一种宽范围变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及高频开关电源。一种宽范围变换器，包括一变压器，变压器的原边侧设有一输入电容Cin，宽范围变换器的输入电压Vin施加在Cin两端；变压器的原边侧还设有一个开关管S1与开关管S2串联构成的半桥电路，并且半桥电路连接在输入电容Cin两端；变压器的原边侧还设有一个电感Ls、激磁电感Lm、与电容Cb依次串联构成的谐振回路，谐振回路的两端分别连接到半桥电路的中点A和输入的地线B；变压器的副边侧的绕组通过一个二极管D连接到输出电容Co，在Co两端得到宽范围变换器的输出电压Vo。本实用新型专利技术适合宽输出范围的软开关电路拓扑，该电路的输出调节关系是线性的。

A wide range converter

The utility model relates to a high-frequency switching power supply. A wide-range converter includes a transformer with an input capacitor Cin on the original side of the transformer and a half-bridge circuit composed of a switching tube S1 and a switching tube S2 in series on the original side of the transformer, and the half-bridge circuit is connected at both ends of the input capacitor Cin. The original side of the transformer is also provided with a resonant circuit consisting of an inductor Ls, an excitation inductor Lm and a capacitor Cb in series. The two ends of the resonant circuit are connected to the midpoint A of the half-bridge circuit and the ground wire B of the input respectively; the winding of the secondary side of the transformer is connected to the output capacitor Co through a diode D, and a wide range transformation is achieved at both ends of the capacitor Co. The output voltage of the device is Vo. The utility model is suitable for soft switching circuit topology with wide output range, and the output regulation relationship of the circuit is linear.

