一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路制造技术

本发明专利技术涉及一种DC‑DC电源变换器拓扑结构电路，包括依次连接的推挽式电源变换器输入电路、变压器和推挽式电源变换器输出电路，以及连接推挽式电源变换器输入电路的串联式变换器电路，输入电压连接变压器，负载连接推挽式电源变换器输出电路的输出端，输入电压经推挽式电源变换器输入电路、变压器传递至推挽式电源变换器输出电路，经推挽式电源变换器输出电路整形后得到输出直流电压，串联式变换器电路检测输出电压的变化，并实时调整自身的导通与截止的时间占比，进而调整推挽式电源变换器输入电路的直流电压以实现稳定输出。与现有技术相比，本发明专利技术满足超宽输入电压范围内输出高质量电源的要求，结构简单、易于控制、性能优异、成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路
本专利技术涉及一种DC-DC电源电路，尤其是涉及一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路。
技术介绍
目前DC/DC隔离开关电源所用的拓扑结构有反激式和正激式两大类。反激式开关电源输出电源质量较差；正激式中推挽式开关电源输出电源质量较好，但输入、输出调节范围小；单端正激式开关电源，输入电压范围较大，但输出电源质量差；桥式开关电源输出功率大，但控制电路复杂，且输出电源质量较差。上述几种电源拓扑结构均无法满足在超宽输入电压输入范围内输出高质量电源的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路，满足超宽输入电压范围内输出高质量电源的要求，具有结构简单、易于控制、性能优异、成本低廉等优点。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路包括依次连接的推挽式电源变换器输入电路、变压器和推挽式电源变换器输出电路，以及连接推挽式电源变换器输入电路的串联式变换器电路，输入电压连接变压器，负载连接推挽式电源变换器输出电路的输出端；所述变压器包括分开缠绕在磁芯上的初级绕组N1和次级绕组N2，所述初级绕组N1的中间点连接输入电压端+Vin，所述次级绕组N2连接推挽式电源变换器输出电路的输入端；所述推挽式电源变换器输入电路包括多谐振荡器U1、NMOS管Q1、Q2，所述多谐振荡器U1的正脉冲输出端连接NMOS管Q1的栅极，多谐振荡器U1的负脉冲输出端连接NMOS管Q2的栅极，所述NMOS管Q1的源极和NMOS管Q2的源极均连接参考电流端E，NMOS管Q1的漏极连接初级绕组N1的一端，所述NMOS管Q2的漏极连接初级绕组N1的另一端；所述串联式变换器电路包括电流型脉宽调制器U2、NMOS管Q3、电容C1、电感L1、二极管V2和电阻R1、R2、R*、RS，所述电阻R1的一端连接输入电压端+Vin，电阻R1的另一端分别连接电流型脉宽调制器U2的直流电源供电端和电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端分别连接电流型脉宽调制器U2的反馈电压输入端和电阻R*的一端，所述电阻R*的另一端连接参考地，所述电流型脉宽调制器U2的推挽输出端连接NMOS管Q3的栅极，电流型脉宽调制器U2的电流检测输入端分别连接NMOS管Q3的源极和电阻RS的一端，所述电阻RS的另一端连接参考地，所述NMOS管Q3的漏极分别连接电感L1的一端和二极管V2的正极，所述电感L1的另一端分别连接电容C1的一端和参考电流端E，所述电容C1的另一端分别连接二极管V2的负极和输入电压端+Vin。所述电流型脉宽调制器U2的频率是多谐振荡器U1的频率的两倍，通电后，输入电压的直流波形经推挽式电源变换器输入电路转换成正负半周交替变化的方波，再由变压器传递至推挽式电源变换器输出电路，经推挽式电源变换器输出电路整形后得到输出直流电压，串联式变换器电路检测输出电压的变化，并根据输出电压的变化实时调整自身的导通与截止的时间占比，进而调整推挽式电源变换器输入电路的直流电压以实现稳定输出。所述串联式变换器电路还包括辅助电源电路，所述辅助电源电路连接电流型脉宽调制器U2的直流电源供电端。