一种自振荡型隔离DC-DC变换器电路拓扑制造技术

一种新颖DC-DC变换器电路拓扑，它是以可饱和磁芯变压器与电压控制型功率半导体开关器件为核心，组成的自激振荡型DC-DC变换器电路拓扑，通过引入一个耦合电感与可饱和磁芯变压器进行原边串联，同时，将耦合电感与可饱和磁芯变压器通过输出整流二极管进行副边并联，实现了耦合电感与可饱和磁芯变压器的交替互补输出，优化了主功率回路所有磁性元件的使用条件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种新颖DC-DC变换器电路拓扑，它是以可饱和磁芯变压器与电压控制型功率半导体开关器件为核心，组成的自激振荡型DC-DC变换器电路拓扑，通过引入一个耦合电感与可饱和磁芯变压器进行原边串联，同时，将耦合电感与可饱和磁芯变压器通过输出整流二极管进行副边并联，实现了耦合电感与可饱和磁芯变压器的交替互补输出，优化了主功率回路所有磁性元件的使用条件。【专利说明】—种自振荡型隔离DC-DC变换器电路拓扑
本技术涉及将一种直流电源隔离变换成另一种直流电源的功率电子电路。
技术介绍
DC-DC变换器是利用高频功率转换技术实现将一种直流电源变换成另一种直流电源的功率电子电路。通过将功率半导体高速开关器件与储能电子元件(电感元件和电容元件)进行适当组合，形成不同的电路变换拓扑，可使DC-DC变换器实现不同的直流电源变换功能。经过几十年的不断发展和推陈出新，各种高效率、高性能的DC-DC变换器电路拓扑层出不穷。新型功率半导体开关器件，新型磁性新材料的不断涌现是DC-DC变换器及其电路拓扑改进的重要推动力。为了不断提高功率转换器的效率，提高功率转换器的功率密度，一个行之有效的方法是适当地提高DC-DC变换器的开关频率，进而通过改进开关电路拓扑，实现电路的软开关运行，达到使DC-DC变换器高效运行，且体积小重量轻的目标。
技术实现思路
为了使DC-DC变换器不仅要高效率运行，还要体积小重量轻，人们不仅积极引用新的半导体开关器件和新的储能元件，还从拓扑结构上谋求创新，使开关器件与储能元件能够在各自的特性上紧密配合，相得益彰。本技术专利正是基于这样的思路，提出一种新的自激振荡型DC-DC变换电路拓扑。传统自激振荡型DC-DC变换器电路拓扑见说明书附图1。 该电路利用可饱和磁芯，既做主隔离变压器，同时又与主开关器件组合而成一个自激振荡单元，实现功率电路的自振荡运行；此外，附加一个调节绕组，可实现对输出参数的实时调节。该电路的优点:电路结构非常简单；可饱和磁芯与主功率开关结合形成了电路的软开关运行；不仅节省了主控制芯片，还使得主开关器件始终处于软开关工作状态，从而导致电源效率提高，电磁干扰降低；由于无主控制芯片，该电路更能适应恶劣环境下的运行。 基于功率流的观点，该拓扑的两个主要磁性元件实际上处于串联运行状态，功率流的传递不仅先要全额通过可饱和磁芯主变压器，还要进而全额通过输出滤波电感，这样不仅加大了磁性器件的损耗，还提高了对主功率回路磁性元件的容量要求，使主功率回路的两个主要磁性元件的性能不能得到充分发挥，导致电源整体体积明显增加。 本技术提出对该拓扑的改进，见说明书附图2。 在新的建议的电路拓扑中，将输出回路的电感改为耦合电感并配置到输入端与可饱和磁芯主变压器串联连接。这样的配置使得两个磁性元件在一个开关周期内交替地吞吐总的功率流，处于并联运行状态，从而克服了传统自激振荡型DC-DC变换电路的缺陷。不仅如此，由于两个主回路磁元件与主功率开关器件串联，容易形成适当的漏电感，代替开关谐振电感，这进一步减少了主回路磁元件的数量。另外，将输出电感用新拓扑中的耦合电感代替，使磁芯由原来仅工作在B-H曲线第一象限，变成工作在B-H曲线第一、三象限，这使得电感的非饱和工作区间扩大了一倍以上，意味着可以用较小的磁芯，替代较大的磁芯，进一步提高了磁性材料的使用效率。 