双向的反激转换器电路制造技术

本发明专利技术涉及一种双向反激转换器电路，其包括具有电感耦合的初级绕组和次级绕组的变压器以及初级侧开关元件和次级侧开关元件。在此，初级绕组与反激转换器电路的电压输入端连接，并且次级绕组与反激转换器电路的电压输出端连接。初级侧开关元件与初级绕组串联布置。次级侧开关元件与次级绕组串联布置。此外，反激转换器电路具有充电电容器，其借助第一接头与初级侧和次级侧的共同电位连接。充电电容器借助第二接头通过第一二极管与初级侧开关元件和初级绕组的共同电位连接并且通过第二二极管与次级侧开关元件和次级绕组的共同电位连接。此外，在输入侧或在输出侧布置有降压斩波器，通过其，在充电电容器上存在的电压可调节到可预给定的值上。

Bidirectional Flyback Converter Circuit

【技术实现步骤摘要】
双向的反激转换器电路
本专利技术一般性地涉及电子
，尤其功率电子器件以及功率电子电路的领域。特殊地，本专利技术涉及双向的反激转换器电路，所述反激转换器电路包括具有电感式耦合的初级绕组和次级绕组的变压器以及包括初级侧的开关元件以及次级侧的开关元件。在此，初级绕组与反激转换器电路的电压输入端连接，并且初级侧的开关元件与初级绕组串联地布置。次级绕组与反激转换器电路的电压输出端连接，并且次级侧的开关元件与次级绕组串联地布置。
技术介绍
所谓的反激转换器——其也称作Flyback-Konverter——是开关电源的一种变型，借助所述开关电源，电负载可以连接到电网上或电流源上。尤其是，反激转换器用于在大多电分离的直流电压的电压输入端或初级侧与电压输出端或次级侧之间传输电能量。为此，在流动阶段期间，通过流过变压器的初级绕组的电流存储磁能量，所述磁能量在截止阶段期间必要时在整流和平滑之后被输出给在次级侧连接的负载。为了从流动阶段转换到截止阶段或者从截止阶段转换到流动阶段，由控制装置例如负载相关地切换开关元件，所述开关元件与变压器的初级绕组串联地布置。反激转换器的一种特殊的构型是所谓的双向的反激转换器或所谓的双向的反激转换器电路，如例如由文献WO2003/003552A2和WO2004/030193Al已知的那样。在所述构型中，反激转换器的次级侧的二极管通常通过次级侧的开关元件来取代，所述次级侧的开关元件与变压器的次级绕组串联地布置。以此方式，次级侧由初级侧相对于变压器镜像反转的布置构成。通过开关这两个开关元件（初级侧或次级侧）之一，确定能量流的方向，其中，该功能相应于反激转换器的功能。也即，开关初级侧的开关元件，因此，能量从双向的反激转换器电路的电压输入端或输入侧传输至双向的反激转换器电路的电压输出端或输出侧。次级侧的开关元件在此种情况下作为二极管工作。如果开关次级侧的开关元件，则能量流反转，也即从电压输出端至电压输入端，并且初级侧的开关元件作为二极管工作。但是，在反激转换器、如双向的反激转换器中，在引入能量的开关元件的切断过程期间在分别刚刚切断的开关元件上出现相对高的电压负荷。也即，关断开关元件，使得由于变压器的漏电感的退磁而在该开关元件上出现过电压或电压尖峰。所述过电压或电压尖峰可能限制分别刚刚切断的开关元件的功能能力或者导致开关元件和反激转换器电路的损坏。为了防止通过在切断时在相应的开关元件上和/或在反激转换器电路上的过电压和电压尖峰引起的相应的损坏，例如可以使用金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET作为开关元件，所述开关元件具有明显更高的反向电压或高的耐压强度，使得所出现的过电压没有危害。但是，这些MOSFET也具有更高的导通电阻并且因此更高的损耗。除了基于具有更高的反向电压或耐压强度的MOSFET的能量损耗（例如废热）引起的更高的成本和差的效率之外，应用这样的MOSFET作为开关元件也具有以下缺点：例如必须设置直插装配的MOSFET——也即所谓的通孔技术或THT-MOSFET以及附加的冷却体，或者在使用表面装配的MOSFET或Surface-mounted-device-（SMD）-MOSFET的情况下，例如必须将所述MOSFET装配在附加的印刷电路板面上。替代地或与功率MOSFET作为开关元件的应用组合地，可以为了限制通过变压器的漏电感产生的过电压或电压尖峰，例如对于双向的反激转换器的每个开关元件设置所谓的缓冲器网络。相应的缓冲器网络可以例如与相应的开关元件平行地布置。在切断相应的开关元件的情况下，将来自变压器的漏电感的过剩的能量引导到缓冲器网络中并且在开关周期的过程中减少，其中，通常将一定的能量量转化成热。在最简单的情况下，例如可以使用电容器或齐纳二极管作为缓冲器网络。更复杂的缓冲器网络例如由电容器和电阻（RC元件）或者由电容器、电阻和二极管（RCD元件）组成。但是，除了电路的复杂设计之外，对于各个开关元件使用缓冲器网络导致高的能量损耗并且因此导致双向的反激转换器的差的效率或低的效率。由文献KR101043402例如已知一种双向的反激转换器，其中，借助所谓的有源的箝位电路来减小开关元件的通过开关过程、尤其在切断时引起的负荷。但是，这样的电路具有以下缺点：尤其在负载跳跃时，可能发生通过由双向的反激转换器的变压器和有源的箝位电路的电容器构成的振荡回路引起的所不期望的振荡。这导致相应的开关元件的占空比中的限制。为了减小由开关元件的缓冲器网络引起的损耗或者提高双向的反激转换器的效率，可以例如对于每个所使用的缓冲器网络设置一个自身的降压斩波器，降压变换器或降压转换器（Buck-Konverter），以便使泄漏能量例如在双向的反激转换器的输入侧与输出侧可用。但是，这具有以下缺点：对于具有缓冲器网络的每个开关元件必须设置一个降压斩波器，由此，电路在结构和实现方面变得昂贵的、相对复杂和成本密集的。
技术实现思路
因此，本专利技术基于以下任务，说明一种双向的反激转换器电路，其中，可以以简单和成本适宜的方式限制开关元件上的通过漏电感决定的过电压或电压负荷并且改进电路的效率。所述任务通过一开始提到的类型的具有根据独立权利要求的特征的双向的反激转换器电路来解决。本专利技术的有利的实施方式在从属权利要求中描述。根据本专利技术，所述任务的解决方案通过一种双向的反激转换器电路来实现，所述反激转换器电路包括具有电感式耦合的初级绕组和次级绕组的变压器，其中，所述初级绕组与所述双向的反激转换器电路的电压输入端连接，并且，所述次级绕组与所述双向的反激转换器电路的电压输出端连接。此外，所述双向的反激转换器电路具有初级侧的开关元件和次级侧的开关元件，所述初级侧的开关元件与初级绕组串联地布置，所述次级侧的开关元件与次级绕组串联地布置。此外，设有充电电容器以及降压斩波器。在此，所述充电电容器通过第一接头与双向的反激转换器电路的初级侧和次级侧的共同电位连接。通过第二接头，充电电容器通过第一二极管与初级侧的开关元件和初级绕组的共同电位连接并且通过第二二极管与次级绕组和次级侧的开关元件的共同电位连接。借助要么布置在输入侧要么布置在输出侧的降压斩波器，在充电电容器上存在的电压可调节到可预给定的值上。根据本专利技术提出的解决方案的主要方面在于，由充电电容器和第一二极管以及第二二极管构成缓冲器网络，所述缓冲器网络不仅对于双向的反激转换器电路的从电压输入端到电压输出端的能量流而且对于双向的反激转换器电路的从电压输出端到电压输入端的能量流可用于限制在分别开关的开关元件上的电压负荷。布置在输入侧或输出侧的降压斩波器同样可用于双向的反激转换器电路的两个能量流方向，以便使充电电容器放电或将在充电电容器上存在的电压调节到预给定的值上。也即，不仅缓冲器网络或充电电容器而且降压斩波器不仅可以用于初级侧的开关元件而且可以用于次级侧的开关元件。根据本专利技术的双向的反激转换器电路因此是用于限制开关元件上的电压负荷或通过变压器的漏电感决定的过电压的成本适宜且简单的反激转换器实现。以简单的方式通过布置在输入侧或输出侧的降压斩波器的应用来减小通过该限制引起的能量损耗，并且因此提高总电路的或双向的反激转换器电路的效率。通过布置在输入侧或输出侧的降压斩波器可以非常简单地例如通过在双向的反激转换器电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向的反激转换器电路，所述反激转换器电路包括具有电感式耦合的初级绕组和次级绕组（Wl，W2）的变压器以及包括初级侧的开关元件（SE1）和次级侧的开关元件（SE2），其中，所述初级绕组（Wl）与所述反激转换器电路的电压输入端连接并且所述次级绕组（W2）与所述反激转换器电路的电压输出端连接，所述初级侧的开关元件与所述初级绕组（Wl）串联地布置，所述次级侧的开关元件与所述次级绕组（W2）串联地布置，其特征在于，设有充电电容器（C3），所述充电电容器借助第一接头（Al）与初级侧和次级侧的共同电位（M）连接，并且所述充电电容器借助第二接头（A2）通过第一二极管（Dl）与初级侧的开关元件（SE1）和初级绕组（Wl）的共同电位连接并且通过第二二极管（D2）与次级侧的开关元件（SE2）和次级绕组（W2）的共同电位连接，并且，借助布置在输入侧或输出侧的降压斩波器（TS）能够将在充电电容器（C3）上存在的电压（U3）调节到可预给定的值上。