所述辅助电源电路包括次级绕组N3、二极管V1和电容C3，所述次级绕组N3缠绕在与初级绕组N1对应的磁芯上，次级绕组N3的一端分别连接电容C3的一端和参考地，次级绕组N3的另一端连接二极管V1的正极，所述二极管V1的负极分别连接电容C3的另一端和电流型脉宽调制器U2的直流电源供电端，二极管V1的负极还经电阻R2连接电流型脉宽调制器U2的电压反馈端。所述推挽式电源变换器输出电路包括整流电路和滤波电路，所述整流电路的输入端连接次级绕组N2，整流电路的输出端连接滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端连接负载。所述整流电路包括二极管V3、V4，所述次级绕组N2的中间点连接地端，次级绕组N2的一端连接二极管V3的正极，次级绕组N2的另一端连接二极管V4的正极，所述二极管V3的负极和二极管V4的负极均连接滤波电路的输入端。所述滤波电路包括电感L2和电容C2，所述电感L2的一端连接整流电路的输出端，电感L2的另一端分别连接电容C2的一端和负载的一端，所述电容C2的另一端和负载的另一端均连接地端。所述电流型脉宽调制器输出脉宽在0～100％范围内可调的电压方波信号。所述输入电压的最高值和最低值之比为10:1。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)本专利技术设计了推挽式与串联式的电源变换组合，推挽式变换器输入电路负责将输入电压极性转换成正负半周交替变化的方波并由变压器传递至电源输出电路，串联式变换器电路主要负责检测输出电压的变化及时调整Q3导通与截止的时间占比，使输出电压不随输入电压及负载变化而变化，从而实现输出稳定，本专利技术结构简单，易于控制，性能优异，且成本低廉，非常适合在输入变化大，输出要求高的精密测量仪表中使用。2)本专利技术还设计了辅助电源电路，初级绕组N1产生电磁感应将能量转移至辅助电源电路的次级绕组N3及输出，辅助电源电路输出电压整流成直流电压为U2等进行持续供电，辅助电源电路是开关电源中的非常重要的组成部分，将影响到整个电源的性能，在满足可靠性的前提下，具有设计简单、轻巧和经济的优点，另一方面，辅助电源电路的设计中其输出端接至电压反馈端，具有实时检测输出电压变化的功能。3)本专利技术中变压器采用降压变压器，融合了推挽式及串联式电源变换器的优良品质，称之为混合式DC/DC电源变换器拓扑结构，在超宽达10:1输入电压时，通过串联式变换器产生的稳定电源作为推挽式变换器供电电源，因此能得到可与线性电源指标媲美的高稳定、极低纹波的输出电压，满足超宽输入电压范围内输出高质量电源的要求。4)本专利技术由于使用了脉冲占空比0～100％可调的脉宽调制器，保证了电源在超宽范围输入电压变化的条件下能够正常工作，保证了输出的稳定。附图说明图1为本专利技术电路的拓扑结构图；图2a为本专利技术电路的等效示意图；图2b为图2a的简化等效示意图；图3为本专利技术电路工作时的各电路输出波形图；图4为电流型脉宽调制器U2输出电压与电容C1两端电压的波形对比图；图5为无电容C1、电感L1且输入电压较低时输出电压波形图；图6为无电容C1、电感L1且输入电压较高时输出电压波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路包括依次连接的推挽式电源变换器输入电路、变压器和推挽式电源变换器输出电路，以及连接推挽式电源变换器输入电路的串联式变换器电路，输入电压连接变压器，负载RL连接推挽式电源变换器输出电路的输出端，下面对各电路进行具体说明：1)变压器包括分开缠绕在磁芯上的初级绕组N1和次级绕组N2，初级绕组N1的中间点连接输入电压端+Vin，次级绕组N2连接推挽式电源变换器输出电路的输入端。