專利名稱：直流－直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型關(guān)于一種直流-直流變換器。
背景技術(shù)：
直流-直流(DC-DC)變換器是將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓的轉(zhuǎn)換器，目前，直流-直流變換器廣泛應(yīng)用于遠程數(shù)據(jù)通訊、計算機、辦公自動化設(shè)備、工業(yè)儀器儀表、軍事、航天等領(lǐng)域，是一種非常重要的電源器件。
目前使用的大功率直流-直流變換器通常為使用移相全橋零電壓PWM對直流-直流變換器進行控制。在由全橋電路控制的直流-直流變換器中，所述全橋電路由四個開關(guān)管組成，每個開關(guān)管都并聯(lián)有一個吸收電容，在電路中還加入了一個諧振電感，與吸收電容一起構(gòu)成諧振電路。使用這種直流-直流變換器時，由于每個開關(guān)處于通態(tài)和斷態(tài)的時間是固定不變的，即導(dǎo)通時間略小于Ts/2(開關(guān)管從開啟到關(guān)斷的周期時間)，而關(guān)斷時間略大于Ts/2，所以在同一個半橋中，上下兩個開關(guān)不能同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，即在一個瞬間造成電路的短路。這樣，每一個開關(guān)管關(guān)斷到另一個開關(guān)管開通所經(jīng)歷的短路狀態(tài)便造成了死區(qū)時間。由于所述四個開關(guān)管是用來控制直流-直流變換器一次側(cè)電路的導(dǎo)通，所以死區(qū)時間便造成了直流-直流變換器一次側(cè)控制信號的占空比丟失。在電路中增加諧振電路是用來在開關(guān)管開通和關(guān)斷之前，抽走流過開關(guān)管的電流，以保證開關(guān)管的零電壓開通與關(guān)斷，即實現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)狀態(tài)。但是由于死區(qū)時間的存在，不能使全橋電路在任何條件下都總能使四個開關(guān)管都處于軟開關(guān)狀態(tài)，而且占空比丟失的問題也不能得到解決。
另外，在電路的具體操作中，由于所使用的全橋電路是一個整體電路，電路的任何一個部分的損壞都直接導(dǎo)致整個直流-直流變換器不能正常工作。由于上述原因，在現(xiàn)有技術(shù)中，這種由四個開關(guān)管控制的全橋電路便具有控制復(fù)雜，可靠性能低的問題，所以如何有效解決控制復(fù)雜，可靠性能低的問題，使直流-直流變換器控制簡單，可靠性能提高成為本領(lǐng)域內(nèi)有待解決的問題。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服在現(xiàn)有技術(shù)中，大功率直流-直流變換器控制復(fù)雜，可靠性能低的問題，提供一種具有控制簡單，可靠性高的大功率直流-直流變換器。
本實用新型提供了一種直流-直流變換器，該直流-直流變換器包括變壓器單元、開關(guān)器件、采樣控制單元，其中，所述變壓器單元、開關(guān)器件、采樣控制單元組成直流-直流變換模塊，每個直流-直流變換模塊中的開關(guān)器件為一個；多個所述直流-直流變換模塊并聯(lián)連接；在所述直流-直流變換模塊中，開關(guān)器件與變壓器單元輸入端電連接，采樣控制單元同時與變壓器單元輸出端和開關(guān)器件電連接。
根據(jù)本實用新型提供的大功率直流-直流變換器，有效的克服了在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題，所述直流-直流變換器具有控制簡單，可靠性能高的優(yōu)點，并且還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)模塊的輸出功率，由于是多個直流-直流變換模塊并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，在一定程度上也降低了系統(tǒng)的維護成本。


圖1是本實用新型的原理框圖；圖2是單個直流-直流變換模塊的原理框圖；圖3是單個直流-直流變換模塊的具體電路圖；