【技术特征摘要】
2018.02.07 EP 18155469.21.一种双向的反激转换器电路，所述反激转换器电路包括具有电感式耦合的初级绕组和次级绕组（Wl，W2）的变压器以及包括初级侧的开关元件（SE1）和次级侧的开关元件（SE2），其中，所述初级绕组（Wl）与所述反激转换器电路的电压输入端连接并且所述次级绕组（W2）与所述反激转换器电路的电压输出端连接，所述初级侧的开关元件与所述初级绕组（Wl）串联地布置，所述次级侧的开关元件与所述次级绕组（W2）串联地布置，其特征在于，设有充电电容器（C3），所述充电电容器借助第一接头（Al）与初级侧和次级侧的共同电位（M）连接，并且所述充电电容器借助第二接头（A2）通过第一二极管（Dl）与初级侧的开关元件（SE1）和初级绕组（Wl）的共同电位连接并且通过第二二极管（D2）与次级侧的开关元件（SE2）和次级绕组（W2）的共同电位连接，并且，借助布置在输入侧或输出侧的降压斩波器（TS）能够将在充电电容器（C3）上存在的电压（U3）调节到可预给定的值上。2.根据权利要求1所述的双向的反激转换器电路，其特征在于，在充电电容器（C3）上存在的电压（U3）的可预给定的值能够以与所述反激转换器电路的最大的输入电压（Ul）和最大的输出电压（U2）中的分别较大的电压值的预给定的比例关系来确定。3.根据权利要求2所述的双向的反激转换器电路，其特征在于，在充电电容器（C3）上存在的电压（U3）的可预给定的值具有在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D波蒂施，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE