專利名稱：一種寬范圍高壓輸出變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
ー種寬范圍高壓輸出變換器本實(shí)用新型涉及DC-DC變換電路，尤其涉及ー種寬范圍高壓輸出變換器。由于受現(xiàn)有高壓ニ極管器件性能的影響，對(duì)于高壓輸出開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，輸出整流ニ極管的反向恢復(fù)引起的損耗占整體損耗很大比例，嚴(yán)重制約著高壓輸出開(kāi)關(guān)電源效率的提升。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的諧振變換電路，在開(kāi)關(guān)頻率略低于諧振頻率的工作狀態(tài)下，輸出整流ニ極管可以實(shí)現(xiàn)完全的軟恢復(fù)特性，將反向恢復(fù)損耗降低到接近于零。同吋，諧振變換電路還實(shí)現(xiàn)了原邊開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)，進(jìn)一歩降低了電路的損耗，整體變換效率很高。但是，諧振變換電路是通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓控制的，對(duì)于寬范圍高壓輸出電源來(lái)說(shuō)，在某些輸出電壓條件下，不能滿足開(kāi)關(guān)頻率低于諧振頻率的條件，輸出整流ニ極管仍然存在很大的反向恢復(fù)損耗。另外，相對(duì)于PWM控制電路，這種PFM(Pulse frequencymodulation，脈沖頻率調(diào)制)控制電路在寬范圍輸出情況下的閉環(huán)環(huán)路特性較差，控制復(fù) 雜，輸出電壓的穩(wěn)定性不好。Buck降壓變換器是最基本的開(kāi)關(guān)電源電路之一，具有器件少，控制簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)。對(duì)于寬范圍高壓輸出電源來(lái)說(shuō)，較低電壓輸出時(shí)如果還保持整個(gè)輸出功率恒定，那么整個(gè)變換器中的電流較大，損耗増加。Buck降壓變換器由于電路器件少產(chǎn)生的額外損耗就少，很適合于寬范圍輸出電源。另外，如果Buck降壓變換器錯(cuò)相工作，還可以大大降低輸出端的紋波電流，減小了濾波電感的體積，進(jìn)ー步提升了變換效率。但是，Buck降壓變換器是ー種非隔離電路，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電氣隔離，因此不能滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合的需要。本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高效率、輸出電流紋波小的寬范圍高壓輸出變換器。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，一種寬范圍高壓輸出變換器，包括前級(jí)諧振變換電路和后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路，前級(jí)諧振變換電路的輸入端與輸入直流母線耦合，輸出端作為后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路的輸入端；后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路的輸出端與輸出直流母線耦合。以上所述的寬范圍高壓輸出變換器，前級(jí)諧振變換電路為開(kāi)環(huán)電路，后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路為閉環(huán)電路。所述的諧振變換電路可以是串聯(lián)諧振變換電路、并聯(lián)諧振變換電路或串并聯(lián)諧振變換電路；所述的諧振變換電路可以是全橋、半橋或三電平結(jié)構(gòu)。所述的寬范圍高壓輸出變換器，所述后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路包括錯(cuò)相工作、相互并聯(lián)的至少兩個(gè)降壓變換電路。以上所述的寬范圍高壓輸出變換器，所述諧振變換電路是全橋串聯(lián)諧振變換電路，包括全橋電路、諧振電路、變壓器、整流電路和中間濾波電容；[0010]全橋電路包括第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管，全橋電路的輸入端接輸入直流母線； 諧振電路包括諧振電感、諧振電容和并聯(lián)電感，所述的諧振電感和諧振電容與變壓器原邊繞組串聯(lián)，所述的并聯(lián)電感與變壓器原邊繞組并聯(lián)；所述諧振電感、諧振電容、變壓器原邊繞組組成的串聯(lián)電路的兩端接所述全橋電路的兩個(gè)中點(diǎn)；其中，并聯(lián)電感是實(shí)際器件或變壓器的激磁電感，諧振電感是實(shí)際器件或變壓器的漏感；整流電路包括第一整流ニ極管、第二整流ニ極管、第三整流ニ極管、第四整流ニ極管，4個(gè)整流ニ極管組成全橋整流電路；所述該全橋整流電路的輸入端接變壓器副邊繞組，中間濾波電容的兩端分別接全橋整流電路的兩個(gè)輸出端。以上所述的寬范圍高壓輸出變換器，所述的后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路包括輸出濾波電容和錯(cuò)相工作、相互并聯(lián)的至少兩個(gè)降壓變換電路；所述的降壓變換電路包括功率開(kāi)關(guān)管、續(xù)流ニ極管和濾波電感，功率開(kāi)關(guān)管的輸入端與前級(jí)諧振變換電路輸出端的正極相連，輸出端與濾波電感的第一端相連，濾波電感的第二端接輸出直流母線正扱；續(xù)流ニ極管的陽(yáng)極接輸出直流母線負(fù)極、陰極接功率開(kāi)關(guān)管的輸出端；輸出濾波電容的一端接輸出直流母線正極，另一端接輸出直流母線負(fù)扱。本實(shí)用新型寬范圍高壓輸出變換器結(jié)合了諧振變換電路高效隔離電能變換以及錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路效率高、控制簡(jiǎn)單、輸出紋波電流小和易于實(shí)現(xiàn)寬范圍輸出的特點(diǎn)，構(gòu)造了一種整體高效率的寬范圍高壓輸出變換電路。
以下結(jié)合附圖
和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步詳細(xì)的說(shuō)明。圖I是本實(shí)用新型寬范圍高壓輸出變換器實(shí)施例I的原理圖。圖2是本實(shí)用新型寬范圍高壓輸出變換器實(shí)施例2的原理圖。圖3是本實(shí)用新型寬范圍高壓輸出變換器實(shí)施例3的原理圖。本實(shí)用新型寬范圍高壓輸出變換器實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括前級(jí)諧振變換電路I和后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路2。前級(jí)諧振變換電路I的輸入端接輸入直流母線，輸出端作為后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路2的輸入端，后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路2的輸出端接輸出直流母線。前級(jí)諧振變換電路I開(kāi)環(huán)工作，起到隔離輸入電壓的目的，后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路2閉環(huán)工作，將前級(jí)諧振變換電路I的輸出電壓穩(wěn)定為最終的輸出電壓。本實(shí)用新型以下實(shí)施例中后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路都以2個(gè)降壓變換電路并聯(lián)為例，但在實(shí)際應(yīng)用中可以采用多個(gè)降壓變換電路并聯(lián)工作。諧振變換電路I是全橋串聯(lián)諧振變換電路，包括ー個(gè)全橋電路、一個(gè)諧振電路、一個(gè)變壓器T11、ー個(gè)整流電路和ー個(gè)中間濾波電容C11。全橋電路包括第一開(kāi)關(guān)管Q11、第二開(kāi)關(guān)管Q12、第三開(kāi)關(guān)管Q13、第四開(kāi)關(guān)管Q14，該全橋電路的輸入耦合至輸入直流母線。諧振電路包括串聯(lián)的諧振電感Lr、諧振電容Cr和并聯(lián)電感Lm。并聯(lián)電感Lm與變壓器Tll原邊繞組耦合，串聯(lián)電路的兩端分別與全橋電路的兩個(gè)中點(diǎn)耦合。整流電路包括第一整流ニ極管Dll、第二整流ニ極管D12、第三整流ニ極管D13、第四整流ニ極管D14，四個(gè)ニ極管組成全橋整流電路。其全橋整流電路的輸入與變壓器Tll的副邊繞組耦合，全橋整流電路的輸出則與中間濾波電容Cl I耦合。