圖4是本實用新型的優(yōu)選實施方式的原理框圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明按照本實用新型提供的直流-直流變換器，如圖1和圖2所示，圖1為本實用新型的原理框圖，圖2為本實用新型所述直流-直流變換模塊的原理框圖。本實用新型包括多個直流-直流(DC-DC)變換模塊，每個直流-直流變換模塊都由變壓器單元1、開關(guān)器件2和采樣控制單元3組成，所述開關(guān)器件2與所述變壓器單元1的輸入端電連接，以完成對變壓器單元1的控制；所述開關(guān)器件2與所述采樣控制單元3電連接，采樣控制單元3通過對變壓器單元1輸入端電流數(shù)據(jù)的采樣，完成對開關(guān)器件2的通斷控制；同時，所述采樣控制單元3與所述變壓器單元1的輸出端電連接，所述采樣控制單元3通過對變壓器單元1輸出端電壓數(shù)據(jù)的采樣，完成對變壓器單元1輸入端的電壓控制；并且多個所述直流-直流變換模塊通過電導(dǎo)線并聯(lián)連接。
所述變壓器單元1可以是現(xiàn)有的各種起變壓作用的變壓器，如由線圈以及鐵心組成的變壓器，在本實用新型中，變壓器單元用于完成輸入電壓值與所需電壓值的電壓轉(zhuǎn)換。
根據(jù)本實用新型提供的直流-直流變換器，在所述直流-直流變換模塊中只使用了一個開關(guān)器件2，所述開關(guān)器件2用于控制變壓器單元1一次側(cè)的電路通斷，通過對電路的通斷控制保證所述直流-直流變換模塊可以輸出一個穩(wěn)定的電壓值。本實用新型所述的直流-直流變換模塊，由于只使用了一個開關(guān)器件，不同于現(xiàn)有技術(shù)中的使用四個開關(guān)器件的全橋電路，這樣在對變壓器單元1的控制過程中大大降低了復(fù)雜程度，其中，所述開關(guān)器件2為任意的可以實現(xiàn)對變壓器單元進行通斷控制的電器件，例如場效應(yīng)管，三極管或可控硅，優(yōu)選為使用場效應(yīng)管。
所述采樣控制單元3，用于對電路電流及電壓數(shù)據(jù)進行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)與采樣控制單元3中預(yù)先設(shè)定的基準值進行比較，當采樣數(shù)據(jù)高于或低于預(yù)先設(shè)定的基準值時，所述采樣控制單元3可以通過采樣控制單元3中的誤差放大器或控制開關(guān)器件2的通斷對電壓或電流值進行控制。其中，所述采樣控制單元3為任意的能夠?qū)崿F(xiàn)采樣以及控制功能的電器件或芯片，例如UC3842芯片、UC3846芯片或UC3856芯片，上述芯片是美國Unitrode公司生產(chǎn)的電流型單端輸出脈寬調(diào)制器(PWM)，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝與調(diào)試簡便、性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點，在本實用新型中優(yōu)選為使用UC3842芯片。
在本實用新型的一個優(yōu)選實施方式中，所述直流-直流變換模塊包括變壓器、場效應(yīng)管和UC3842芯片，場效應(yīng)管與變壓器輸入端電連接，UC3842芯片與變壓器輸出端電連接，同時場效應(yīng)管與UC3842芯片也電連接，并且多個所述直流變換模塊并聯(lián)連接。
參考圖3所示的具體電路圖，在直流-直流變換模塊中，UC3842為所述采樣控制單元，Q1為所述開關(guān)器件，Q1與變壓器連接。UC3842的2腳與變壓器二次側(cè)(即輸出端)通過分壓器以及光耦進行電連接，根據(jù)UC3842的2腳對于反饋的要求，在本實施例中選取的光耦為PC817，并選取了可編程三端精密穩(wěn)壓源TL431，為光耦的初級提供穩(wěn)定的電源。在對變壓器二次側(cè)的電壓信號進行采樣之后，所述UC3842將采樣電壓數(shù)據(jù)通過光耦反饋至UC3842的2腳，即誤差放大器的反向輸入端，形成一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。當輸出電壓升高時，使反饋到UC3842的2腳的電壓數(shù)據(jù)值也升高，之后所輸入的電壓數(shù)據(jù)與UC3842中預(yù)先設(shè)定的基準電壓值進行比較，經(jīng)誤差放大器放大，使腳6輸出脈沖的占空比變小，輸出電壓下降，達到穩(wěn)壓的目的；當輸出電壓降低時，又進行反向的控制，即經(jīng)過采樣比較后，使腳6輸出脈沖的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在UC3842中所預(yù)先設(shè)定的基準值。在整個過程中，通過UC3842芯片的這種控制方式，使輸出電壓穩(wěn)定在一個預(yù)先設(shè)定的基準值上，形成一個精準的電壓源。
