隔离开关调节变压器波段叠加整流输出电路制造技术

本实用新型专利技术提供了隔离开关调节变压器波段叠加整流输出电路，利用DC/DC变换器整流二极管的单向导通特性，赋予其新的功能，将变压器备用绕组及其串联的备用二极管，通过隔离开关与原整流二极管形成并联关系，而同时也与变压器基础绕组形成串联关系，从而能够在需要时改变输出匝数，使DC/DC变换器能够适应更宽输入电压范围的要求。本实用新型专利技术解决了现阶段宽输入范围DC/DC变换器方案在效率、可靠性和稳定性方面的不足，提供了一种无跳变、高效可靠的隔离开关调节变压器分段整流输出技术方案。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及模拟电子技术DC/DC变换器技术。
技术介绍
随着DC/DC变换器应用范围越来越广泛，对DC/DC变换器适用范围的要求也越来越宽广。宽输入电压范围的DC/DC变换器越来越受到市场用户的欢迎。传统的PWM (脉宽调制)型DC/DC变换器，采用固定匝比的变压器，适用的输入电压范围一般为一倍电压，譬如9V 18V，或者18V 36V，或者36V 72V，如此类推。其变换器以及整流电路，见说明书附图1。“宽输入电压范围”的DC/DC变换器，要求输入电压范围更宽，譬如9V 36V，或者 9V 72V，等等。这样以来，传统的PWM型DC/DC变换器由于受到脉宽调制范围限制，在极限状态(当输入电压处于低端而负载最重时，或输入电压处于高端而空载时)，DC/DC变换器脉宽调制将工作于不稳定的极限窄脉冲(接近0% )或宽脉冲(接近100% )状态，甚至超出PWM控制范围，导致电压跌落或过压的不稳压状况，无法正常工作。为了解决宽输入电压范围问题，一般会使用两种方案方案1 级联方案，即两级DC/DC变换器电路级联。前级是升压型DC/DC变换器。正常输入电压范围时，前级直通(一般有一个二极管的压降)，不工作；当输入电压到达低端范围时，前级启动升压，使后级DC/DC变换器能够工作在正常输入电压范围，保证稳压输出。当然，类似地，还有降压型前级的级联方案，或者混合型级联方案。该方案的缺点，就是DC/DC变换效率低，即使两级DC/DC变换器效率都达到90%， 总的输出也只有8I% (90% X90%)。方案2 变压器绕组分段输出的方案，即根据输入电压范围变化波段，变压器绕组分段接通的解决方案。主要是开关控制变压器绕组分段输出，见说明书附图2。该方案解决了效率问题，但也有一个致命缺点，就是开关转换瞬间伴随有电压跳变。跳变原因，就是转换开关有一个断开一闭合的过程。在这个过程中，在断开以后， 闭合以前，实际还存在了一个完全断开的中间状态。在这个完全断开的中间状态中，PWM控制也处于失控状态。结果，在断开瞬间和闭合瞬间，造成脉宽剧变，形成输出电压跳变。另外，开关结构复杂，体积大，不利于组装成微型DC/DC变换器，也是一个缺点。
技术实现思路
本技术的目的是克服现阶段宽输入范围DC/DC变换器方案的不足，提供一种隔离开关调节变压器波段叠加整流输出电路，无跳变、高效、可靠、微型并可实现宽输入电压范围的DC/DC变换器。本技术的目的主要是通过下述技术方案得以实现的一种隔离开关调节变压器波段叠加整流输出电路，其特征是变压器备用绕组与隔离开关和备用整流二极管串联， 然后与整流二极管并联，同时也与变压器基础绕组形成串联；通过隔离开关调节变压器分段整流输出。其中变压器备用绕组、隔离开关和备用整流二极管三者的串联顺序可以任意改变。其中变压器备用绕组也可以有两个或两个以上。其中隔离开关利用光伏器件、电子继电器或光控开关组成。本技术具有如下优点优点1 效率高。相对于级联式解决方案，本技术利用用变压器波段控制，实际也只是单级DC/ DC变换器，保证了宽输入范围的情况下DC/DC变换器的转换效率。优点2 无电压跳变现象宽输入范围DC/DC变换器用隔离开关调节变压器波段叠加整流输出电路，是在输入电压转换到更大范围时，开关只有一个断开(转入高压范围时)或者闭合(转入低压范围时)的过程，就是说，只有一个单向开(或关)状态的转换过程，而不是先断开，再闭合的两个状态转换过程。