CN219087008U - 直流变换拓扑及供电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种直流变换拓扑及供电装置，该直流变换拓扑应用于电路技术领域，包括：变压单元以及谐振变换单元；变压单元包括至少一个变压电路；每个变压电路的正输入端用于与外部直流源的正极连接，每个变压电路的负输入端用于与外部直流源的负极连接；谐振变换单元中包括变压器、第一桥臂和至少一个第二桥臂；第一桥臂的桥臂中点通过谐振器件与变压器初级绕组的第一端子连接；每个变压电路通过第二桥臂接入变压器的初级绕组的第二端子；变压器的次级绕组用于通过整流器件与外部负载连接。本发明提供的直流变换拓扑及供电装置可实现宽范围的直流变换。
Description
技术领域
本实用新型属于电路技术领域，更具体地说，是涉及一种直流变换拓扑及供电装置。
背景技术
目前，通过直流变换拓扑来实现电压的转换已成为本领域的常用手段。基于直流变换拓扑可以实现升压、降压等多种电压变换功能。在此基础上，由于直流电源的电压范围浮动较大，即工作电压范围较宽，就导致直流变换拓扑也需要有一个工作电压范围，以适应不同应用场景的需要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种直流变换拓扑及供电装置，其拥有一个较宽的工作电压范围，以适应不同应用场景的需要。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供了一种直流变换拓扑，所述直流变换拓扑包括：
变压单元以及谐振变换单元；
所述变压单元包括至少一个变压电路；
每个变压电路的正输入端用于与外部直流源的正极连接，每个变压电路的负输入端用于与所述外部直流源的负极连接；
所述谐振变换单元包括变压器、第一桥臂和至少一个第二桥臂；
所述第一桥臂的第一端用于与所述外部直流源的正极连接，所述第一桥臂的第二端用于与所述外部直流源的负极连接，所述第一桥臂的桥臂中点通过谐振器件与所述变压器初级绕组的第一端子连接；
每个第二桥臂都对应连接一个变压电路的正输出端，每个第二桥臂的第二端用于连接所述外部直流源的负极；所述变压器初级绕组包含至少一个第二端子，每个第二桥臂的桥臂中点都对应连接一个第二端子；
所述变压器的次级绕组用于通过整流器件与外部负载连接。
在一种可能的实现方式中，所述变压单元包括至少两个变压电路时，各个变压电路的变压性质和/或变压范围不同。
在一种可能的实现方式中，所述变压电路为buck电路、boost电路、或buck-boost电路。
在一种可能的实现方式中，所述变压单元包括至少一个buck电路和至少一个boost电路。
在一种可能的实现方式中，所述变压单元包括至少一个buck电路和至少一个boost电路时，各个buck电路的变压范围不同，各个boost电路的变压范围不同。
在一种可能的实现方式中，所述谐振变换单元为LLC电路、移相全桥电路、CLLC电路或双有源桥电路。
在一种可能的实现方式中，所述直流变换拓扑还包括：控制单元；
所述控制单元分别与每个变压电路中的开关管、所述谐振变换单元中的开关管连接。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种供电装置，所述供电装置包括以上所描述的直流变换拓扑。
本实用新型提供的直流变换拓扑及供电装置的有益效果在于：
区别于现有技术中通常设置一个变压电路的技术方案，本发明设置了至少一个变压电路，在此基础上，可通过驱动前述至少一个变压电路中开关管来实现变压单元的变压范围和/或变压性质(比如，升压、降压、升降压)调整，进而可以在实际应用时根据实际需求来实现变压，因此，本发明提供的直流变换拓扑能够支持一个较宽的电压范围，并且可以适应多种变压场景，因此本发明有效解决了现有技术的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型一实施例提供的直流变换拓扑的结构示意图；
图2为本实用新型另一实施例提供的直流变换拓扑的结构示意图；
图3为本实用新型再一实施例提供的直流变换拓扑的结构示意图；
图4为本实用新型又一实施例提供的直流变换拓扑的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
请参考图1，图1为本实用新型一实施例提供的直流变换拓扑的结构示意图，该直流变换拓扑包括：
变压单元11以及谐振变换单元12。