【专利附图】【附图说明】 附图1.是已有的自谐振隔离DC-DC变换器拓扑。Trl是基于可饱和磁芯绕制的高频变压器；Q1是电压控制型功率半导体开关器件(M0SFET或IGBT) ；C1是输入滤波电容，同时为原边功率回路提供高频通路；C2与L2形成原边主功率回路开关换向的辅助谐振回路，并为Trl提供原边磁通复位；D1、D2、L2和C3组成标准正激变换器输出整流滤波电路。 附图2.是建议的自谐振隔离DC-DC变换器拓扑。Trl是基于可饱和磁芯绕制的高频变压器；Tr2是基于常规磁芯绕制的高频耦合电感器；Q1是电压控制型功率半导体开关器件(M0SFET或IGBT) ;C1是输入滤波电容，同时为原边功率回路提供高频通路；C2与Trl、Tr2的原边漏电感形成原边主功率回路开关换向的辅助谐振回路，并为Trl、Tr2提供原边磁通复位；D1、D2和C3组成二极管+电容的钳位输出整流滤波电路。 【具体实施方式】 在说明书附图2中，Cl是输入电容并提供高频变换电路主回路开关信号的高频通路；Trl是带有可饱和磁芯的主变压器，提供开关电源输入端与输出端的隔离和前向能量传输，同时利用可饱和磁芯交替地运行在饱和与非饱和状态，控制主功率开关器件的关断与导通，通过一个辅助绕组可调节可饱和磁芯的状态，从而调节开关电源的占空比，实现对电源输出参数的调节；Tr2是耦合电感，在一个开关周期中，当主功率开关导通时，它储存能量，当主功率开关关断时，其储能通过耦合电感副边被直接释放到输出端，与主变压器实现互补式输出；Q1是功率MOSFET或IGBT，作为主功率开关器件，通过其高速开关动作，将输入直流电源斩波为高频方波信号，并通过主变压器和耦合电感的磁耦合作用将电功率以隔离方式高效地传输到电源输出端，同时，Ql与Trl稱合形成电开关与磁开关的无稳震荡，构成自激振荡型DC-DC变换电路的核心控制单元；C2是谐振电容，它与Trl和Tr2原边侧串联支路的合成漏电感形成谐振槽路，辅助Ql与Trl状态变换，使之成为软开关状态变换；D1、D2和C3形成输出整流滤波器，将Trl和Tr2输出的相位互补高频方波信号变换成直流输出信号，同时Dl、D2和C3形成电压-电容钳位电路，辅助Trl和Tr2实现功率变换。【权利要求】1.一种DC-DC变换器电路拓扑，它是由一个可饱和磁芯变压器(Trl)、一个耦合电感(Tr2)、一个压控型功率半导体开关器件(Ql)、一个谐振电容(C2)、一个输入及高频滤波电容(Cl)、两个高频二极管和高频输出电容(D1、D2、C3)组成，其特征是:一个耦合电感(Tr2)与一个可饱和磁芯变压器(Trl)的原边直接串联连接；耦合电感(Tr2)反相后与可饱和磁芯变压器(Trl)的副边通过输出二极管(D1、D2)并联连接。【文档编号】H02M3/335GK203951365SQ201320506053【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日 【专利技术者】罗晓泉 申请人:罗晓泉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC‐DC变换器电路拓扑，它是由一个可饱和磁芯变压器(Tr1)、一个耦合电感(Tr2)、一个压控型功率半导体开关器件(Q1)、一个谐振电容(C2)、一个输入及高频滤波电容(C1)、两个高频二极管和高频输出电容(D1、D2、C3)组成，其特征是：一个耦合电感(Tr2)与一个可饱和磁芯变压器(Tr1)的原边直接串联连接；耦合电感(Tr2)反相后与可饱和磁芯变压器(Tr1)的副边通过输出二极管(D1、D2)并联连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓泉，
申请(专利权)人：罗晓泉，
类型：新型
国别省市：北京;11