后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路包括第一降壓變換電路21、第二降壓變換電路22以及輸出濾波電容Co。第一降壓變換電路21包括功率開(kāi)關(guān)管Q21、續(xù)流ニ極管D21以及濾波電感L21。功率開(kāi)關(guān)管Q21的輸入端與中間濾波電容Cll的正極相連，輸出端與續(xù)流ニ極管D21的陰極、濾波電感L21的一端相連；續(xù)流ニ極管D21的陽(yáng)極與中間濾波電容Cll的負(fù)極、輸出濾波電容Co的負(fù)極相連；第一濾波電感L21的另一端與輸出濾波電容Co的正極相連。第二降壓變換電路22包括功率開(kāi)關(guān)管Q22、續(xù)流ニ極管D22以及濾波電感L22。功率開(kāi)關(guān)管Q22的輸入端與中間濾波電容Cll的正極相連，輸出端與續(xù)流ニ極管D22的陰極、濾波電感L22的一端相連；續(xù)流ニ極管D22的陽(yáng)極與中間濾波電容Cll的負(fù)極、輸出濾波電 容Co的負(fù)極相連；濾波電感L22的另一端與輸出濾波電容Co的正極相連。輸出濾波電容Co連接在輸出直流母線之間。在實(shí)際應(yīng)用中，并聯(lián)電感Lm可以是實(shí)際的器件也可以是變壓器的激磁電感，諧振電感Lr可以是實(shí)際的器件也可以是變壓器的漏感。本實(shí)用新型的諧振變換電路可以是串聯(lián)諧振變換電路、并聯(lián)諧振變換電路或串并聯(lián)諧振變換電路，可以是全橋、半橋或三電平結(jié)構(gòu)。圖2所示的本實(shí)用新型實(shí)施例是在實(shí)施例I的基礎(chǔ)上諧振電路結(jié)構(gòu)改用了對(duì)稱半橋電路結(jié)構(gòu)形式。圖3所示的本實(shí)用新型實(shí)施例是在實(shí)施例I的基礎(chǔ)上諧振電路結(jié)構(gòu)改用了三電平電路結(jié)構(gòu)形式。本實(shí)用新型寬范圍高壓輸出變換器采用兩級(jí)變換結(jié)構(gòu)。第一級(jí)電路實(shí)現(xiàn)電路的電氣隔離，采用高效率的諧振變換形式，實(shí)現(xiàn)了輸入電壓到輸出中間高電壓的變換，控制上采用開(kāi)環(huán)控制的方式，始終保持開(kāi)關(guān)頻率略低于諧振頻率，滿足了輸出整流ニ極管實(shí)現(xiàn)軟恢復(fù)的條件，消除了反向恢復(fù)損耗。同時(shí)，該諧振變換電路恒定輸出高壓，在恒功率輸出情況下不論最終輸出電壓是多少，都保證了流經(jīng)電路的電流在一個(gè)較小的水平，減小了器件損耗。因此，這ー級(jí)諧振變換電路的效率是很高的。第二級(jí)電路實(shí)現(xiàn)輸出電壓的寬范圍調(diào)節(jié)，采用結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的Buck降壓電路形式，將中間高電壓變換為最終的輸出電壓。由于Buck降壓電路器件少，所以在寬范圍輸出情況下都能保持較低的損耗和較高的變換效率。采用錯(cuò)相并聯(lián)工作的電路形式，則降低了輸出紋波電流，減小了輸出濾波電感的體積，進(jìn)ー步提升了電路的整體轉(zhuǎn)換效率。綜合考慮，對(duì)于寬范圍高壓輸出電源來(lái)講，雖然増加了一級(jí)變換，但由于兩級(jí)變換器都具有很高的變換效率，因此整體變換效率還是比單級(jí)變換效率高ー些。同吋，電路的整體損耗更加分散，有利于器件的散熱，這在某些自然散熱的應(yīng)用場(chǎng)合也是非常重要的。本實(shí)用新型是通過(guò)以上實(shí)施例進(jìn)行描述的，本技術(shù)領(lǐng)域人員知悉，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍情況下，可以對(duì)這些特征進(jìn)行等效替換或改變。因此，本實(shí)用新型不受上述公開(kāi)的實(shí)施例的限制，所有落入本實(shí)用新型權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施例都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.