变压单元11包括至少一个变压电路。
每个变压电路的正输入端用于与外部直流源的正极连接，每个变压电路的负输入端用于与外部直流源的负极连接。
谐振变换单元12包括变压器、第一桥臂和至少一个第二桥臂。
第一桥臂的第一端用于与外部直流源的正极连接，第一桥臂的第二端用于与外部直流源的负极连接，第一桥臂的桥臂中点通过谐振器件与变压器初级绕组的第一端子连接。
每个第二桥臂都对应连接一个变压电路的正输出端，每个第二桥臂的第二端用于连接外部直流源的负极。变压器初级绕组包含至少一个第二端子，每个第二桥臂的桥臂中点都对应连接一个第二端子。
变压器的次级绕组用于通过整流器件与外部负载连接。
在本实施例中，第二桥臂和变压电路一一对应。
在本实施例中，第一桥臂和第二桥臂中均包含至少一个开关管，两者均存在多种实现形式。以第二桥臂为例，第二桥臂可通过两个开关管串联实现，也可通过一个开关管和一个二极管串联实现，也可通过一个开关管和一个电容串联实现。
根据本实施例的连接结构，直流变换拓扑的输出电压Uout为(Ub±Uin)/2N，其中，Ub为变压单元11的输出电压，Uin为外部直流源两端的电压，N为谐振变换单元12中变压器的原边绕组和副边绕组的匝数比。其中，前述(Ub±Uin)/2N中的Ub与Uin之间的加减关系由第二桥臂中开关管的导通方向确定。
从以上描述可知，区别于现有技术中通常设置一个变压电路的技术方案，本发明实施例设置了至少一个变压电路，在此基础上，可通过驱动前述至少一个变压电路中开关管来实现变压单元的变压范围和/或变压性质(比如，升压、降压、升降压)调整，进而可以在实际应用时根据实际需求来实现变压，因此，本发明实施例提供的直流变换拓扑能够支持一个较宽的电压范围，并且可以适应多种变压场景，因此本发明实施例有效解决了现有技术的问题。
在一种可能的实现方式中，变压单元包括至少两个变压电路时，各个变压电路的变压性质和/或变压范围不同。
在本实施例中，变压性质包含升压、降压或者升降压。变压范围指的是可以变压的范围，例如，某变压单元可实现5V的升压，则该变压单元的变压范围即为+5V，某变压单元可实现10V的降压，则该变压单元的变压范围即为-10V。
在本实施例中，设定各个变压电路的变压性质和/或变压范围不同有利于组合生成更多的变压范围，且各个变压范围之间的步长也可以更多样化，因此可支持更多的应用场景。
在一种可能的实现方式中，变压电路为buck电路、boost电路、或buck-boost电路。
在本实施例中，变压电路可以为buck电路，可以为boost电路，也可以为buck-boost电路，也可以为前述三类电路的组合。
在本实施例中，当变压电路只有一个、变压电路为buck电路、第一桥臂和第二桥臂均包含两个开关管时，直流变换拓扑的结构可如图2所示，在图2中，开关管Q3和开关管Q4即为第一桥臂，其中开关管Q3和开关管Q4的共接点即为第一桥臂的桥臂中点，第一桥臂的桥臂中点连接至变压器初级绕组的第一端子。开关管Q1和开关管Q2即为buck电路对应的第二桥臂，开关管Q1和开关管Q2的共接点即为buck电路对应的第二桥臂的桥臂中点，buck电路对应的第二桥臂的桥臂中点连接至变压器初级绕组的第二端子，变压器的次级绕组通过整流器件与外部负载连接。
在本实施例中，当变压电路只有一个、变压电路为boost电路、第一桥臂和第二桥臂均包含两个开关管时，直流变换拓扑的结构可如图3所示，在图3中，开关管Q3和开关管Q4即为第一桥臂，其中开关管Q3和开关管Q4的共接点即为第一桥臂的桥臂中点，第一桥臂的桥臂中点连接至变压器初级绕组的第一端子。开关管Q5和开关管Q6即为boost电路对应的第二桥臂，开关管Q5和开关管Q6的共接点即为boost电路对应的第二桥臂的桥臂中点，buck电路对应的第二桥臂的桥臂中点连接至变压器初级绕组的第二端子，变压器的次级绕组通过整流器件与外部负载连接。