这样，就避免了传统的断开一闭合的控制过程中存在的完全断开的中间状态。由于没有完全断开的中间状态，PWM能够持续闭环控制，就避免了电压跳变现象。优点3 具有很高的可靠性与稳定性由于能够根据根据输入电压波段范围变化调整变压器绕组(匝比)，DC/DC变换器能够工作于PWM控制的合适范围，从而保证了工作的可靠性与稳定性。优点4 能够实现微型组装，使DC/DC变换器体积小、重量轻。利用光伏器件组成了一种简单有效的隔离型变压器绕组波段控制开关。与一般 DC/DC变换器相比，在增加了输入范围的情况下，该方案仅仅增加了两个元件，增加了变压器备用绕组，对DC/DC变换器体积影响不大。如果利用混合集成电路工艺，仍然能够实现微型组装，达到体积小、重量轻的目的。优点5 实现变压器多波段控制。增加变压器备用绕组，能够实现三波段或更多变压器波段控制，使DC/DC变换器产品能够适应更大的输入电压范围。见说明书附图5。附图说明图1是一般常见的PWM型DC/DC变换器的变压器次级整流输出模式。图2是常用开关控制变压器绕组分段输出电路。图3是本技术隔离开关调节变压器波段叠加整流输出电路。图4是利用光伏器件组成的一种简单有效的隔离型变压器绕组波段控制开关。图fe是本技术合理推定开关控制变压器三波段整流输出电路。图恥是本技术合理推定开关控制变压器波段叠加整流输出电路。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对技术作进一步地描述。参见说明书附图3。本方案利用整流二极管Dl的单向导通特性，赋予该Dl 二极管新的功能。变压器备用绕组及其串联的备用二极管D2，通过开关Sl (譬如光控隔离开关)与Dl 二极管形成并联关系，而同时也与变压器基础绕组形成串联关系。需要时，譬如宽输入电压转入低压范围时，闭合开关Si，变压器备用绕组N2与原始绕组m串联叠加，输出次级绕组变多，也就是改变了变压器匝比，DC/DC变换器的PWM调制脉宽将回落进入合理范围。注意，所谓“合理范围”，是指在任何情况下，包括当输入电压处于最低端而负载最重时，或输入电压处于最高端而空载时，PWM控制器都能够稳定正常工作的调制脉宽范围，通常在10% 90%。当然。有些PWM器件本身的调制脉宽范围为0 50%，则其合理范围通常为5 45%。我们知道，工作脉冲波形，可以分解为高电平(正向)阶段和低电平(反向)阶段。在正向阶段时，变换器串联叠加的次级绕组通过二极管D2向负载供电。此时，备用绕组的正向电压使Dl反偏，不导通，Dl不再有整流作用，该整流功能由二极管D2完成。而反向时，电感Ll通过二极管D3向负载供电(所谓续流阶段)，D2又不导通，因此，也不会产生备用绕组短路的问题。如此以来，本方案就成功地消除了变压器绕组分段输出方案的弊端，即消除了断开一闭合过程的断开阶段，只有一个闭合(转入低压范围时)或断开(转入高压范围时) 过程的转换方案，这个单向开关转换的过程中，由于Dl的存在，PWM处于持续受控状态。注意，上述过程是正激式D⑶C变换器的情况。反激式的情况可以类推。应用本技术的隔离开关调节变压器波段叠加整流输出电路方案，组成的宽输入范围DC/DC变换器原理电路图，见说明书附图6。采用厚膜混合集成电路工艺组装的DC/DC变换器具体参数1输入电压范围8V 50V ；2输出电压12V3输出电流3A4 输出纹波50mV;5电压调整率50mV ；6负载调整率IOOmV ；7 效率90%;8 外观尺寸49 X 34X IOmm权利要求1.一种隔离开关调节变压器波段叠加整流输出电路，其特征是变压器备用绕组(N2) 与隔离开关(Si)和备用整流二极管(D2)串联，然后与整流二极管(Dl)并联，同时也与变压器基础绕组(Ni)形成串联；通过隔离开关(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡元，毛国华，姜耀升，
申请(专利权)人：陕西华经微电子股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：