ー種寬范圍高壓輸出變換器，其特征在于，包括前級(jí)諧振變換電路和后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路，前級(jí)諧振變換電路的輸入端與輸入直流母線耦合，輸出端作為后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路的輸入端；后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路的輸出端與輸出直流母線耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬范圍高壓輸出變換器，其特征在于，前級(jí)諧振變換電路為開(kāi)環(huán)電路，后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路為閉環(huán)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬范圍高壓輸出變換器，其特征在于，所述的諧振變換電路是串聯(lián)諧振變換電路、并聯(lián)諧振變換電路或串并聯(lián)諧振變換電路；所述的諧振變換電路是全橋、半橋或三電平結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬范圍高壓輸出變換器，其特征在于，所述后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路包括錯(cuò)相工作、相互并聯(lián)的至少兩個(gè)降壓變換電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬范圍高壓輸出變換器，其特征在于，所述諧振變換電路是全橋串聯(lián)諧振變換電路，包括全橋電路、諧振電路、變壓器、整流電路和中間濾波電容； 全橋電路包括第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管、第四開(kāi)關(guān)管，全橋電路的輸入端接輸入直流母線； 諧振電路包括諧振電感、諧振電容和并聯(lián)電感，所述的諧振電感和諧振電容與變壓器原邊繞組串聯(lián)，所述的并聯(lián)電感與變壓器原邊繞組并聯(lián)；所述諧振電感、諧振電容、變壓器原邊繞組組成的串聯(lián)電路的兩端接所述全橋電路的兩個(gè)中點(diǎn)；其中，并聯(lián)電感是實(shí)際器件或變壓器的激磁電感，諧振電感是實(shí)際器件或變壓器的漏感； 整流電路包括第一整流ニ極管、第二整流ニ極管、第三整流ニ極管、第四整流ニ極管，4個(gè)整流ニ極管組成全橋整流電路；所述該全橋整流電路的輸入端接變壓器副邊繞組，中間濾波電容的兩端分別接全橋整流電路的兩個(gè)輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬范圍高壓輸出變換器，其特征在于，所述的后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路包括輸出濾波電容和錯(cuò)相工作、相互并聯(lián)的至少兩個(gè)降壓變換電路； 所述的降壓變換電路包括功率開(kāi)關(guān)管、續(xù)流ニ極管和濾波電感，功率開(kāi)關(guān)管的輸入端與前級(jí)諧振變換電路輸出端的正極相連，輸出端與濾波電感的第一端相連，濾波電感的第ニ端接輸出直流母線正扱；續(xù)流ニ極管的陽(yáng)極接輸出直流母線負(fù)極、陰極接功率開(kāi)關(guān)管的輸出端； 輸出濾波電容的一端接輸出直流母線正極，另一端接輸出直流母線負(fù)扱。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種寬范圍高壓輸出變換器，包括前級(jí)諧振變換電路和后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路，前級(jí)諧振變換電路的輸入端與輸入直流母線耦合，輸出端作為后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路的輸入端；后級(jí)錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路的輸出端與輸出直流母線耦合。本實(shí)用新型結(jié)合了諧振變換電路高效隔離電能變換以及錯(cuò)相并聯(lián)降壓變換電路效率高、控制簡(jiǎn)單、輸出紋波電流小和易于實(shí)現(xiàn)寬范圍輸出的特點(diǎn)，構(gòu)造了一種整體高效率的寬范圍高壓輸出變換電路。
文檔編號(hào)H02M3/338GK202424533SQ20112038221
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者陳利強(qiáng), 高軍 申請(qǐng)人:深圳麥格米特電氣股份有限公司