变器正常工作对输入电压和输入电流的要求。

目前常用的DC/DC变换器一般基于LLC谐振变换电路构成，在该DC/DC变换器中，LLC谐振变换电路具有能够实现软开关、磁集成和高功率密度等优势，但其纹波电流大，导致需要增设较为复杂的滤波器处理纹波电流，从而推高了DC/DC变换器的整体成本。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供一种DC/DC变换器，该DC/DC能够输出较低的纹电流，以避免降低整体成本。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种DC/DC变换器，包括变换器输入端、变换器输出端、耦合电感、全桥逆变电路、谐振回路、变压器和整流电路，其中：

所述变换器输入端的正极与所述耦合电感的一端连接，所述变换器输入端的负极与所述全桥逆变电路的直流母线连接；

所述全桥逆变电路的输入端与所述耦合电感的另一端连接；

所述谐振回路的一端与所述全桥逆变电路连接、另一端与所述变压器的原边连接；

所述整流电路的输入端与所述变压器的副边连接、输出端与所述变换器输出端连接。

可选的，所述全桥逆变电路包括并联连接的第一半桥、第二半桥和母线电容。

可选的，所述第一半桥包括第一功率开关管和第二功率开关管，所述第一功率开关管的源极与所述第二功率开关管的漏极相连，所述第一功率开关管的源极用于作为所述全桥逆变电路的输出端的一个端子，所述第一功率开关管的漏极与所述母线电容的一端连接，所述第二功率开关管的源极与所述母线的另一端连接；

所述第二半桥包括第三功率开关管和第四功率开关管，所述第三功率开关管的源极与所述第四功率开关管的漏极相连，所述第三功率开关管的源极用于作为所述全桥逆变电路的输出端的另一个端子。

可选的，本申请的全桥逆变电路基于PFM控制方式工作。

可选的，所述第一功率开关管和第二功率开关管互补导通，占空比各占50％，且存在死区时间；

所述第三功率开关管和第四功率开关管互补导通，占空比各占50％，且存在死区时间；

所述第一功率开关管和所述第三功率开关管的导通相位差为180度。

可选的，所述耦合电感包括相互耦合的第一电感和第二电感。

可选的，所述第一电感与所述第二电感反向耦合。

可选的，所述谐振回路包括串联连接的谐振电感和谐振电容，其中：

所述谐振电感的一端与所述全桥逆变电路的输出端的一个端子连接、另一端与所述原边的一端连接；

所述谐振电容的一端与所述全桥逆变电路的输出端的另一个端子连接、另一端与所述原边的另一端连接。

可选的，所述整流电路包括桥式连接的第一整流管、第二整流管、第三整流管和第四整流管。

可选的，还包括输出电容，其中：

所述输出电容的一端与所述变换器输出端的正极连接，所述输出电容的另一端与所述变换器输出端的负极连接。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种DC/DC变换器，包括变换器输入端、变换器输出端、耦合电感、全桥逆变电路、谐振回路、变压器和整流电路。变换器输入端的正极与耦合电感的一端连接，变换器输入端的负极与全桥逆变电路的直流母线连接；全桥逆变电路的输入端与耦合电感的另一端连接；谐振回路的一端与全桥逆变电路连接、另一端与变压器的原边连接；整流电路的输入端与变压器的副边连接、输出端与变换器输出端连接。通过上述方案实现交错BOOST变换电路和全桥LLC谐振变换电路集成使用，降低了纹波电流，从而无需为该变换器设置较为复杂的滤波器，从而降低了DC/DC变换器的整体成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种DC/DC变换器的电路图；

图2为本申请实施例的一种DC/DC变换器的反向耦合电感磁芯和绕组结构示意图；

图3为本申请实施例的DC/DC变换器的典型工作波形。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例

图1为本申请实施例提供的一种DC/DC变换器的电路图。

如图1所示，本实施例提供的DC/DC变换器包括变换器输入端10、耦合电感20、全桥逆变电路30、谐振电路40、变压器T、整流电路50和变换器输出端60。该DC/DC变换器由交错BOOST变换电路和全桥LLC谐振变换电路集成而来，且共用两个半桥开关管。

该变换器输入端10的正极Vin+与耦合电感的一端连接，其负极Vin-与全桥逆变电路的直流母线连接。耦合电感的一端与全桥逆变电路的输入端连接；谐振回路的一端与全桥逆变电路的输出端连接、另一端与变压器的原边连接；整流电路的输入端与变压器的副边连接、输出端与变换器输出端连接。通过上述连接构成该DC/DC变换器。

该全桥逆变电路包括并联连接的母线电容C1、第一半桥和第二半桥，第一半桥包括第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2；第二半桥包括第三功率开关管Q3和第四功率开关管Q4。该第一功率开关管的漏极与母线电容的一端连接，该母线电容的一端还与第三功率开关管的漏极连接。第一功率开关管的源极与第二功率开关管的漏极连接，且该源极用于作为该全桥逆变电路的输出端的一个端子。第三功率开关管的源极与第四功率开关管的漏极连接，且该源极用于作为该全桥逆变电路的输出端的另一个端子。该第二功率开关管的源极与母线电容的另一端连接。

本申请的耦合电感包括耦合在一起的第一电感L1和第二电感L2；第一电感的一端与第二电感一端相连。

第一电感的另一端与第一功率开关管的源极相连，第二电感的另一端与第三功率开关管的源极。该第一电感和第二电感耦合在一起，且为反向耦合，具体如图2所示。该耦合电感利用其在一个开关周期的不同时间段内具有不同的等效电感这一优势，可以同时实现对变换器稳态和动态性能的优化。在高频工作条件下，采用反向耦合电感可以进一步减小功率电感损耗，提升该DC/DC变换器的效率。