又如圖3所示的具體電路圖，在直流-直流變換模塊中，所述UC3842的3腳與場效應(yīng)管Q1通過采樣功率電阻電連接，其中采樣功率電阻的選取是根據(jù)直流-直流變換器的輸出功率的大小進行確定，一般地，采樣功率電阻的阻值范圍為0.2-2歐。通過所述采樣功率電阻將流過其中的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，由于場效應(yīng)管與變壓器電連接，所以UC3842能夠通過控制場效應(yīng)管Q1完成對變壓器一次側(cè)的電流控制。在變壓器的一次測電路中，在場效應(yīng)管Q1與UC3842之間串有一個采樣功率電阻R7，所述電阻R7將流過其中的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，所述電壓信號作為采樣值經(jīng)限流電阻后反饋到UC3842的3腳，當此電壓高于芯片內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的基準值時，芯片會自動關(guān)斷驅(qū)動信號，即場效應(yīng)管Q1關(guān)斷。此時流過變壓器一次側(cè)的電流減小，并且采樣電阻繼續(xù)采樣的電壓值降低，當繼續(xù)采樣的電壓值低于UC3842內(nèi)部預(yù)先設(shè)定的基準值后，驅(qū)動信號恢復(fù)，即場效應(yīng)管Q1導(dǎo)通，開始進行正常工作。UC3842就是通過這種方式對變壓器一次側(cè)的電流進行控制。
根據(jù)上述的由采樣控制單元控制的單個開關(guān)器件2的直流-直流變換模塊，由于只具有一個開關(guān)器件2，并且在采樣控制單元3的控制下，大大減少了電路控制的復(fù)雜程度，同時也避免了在現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的死區(qū)時間的問題，以及由死區(qū)時間所導(dǎo)致的占空比丟失的問題。
根據(jù)本實用新型提供的直流-直流變換器，所述由采樣控制單元3控制的單個開關(guān)器件2的直流-直流變換模塊經(jīng)過并聯(lián)連接形成本實用新型所述的直流-直流變換器，如圖1所示。多個所述直流-直流變換模塊通過電導(dǎo)線并聯(lián)連接，即多個模塊的所有的輸入端連接形成總輸入端，以及多個模塊的所有的輸出端連接形成總輸出端，因此各個直流-直流變換模塊的輸入電壓相同，輸出電壓也相同，輸出電流疊加。這樣可以滿足直流-直流變換器在大功率情況下工作所需的條件。在實際使用中可以根據(jù)需要，通過調(diào)整直流-直流變換模塊的數(shù)量調(diào)節(jié)輸出功率。所述直流-直流變換模塊可以優(yōu)選為4-10塊。
由于各個直流-直流變換模塊相互獨立，各個模塊在正常工作時都留有功率裕量，因此在個別模塊發(fā)生故障時，剩余的直流-直流變換模塊會自動增大功率以滿足輸出功率的需要，但是單個模塊的最大輸出功率不會超過所設(shè)定的最大值。由于上述原因，個別模塊的故障并不會對直流-直流變換器的輸出有較大的影響，不會影響用電設(shè)備的正常工作，提高了直流-直流變換器的可靠性，同時在對直流-直流變換器進行維修時，也不必要將整個直流-直流變換器進行更換，只需要更換有問題的直流-直流變換模塊即可，在一定程度上便利了直流-直流變換器的維護，降低了維護成本。
更優(yōu)選地，如圖4所示，根據(jù)本實用新型提供的直流-直流變換器，還可以進一步包括一個充電模塊。所述充電模塊的輸入端與直流-直流變換器的輸出端連接，并且充電模塊的輸出端通過二極管與直流-直流變換器的輸出端連接。其中二極管的陰極連接到直流-直流變換器的輸出端，陽極與充電模塊的輸出端連接。
根據(jù)本實用新型提供的直流-直流變換器，還進一步包括充電電池，充電電池輸入端與充電模塊的輸出端和二極管的陽極連接。
所述二極管起隔離作用，用于防止直流-直流變換器的輸出電流流向充電模塊以及充電電池。所述充電模塊可以為現(xiàn)有的充電模塊，優(yōu)選為本實用新型提供的由采樣控制單元3控制的單個開關(guān)器件2的直流-直流變換模塊，與直流-直流變換器及用電設(shè)備之間用電導(dǎo)線連接。