【技术实现步骤摘要】
一种宽范围变换器
本技术涉及高频开关电源，尤其涉及直流变换器。
技术介绍
高频开关电源中的DC-DC变换器一般分为脉冲宽度(PWM)调节模式和变频谐振(Resonant)调节模式。这两种调节模式各有其优缺点，脉冲宽度调节模式的输出电压与占空比成线性关系，具有较宽的调节范围，在输入或输出需要较大范围调节时，这种电路具有很好的调节性能，但是这种调节模式的变换器很难在全电压范围内实现软开关，特别是在宽输入电压范围的情况下有较大的开关损耗；变频谐振式的电路是依靠谐振回路的阻抗来调节输出电压，很容易实现功率器件的零电压开通(ZVS)或零电流关断(ZCS)，即软开关工作条件，但它的输出调节关系是非线性的，往往只在一个很小的范围内起作用，不适合宽输入或输出范围的调节。在很多应用场合，往往需要兼容较宽的输入电压，比如通讯设备要兼容12V、24V和48V多种直流输入电压，交流供电的设备要兼容110V、220V、380V等多种供电情况，往往要求一些DC-DC变换器的设计需要兼容3～4倍甚至更高的输入电压范围，比如18～75V输出，200～800V输入等等，这就需要一个适合宽输入电压范围的变换拓扑。另外一个技术难题是高压器件的选择，常规开关器件(MOSFET)耐压在500～600V，800V甚至更高耐压的器件性能往往比较差，特别是开关特性上比低压器件差很多。如何将低压器件使用在高压环境中是一个很有价值的工作，有一些诸如三电平桥式电路，开关串联技术等能够解决这个问题，但电路往往比较复杂，需要引入一些辅助电路或控制方式；如果采用变换器输入侧直接串联的方式，又会面临空载时输入电压平衡的问题，只有当副边采用同步整流的情况下，这种方案可以取得比较好的效果，能够实现原边电压的自动平衡。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种宽范围变换器，以解决上述至少一个技术问题。一种宽范围变换器，包括一变压器，其特征在于，所述变压器的原边侧设有一输入电容Cin，宽范围变换器的输入电压Vin施加在Cin两端；所述变压器的原边侧还设有一个开关管S1与开关管S2串联构成的半桥电路，并且所述半桥电路连接在输入电容Cin两端；所述变压器的原边侧还设有一个电感Ls、激磁电感Lm、与电容Cb依次串联构成的谐振回路，所述谐振回路的两端分别连接到半桥电路的中点A和输入的地线B；所述变压器的副边侧的绕组通过一个二极管D连接到输出电容Co，在Co两端得到宽范围变换器的输出电压Vo；所述电感Ls的电感值小于所述激磁电感Lm的电感。本技术适合宽输出范围的软开关电路拓扑，本专利所揭露的电路拓扑结合了半桥电路和反激电路的特点，原边是一个半桥电路，上下开管互补控制，以方便实现原边开关的ZVS，变压器的原边引入了谐振元件，采用谐振方式传递能量，同时通过适当的参数选择，使得输出电压的调节关系正比于输入电压和占空比，输出是一个简单的二极管整流模式，它的连接特点是二极管在占空比D的时间内截止而在1-D的时间内导通。类似于反激电路，变压器的激磁电感必需提供一定的激磁电流，以实现功率的传递，并实现原边开关的ZVS，不同于反激电路，该电路的输出调节关系是线性的。该电路还有一个特点是在空载情况下也能实现ZVS，而且输入与输出的关系仍然满足线性关系，而不像其它二极管整流的电路，电流断续会导致间歇性工作。正是因为这个特征，这个电路可以很方便的实现输入侧直接串联的工作模式，即直接将两个变换器输入串联，输出并联，在带载或空载情况下均能实现很好的均压效果。此外，所述电感Ls的电感值小于所述激磁电感Lm的电感。Ls可以用一个很小的电感实现，或者采用变压器Tx的漏感实现，使电路更加简洁。所述电感Ls优选为小于2uH，所述激磁电感Lm优选为大于120uH。所述变压器Tx的匝比为n:1，所述变压器Tx原边侧的绕组至少有1个，所述变压器Tx副边侧的绕组至少有1个，所述变压器Tx原边侧的各绕组连接到通向B的回路的一端与所述变压器Tx副边侧的各绕组连接到二极管D的正极的一端的极性相同。所述匝比优选为4-6:1，进一步优选6:1。所述变压器Tx副边侧的绕组通过二极管连接到输出电压Vo的正极。所述电容Cb上的谐振电压小于所述输入电压Vin。这样，在分析电流波形的时候可以用Cb的平均电压Vc_avg来代替Vc，可以很方便的得到输入与输出的关系。所述电容Cb优选为0.45u-0.49u/620V-640V薄膜电容，进一步优选0.47u/630V薄膜电容。所述输入电压Vin优选200V-800V。所述变换器优选有一个。所述变换器还可以有两个，两个变换器位于变压器的原边侧串联、位于变压器的副边侧并联。使用时，两个变换器的占空比即可以是同相位的(同一信号)，也可以是同样宽度但不同相位，特别有意义的是两个相位相差180°时，可以实现输入输出纹波电流的大幅度抵消，这样可以大大减轻输入输出电容的滤波压力。所述占空比优选0.2-0.8。在变换器有两个的情况下，可省略其中一个谐振回路，只保留一个谐振回路，即两个变压器共用一个谐振回路，省去另一个谐振回路，共用的谐振回路的两端分别连接到两个变换器的半桥电路的中点A。可通过调节上下两个桥臂驱动信号的时序来改变变换器的增益，从而适应更宽范围的输入电压。附图说明图1为只有一个变换器时的电路图；图2为两个变换器时的电路图；图3为图2中电路省去一个谐振回路后的电路图。具体实施方式为了使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本技术。参照图1，一种宽范围变换器，包括一变压器，变压器的原边侧设有一输入电容Cin，宽范围变换器的输入电压Vin施加在Cin两端；变压器的原边侧还设有一个开关管S1与开关管S2串联构成的半桥电路，并且半桥电路连接在输入电容Cin两端；变压器的原边侧还设有一个电感Ls、激磁电感Lm、与电容Cb依次串联构成的谐振回路，谐振回路的两端分别连接到半桥电路的中点A和输入的地线B；变压器的副边侧的绕组通过一个二极管D连接到输出电容Co，在Co两端得到宽范围变换器的输出电压Vo。本技术适合宽输出范围的软开关电路拓扑，本专利所揭露的电路拓扑结合了半桥电路和反激电路的特点，原边是一个半桥电路，上下开管互补控制，以方便实现原边开关的ZVS，变压器的原边引入了谐振元件，采用谐振方式传递能量，同时通过适当的参数选择，使得输出电压的调节关系正比于输入电压和占空比，输出是一个简单的二极管整流模式，它的连接特点是二极管在占空比D的时间内截止而在1-D的时间内导通。类似于反激电路，变压器的激磁电感必需提供一定的激磁电流，以实现功率的传递，并实现原边开关的ZVS，不同于反激电路，该电路的输出调节关系是线性的。该电路还有一个特点是在空载情况下也能实现ZVS，而且输入与输出的关系仍然满足线性关系，而不像其它二极管整流的电路，电流断续会导致间歇性工作。正是因为这个特征，这个电路可以很方便的实现输入侧直接串联的工作模式，即直接将两个变换器输入串联，输出并联，在带载或空载情况下均能实现很好的均压效果。变压器Tx的匝比为n:1，所述变压器Tx原边侧的绕组至少有1个，所述变压器Tx副边侧的绕组至少有1个，所述变压器Tx原边侧的各绕组连接到通向B的回本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽范围变换器，包括一变压器，其特征在于，所述变压器的原边侧设有一输入电容Cin，宽范围变换器的输入电压Vin施加在Cin两端；所述变压器的原边侧还设有一个开关管S1与开关管S2串联构成的半桥电路，并且所述半桥电路连接在输入电容Cin两端；所述变压器的原边侧还设有一个电感Ls、激磁电感Lm、与电容Cb依次串联构成的谐振回路，所述谐振回路的两端分别连接到半桥电路的中点A和输入的地线B；所述变压器的副边侧的绕组通过一个二极管D连接到输出电容Co，在Co两端得到宽范围变换器的输出电压Vo；所述电感Ls的电感值小于所述激磁电感Lm的电感。

【技术特征摘要】
1.一种宽范围变换器，包括一变压器，其特征在于，所述变压器的原边侧设有一输入电容Cin，宽范围变换器的输入电压Vin施加在Cin两端；所述变压器的原边侧还设有一个开关管S1与开关管S2串联构成的半桥电路，并且所述半桥电路连接在输入电容Cin两端；所述变压器的原边侧还设有一个电感Ls、激磁电感Lm、与电容Cb依次串联构成的谐振回路，所述谐振回路的两端分别连接到半桥电路的中点A和输入的地线B；所述变压器的副边侧的绕组通过一个二极管D连接到输出电容Co，在Co两端得到宽范围变换器的输出电压Vo；所述电感Ls的电感值小于所述激磁电感Lm的电感。2.根据权利要求1所述的一种宽范围变换器，其特征在于：所述变压器Tx的匝比为n:1，所述变压器Tx原边侧的绕组至少有1个，所述变压器Tx副边侧的绕组至少有1个，所述变压器Tx原边...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄贵松，
申请(专利权)人：上海钧功电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31