在本实施例中，当变压电路包含两个，变压电路分别为buck电路、boost电路，第一桥臂和各个第二桥臂均包含两个开关管时，直流变换拓扑的结构可如图4所示，在图4中，开关管Q3和开关管Q4即为第一桥臂，其中开关管Q3和开关管Q4的共接点即为第一桥臂的桥臂中点，第一桥臂的桥臂中点连接至变压器初级绕组的第一端子。开关管Q1和开关管Q2即为buck电路对应的第二桥臂，开关管Q1和开关管Q2的共接点即为buck电路对应的第二桥臂的桥臂中点，buck电路对应的第二桥臂的桥臂中点连接至变压器初级绕组的一个第二端子。开关管Q5和开关管Q6即为boost电路对应的第二桥臂，开关管Q5和开关管Q6的共接点即为boost电路对应的第二桥臂的桥臂中点，buck电路对应的第二桥臂的桥臂中点连接至变压器初级绕组的另一个第二端子，变压器的次级绕组通过整流器件与外部负载连接。其中，图4中变压器的初级绕组与各个桥臂中点之间的连接是通过星型连接的方式实现的，其也可通过三角型连接的方式实现，本实施例不做限定。其中，图4中变压器次级绕组以单相的方式与整流器件连接，其也可通过三相的星型连接方式与整流器件连接，或者通过三相的三角型连接方式与整流器件连接，本实施例对此也不做限定。
在本实施例中，基于前述图2至图4的直流变换拓扑可知，在前述直流变换拓扑中，Uout＝(Ub+Uin)/(2N)，其中，N为原边绕组L1与副边绕组L2之间的匝数比。因此，对于不同的输入电压Uin，该直流变换拓扑可以通过调节各变压电路的输出电压Ub实现Uout的稳定输出。
在一种可能的实现方式中，变压单元包括至少一个buck电路和至少一个boost电路。
在一种可能的实现方式中，变压单元包括至少一个buck电路和至少一个boost电路时，各个buck电路的变压范围不同，各个boost电路的变压范围不同。
在本实施例中，对于每一类变压电路，数量均可设置至少一个，此种设置可以使直流变换拓扑兼具升压、降压的功能，能够进一步地拓宽应用范围。
在一种可能的实现方式中，谐振变换单元为LLC电路、移相全桥电路、CLLC电路或双有源桥电路。
在一种可能的实现方式中，直流变换拓扑还包括：控制单元。
控制单元分别与每个变压电路中的开关管、谐振变换单元中的开关管连接。
在本实施例中，控制单元可通过控制变压电路和谐振变换单元的开关管以实现直流变换拓扑的输出参数的调节。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种供电装置，供电装置包括以上所描述的直流变换拓扑。
以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种直流变换拓扑，其特征在于，包括：
变压单元以及谐振变换单元；
所述变压单元包括至少一个变压电路；
每个变压电路的正输入端用于与外部直流源的正极连接，每个变压电路的负输入端用于与所述外部直流源的负极连接；
所述谐振变换单元包括变压器、第一桥臂和至少一个第二桥臂；
所述第一桥臂的第一端用于与所述外部直流源的正极连接，所述第一桥臂的第二端用于与所述外部直流源的负极连接，所述第一桥臂的桥臂中点通过谐振器件与所述变压器初级绕组的第一端子连接；
每个第二桥臂都对应连接一个变压电路的正输出端，每个第二桥臂的第二端用于连接所述外部直流源的负极；所述变压器初级绕组包含至少一个第二端子，每个第二桥臂的桥臂中点都对应连接一个第二端子；
所述变压器的次级绕组用于通过整流器件与外部负载连接。
2.如权利要求1所述的直流变换拓扑，其特征在于，所述变压单元包括至少两个变压电路时，各个变压电路的变压性质和/或变压范围不同。
3.如权利要求1所述的直流变换拓扑，其特征在于，所述变压电路为buck电路、boost电路、或buck-boost电路。
4.如权利要求3所述的直流变换拓扑，其特征在于，所述变压单元包括至少一个buck电路和至少一个boost电路。
5.如权利要求4所述的直流变换拓扑，其特征在于，所述变压单元包括至少一个buck电路和至少一个boost电路时，各个buck电路的变压范围不同，各个boost电路的变压范围不同。
6.如权利要求1所述的直流变换拓扑，其特征在于，所述谐振变换单元为LLC电路、移相全桥电路、CLLC电路或双有源桥电路。
7.如权利要求1至6任一项所述的直流变换拓扑，其特征在于，所述直流变换拓扑还包括：控制单元；
所述控制单元分别与每个变压电路中的开关管、所述谐振变换单元中的开关管连接。
8.一种供电装置，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的直流变换拓扑。
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| CN202223436805.XU CN219087008U (zh) | 2022-12-21 | 2022-12-21 | 直流变换拓扑及供电装置 |
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