本申请采用的耦合电感采用EI型磁芯，包括一个中心柱、第一边柱和第二边柱，第一电感L1围绕第一边柱顺时针绕制，第二电感L2围绕第二边柱顺时针绕制，第一电感在第一边柱产生的磁通和第二电感在第二边柱产生的磁通方向相同，在中心柱进行叠加，能够获得更大的等效电感值。

本申请的谐振回路包括谐振电感Lr和谐振电容Cr。谐振电感的一端与全桥逆变电路的输出端的一个端子连接、另一端与变压器T的原边的一端连接；谐振电容的一端与全桥逆变电路的输出端的另一个端子连接、另一端与该变压器的原边的另一端连接。

本申请的整流电路为全桥整流电路，包括第一整流管D1、第二整流管D2、第三整流管D3和第四整流管D4，他们之间的连接方式如图1中所示，其输出端与变换器输出端连接。

另外，本申请还包括输出电容C2。输出电容的一端与变换器输出端的正极Vo+连接，输出电容的另一端与变换器输出端的负极Vo-连接。

本申请的DC/DC变换器采用PFM控制；第一功率开关管和第二功率开关管互补导通，占空比都为50％，且存在死区时间；第三功率开关管和第四功率开关管互补导通，占空比都为50％，且存在死区时间；第一功率开关管和第三功率开关管相位差180度，如图3所示。

第一电感电流为I₁，第二电感电流为I₂，输入电流I_in＝I₁+I₂；在[t1～t2]时刻，开关管Q1和Q4导通，Q2和Q3关断，第一电感电流I₁下降，第二电感电流I₂上升，第一电感下降的电流值等于第二电感上升的电流值，总输入电流I_in不变，输入电流纹波为零。

全桥LLC谐振变换器输入电压为母线电容上的电压V_b，在[t1～t2]时刻，谐振回路两端电压V_h＝V_b，全桥LLC谐振频率

DC/DC变换器增益为交错BOOST变换器增益乘以全桥LLC谐振变换器增益，G_DCDC＝G_BOOST*G_LLC；交错BOOST变换器增益G_BOOST＝1/(1-D),占空比D＝0.5,因此交错BOOST变换器增益G_BOOST＝2，DC/DC变换器增益为G_DCDC＝2*G_LLC。

从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种DC/DC变换器，包括变换器输入端、变换器输出端、耦合电感、全桥逆变电路、谐振回路、变压器和整流电路。变换器输入端的正极与耦合电感的一端连接，变换器输入端的负极与全桥逆变电路的直流母线连接；全桥逆变电路的输入端与耦合电感的另一端连接；谐振回路的一端与全桥逆变电路连接、另一端与变压器的原边连接；整流电路的输入端与变压器的副边连接、输出端与变换器输出端连接。通过上述方案实现交错BOOST变换电路和全桥LLC谐振变换电路集成使用，降低了纹波电流，从而无需为该变换器设置较为复杂的滤波器，从而降低了DC/DC变换器的整体成本。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种DC/DC变换器，其特征在于，包括变换器输入端、变换器输出端、耦合电感、全桥逆变电路、谐振回路、变压器和整流电路，其中：

所述变换器输入端的正极与所述耦合电感的一端连接，所述变换器输入端的负极与所述全桥逆变电路的直流母线连接；

所述全桥逆变电路的输入端与所述耦合电感的另一端连接；

所述谐振回路的一端与所述全桥逆变电路连接、另一端与所述变压器的原边连接；

所述整流电路的输入端与所述变压器的副边连接、输出端与所述变换器输出端连接。

2.如权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述全桥逆变电路包括并联连接的第一半桥、第二半桥和母线电容。

3.如权利要求2所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述第一半桥包括第一功率开关管和第二功率开关管，所述第一功率开关管的源极与所述第二功率开关管的漏极相连，所述第一功率开关管的源极用于作为所述全桥逆变电路的输出端的一个端子，所述第一功率开关管的漏极与所述母线电容的一端连接，所述第二功率开关管的源极与所述母线的另一端连接；

所述第二半桥包括第三功率开关管和第四功率开关管，所述第三功率开关管的源极与所述第四功率开关管的漏极相连，所述第三功率开关管的源极用于作为所述全桥逆变电路的输出端的另一个端子。

4.如权利要求3所述的DC/DC变换器，其特征在于，本申请的全桥逆变电路基于PFM控制方式工作。

5.如权利要求3所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述第一功率开关管和第二功率开关管互补导通，占空比各占50％，且存在死区时间；

所述第三功率开关管和第四功率开关管互补导通，占空比各占50％，且存在死区时间；

所述第一功率开关管和所述第三功率开关管的导通相位差为180度。

6.如权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述耦合电感包括相互耦合的第一电感和第二电感。

7.如权利要求6所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述第一电感与所述第二电感反向耦合。

8.如权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述谐振回路包括串联连接的谐振电感和谐振电容，其中：

所述谐振电感的一端与所述全桥逆变电路的输出端的一个端子连接、另一端与所述原边的一端连接；

所述谐振电容的一端与所述全桥逆变电路的输出端的另一个端子连接、另一端与所述原边的另一端连接。

9.如权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述整流电路包括桥式连接的第一整流管、第二整流管、第三整流管和第四整流管。

10.如权利要求1～9任一项所述的DC/DC变换器，其特征在于，还包括输出电容，其中：

所述输出电容的一端与所述变换器输出端的正极连接，所述输出电容的另一端与所述变换器输出端的负极连接。

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