根據(jù)本實用新型提供的優(yōu)選實施例，可以應(yīng)用于車載系統(tǒng)中，在直流-直流變換器對車載用電器供電的同時，所述充電模塊用來長期對車載蓄電池進行充電，使車載蓄電池保持在一個良好的狀態(tài)。同時，在直流-直流變換器中，當直流-直流變換器的輸出電壓大于預(yù)先設(shè)定的基準值時，由于上述采樣控制單元對電路的輸出功率的限制，直流-直流變換器的輸出電壓會急劇下降，當輸出電壓低于充電電池的電壓值時，充電電池會為負載提供瞬時的大電流，通過采樣控制單元對輸出電壓的控制，當輸出電壓達到預(yù)先所設(shè)定的值時，直流-直流變換器又開始恢復(fù)正常工作。
權(quán)利要求1.一種直流-直流變換器，該直流-直流變換器包括變壓器單元、開關(guān)器件、采樣控制單元，其中，所述變壓器單元、開關(guān)器件、采樣控制單元組成直流-直流變換模塊，每個直流-直流變換模塊中的開關(guān)器件為一個；多個所述直流-直流變換模塊并聯(lián)連接；在所述直流-直流變換模塊中，開關(guān)器件與變壓器單元輸入端電連接，采樣控制單元同時與變壓器單元輸出端和開關(guān)器件電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流-直流變換器，其中，所述直流-直流變換模塊的個數(shù)為4-10塊
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流-直流變換器，其中，開關(guān)器件為場效應(yīng)管、三極管或可控硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流-直流變換器，其中，開關(guān)器件為場效應(yīng)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流-直流變換器，其中，采樣控制單元為UC3842、UC3846或UC3856。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流-直流變換器，其中，采樣控制單元為UC3842；所述UC3842的2腳與變壓器輸出端通過分壓器以及光耦進行電連接，3腳與場效應(yīng)管通過采樣功率電阻電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流-直流變換器，其中，該直流-直流變換器還包括充電模塊，所述充電模塊的輸入端與直流-直流變換器的輸出端連接，并且充電模塊的輸出端通過二極管與直流-直流變換器的輸出端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流-直流變換器，其中，所述二極管的陰極與直流-直流變換器的輸出端連接，陽極與充電模塊的輸出端連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的直流-直流變換器，其中，該直流-直流變換器還包括充電電池，充電電池輸入端與充電模塊的輸出端和二極管的陽極連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直流-直流變換器，其中，所述充電電池為車載蓄電池。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或9所述的直流-直流變換器，其中，所述充電模塊為權(quán)利要求1所述的直流-直流變換模塊。
專利摘要一種直流－直流變換器，該直流－直流變換器包括變壓器單元、開關(guān)器件、采樣控制單元，其中，所述變壓器單元、開關(guān)器件、采樣控制單元組成直流－直流變換模塊，每個直流－直流變換模塊中的開關(guān)器件為一個；多個所述直流－直流變換模塊并聯(lián)連接；在所述直流－直流變換模塊中，開關(guān)器件與變壓器單元輸入端電連接，采樣控制單元同時與變壓器單元輸出端和開關(guān)器件電連接。本實用新型提供的大功率直流－直流變換器具有控制簡單，可靠性能高和系統(tǒng)的維護成本低的優(yōu)點，并且還可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)模塊的輸出功率。
文檔編號H02M3/335GK2850129SQ20052010403
公開日2006年12月20日 申請日期2005年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者張建華, 齊俊, 李林, 于宏波 申請人:比亞迪股份有限公司