2)推挽式电源变换器输入电路包括多谐振荡器U1、NMOS管Q1、Q2，多谐振荡器U1的正脉冲输出端Q连接NMOS管Q1的栅极，多谐振荡器U1的负脉冲输出端Q连接NMOS管Q2的栅极，NMOS管Q1的源极和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC‑DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，包括依次连接的推挽式电源变换器输入电路、变压器和推挽式电源变换器输出电路，以及连接推挽式电源变换器输入电路的串联式变换器电路，输入电压连接变压器，负载连接推挽式电源变换器输出电路的输出端；所述变压器包括分开缠绕在磁芯上的初级绕组N1和次级绕组N2，所述初级绕组N1的中间点连接输入电压端+Vin，所述次级绕组N2连接推挽式电源变换器输出电路的输入端；所述推挽式电源变换器输入电路包括多谐振荡器U1、NMOS管Q1、Q2，所述多谐振荡器U1的正脉冲输出端连接NMOS管Q1的栅极，多谐振荡器U1的负脉冲输出端连接NMOS管Q2的栅极，所述NMOS管Q1的源极和NMOS管Q2的源极均连接参考电流端E，NMOS管Q1的漏极连接初级绕组N1的一端，所述NMOS管Q2的漏极连接初级绕组N1的另一端；所述串联式变换器电路包括电流型脉宽调制器U2、NMOS管Q3、电容C1、电感L1、二极管V2和电阻R1、R2、R*、RS，所述电阻R1的一端连接输入电压端+Vin，电阻R1的另一端分别连接电流型脉宽调制器U2的直流电源供电端和电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端分别连接电流型脉宽调制器U2的反馈电压输入端和电阻R*的一端，所述电阻R*的另一端连接参考地，所述电流型脉宽调制器U2的推挽输出端连接NMOS管Q3的栅极，电流型脉宽调制器U2的电流检测输入端分别连接NMOS管Q3的源极和电阻RS的一端，所述电阻RS的另一端连接参考地，所述NMOS管Q3的漏极分别连接电感L1的一端和二极管V2的正极，所述电感L1的另一端分别连接电容C1的一端和参考电流端E，所述电容C1的另一端分别连接二极管V2的负极和输入电压端+Vin。...

【技术特征摘要】
1.一种DC-DC电源变换器拓扑结构电路，其特征在于，包括依次连接的推挽式电源变换器输入电路、变压器和推挽式电源变换器输出电路，以及连接推挽式电源变换器输入电路的串联式变换器电路，输入电压连接变压器，负载连接推挽式电源变换器输出电路的输出端；所述变压器包括分开缠绕在磁芯上的初级绕组N1和次级绕组N2，所述初级绕组N1的中间点连接输入电压端+Vin，所述次级绕组N2连接推挽式电源变换器输出电路的输入端；所述推挽式电源变换器输入电路包括多谐振荡器U1、NMOS管Q1、Q2，所述多谐振荡器U1的正脉冲输出端连接NMOS管Q1的栅极，多谐振荡器U1的负脉冲输出端连接NMOS管Q2的栅极，所述NMOS管Q1的源极和NMOS管Q2的源极均连接参考电流端E，NMOS管Q1的漏极连接初级绕组N1的一端，所述NMOS管Q2的漏极连接初级绕组N1的另一端；所述串联式变换器电路包括电流型脉宽调制器U2、NMOS管Q3、电容C1、电感L1、二极管V2和电阻R1、R2、R*、RS，所述电阻R1的一端连接输入电压端+Vin，电阻R1的另一端分别连接电流型脉宽调制器U2的直流电源供电端和电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端分别连接电流型脉宽调制器U2的反馈电压输入端和电阻R*的一端，所述电阻R*的另一端连接参考地，所述电流型脉宽调制器U2的推挽输出端连接NMOS管Q3的栅极，电流型脉宽调制器U2的电流检测输入端分别连接NMOS管Q3的源极和电阻RS的一端，所述电阻RS的另一端连接参考地，所述NMOS管Q3的漏极分别连接电感L1的一端和二极管V2的正极，所述电感L1的另一端分别连接电容C1的一端和参考电流端E，所述电容C1的另一端分别连接二极管V2的负极和输入电压端+Vin；所述电流型脉宽调制器U2的频率是多谐振荡器U1的频率的两倍，通电后，输入电压的直流波形经推挽式电源变换器输入电路转换成正负半周交替变化的方波，再由变压器传递至推挽式电源变换器输出电路，经推挽式电源变换器输出电路整形后得到输出电压，串联式变换器电路检测输出电压的变...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长远，姚金超，房千里，余小红，代萌，郭晓旭，
申请(专利权)人：上海铁路通信有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31