一种对称半桥谐振开环直流比例变换器制造技术

本申请公开了一种对称半桥谐振开环直流比例变换器，包括：高频脉宽控制器和高频栅极驱动器，高频脉宽控制器的输出端连接于高频栅极驱动器的输入端，高频脉宽控制器用于向高频栅极驱动器输入控制信号，高频栅极驱动器的输出端连接于隔离驱动变压器的初级端，高频栅极驱动器用于增强控制信号的电流驱动能力；隔离驱动变压器的次级端分别连接于对称半桥开关电路的控制端和高频同步整流滤波电路的控制端，隔离驱动变压器用于根据增强后的控制信号，驱动对称半桥开关电路中半桥晶体管以及高频同步整流滤波电路中全桥同步整流晶体管的导通或关断。通过本申请中的技术方案，对电路拓扑结构进行优化，使得变换器对负载响应速度快、稳定性高。

A symmetrical half bridge resonant open-loop DC proportional converter

【技术实现步骤摘要】
一种对称半桥谐振开环直流比例变换器
本申请涉及直流变换的
，具体而言，涉及一种对称半桥谐振开环直流比例变换器。
技术介绍
随着功率半导体器件、拓扑电路和开关电源控制器的发展，开关电源的功率密度、可靠性、效率、稳定性以及负载响应能力等技术指标也不断提高。开关电源的稳压方式一般都是通过负反馈补偿网络，对开关控制脉冲进行调整，达到输出电压稳定的目的。通过对输出电压、输入电压、输入电流或输出电流等一个变量或者两个变量的采样，与控制基准进行误差比较后处理，根据采样信号的不同可分电流控制环路、电压控制环路或者双环控制，根据采样点在开关变压器的不同绕组可分为初级反馈(前馈)和次级反馈。而现有技术中，这些稳压方式都是闭环反馈，根据稳压精度、源特性、负载特性、对反馈环路响应速度的不同进行选择，稳压精度较高，但是由于初次级间的隔离取样的延时和补偿网络的非线性，反馈环路的响应速度较慢，稳定性较差，调节参数优化极好的反馈环路也需要数十个开关周期才能调整好一次负载的突变，环路也较容易发生自激振荡现象。这是由于，稳压精度与反馈环路的直流增益成正比，电源的负载响应调整速度与反馈环路的交流增益成正比，而过高的增益又较容易引起自激振荡。，所以，需要在稳压精度、负载特性、稳定性等各个指标间进行均衡，优化反馈环路显得极为复杂。此外，闭环反馈模式工作的开关电源，是根据反馈信号调节晶体管的导通脉宽、相位关系或者工作频率来控制传递到次级的能量，从而实现输出电压的稳压，这样的工作模式下，开关电源中变压器的传输功率没有达到最大，造成设备能力的浪费。
技术实现思路
本申请的目的在于：对开环比例变换器的电路拓扑结构进行优化，使得变换器对负载响应速度快、稳定性高，没有反馈环路的振荡因素，不会导致桥式开关的误导通而共通炸机，可靠性高。本申请的技术方案是：提供了一种对称半桥谐振开环直流比例变换器，该变换器包括：开环直流比例变换器包括依次相连的对称半桥开关电路、LC串联谐振电路、高频功率变压器和高频同步整流滤波电路，开环直流比例变换器，还包括：定宽高频驱动控制电路和隔离驱动变压器；定宽高频驱动控制电路包括高频脉宽控制器和高频栅极驱动器，高频脉宽控制器的输出端连接于高频栅极驱动器的输入端，高频脉宽控制器用于向高频栅极驱动器输入控制信号，高频栅极驱动器的输出端连接于隔离驱动变压器的初级端，高频栅极驱动器用于增强控制信号的电流驱动能力；隔离驱动变压器的次级端分别连接于对称半桥开关电路的控制端和高频同步整流滤波电路的控制端，隔离驱动变压器用于根据增强后的控制信号，驱动对称半桥开关电路中半桥晶体管的导通或关断，以及驱动高频同步整流滤波电路中全桥同步整流晶体管的导通或关断。上述任一项技术方案中，进一步地，LC串联谐振电路和高频功率变压器，由LCT集成磁性元件组成，LCT集成磁性元件包括：第一高频变压器初级平面绕组、第二高频变压器初级平面绕组和高频变压器次级平面绕组，磁性元件还包括：寄生电容和寄生电感；寄生电容紧密耦合于第一高频变压器初级平面绕组的下方和、第二高频变压器初级平面绕组的上方；寄生电感紧密耦合于第二高频变压器初级平面绕组的下方和、高频变压器次级平面绕组的上方，其中，寄生电容和寄生电感组成LC串联谐振电路。上述任一项技术方案中，进一步地，第一高频变压器初级平面绕组由三层印刷电路板组成，印刷电路板上设置有第一埋孔层间过渡区，相邻的两层印刷电路板通过第一埋孔层间过渡区实现互联，每一层印刷电路板上印刷有一匝绕组印制线。上述任一项技术方案中，进一步地，第二高频变压器初级平面绕组由三层印刷电路板组成，每一层印刷电路板上印刷有一匝绕组印制线，第二高频变压器初级平面绕组的第一层印刷电路板的绕组印制线形状与第一高频变压器初级平面绕组第三层印刷电路板的绕组印制线形状相同。上述任一项技术方案中，进一步地，高频变压器次级平面绕组由两层印刷电路板组成，印刷电路板上设置有第三埋孔层间过渡区，两层印刷电路板通过第三埋孔层间过渡区实现并联，每一层印刷电路板上印刷有一匝绕组印制线，两层印刷电路板上的绕组印制线形状相同。上述任一项技术方案中，进一步地，隔离驱动变压器的次级端设置有六路线圈；第一线圈和第二线圈连接于第一驱动电路，第三线圈、第四线圈、第五线圈和第六线圈连接于第二驱动电路，其中，第一线圈、第三线圈和第五线圈为第一同名端，第二线圈、第四线圈和第六线圈为第二同名端，第一同名端和第二同名端相位交错。上述任一项技术方案中，进一步地，对称半桥开关电路为由两个半桥晶体管、两个均压电容、两个均压电阻以及高频功率变压器构成的对称半桥对称半桥开关电路，其特征在于，第一驱动电路包括：两路第一栅极分压驱动电路；第一线圈和第二线圈，依次通过两路第一栅极分压驱动电路，分别连接于对称半桥对称半桥开关电路中串联的、两个半桥晶体管的栅极。上述任一项技术方案中，进一步地，高频同步整流滤波电路为由四个同步整流晶体管和滤波电容构成的同步高频同步整流滤波电路，四个同步整流晶体管连接于高频功率变压器的次级端，其特征在于，第二驱动电路包括：四路第二栅极分压驱动电路；第三线圈、第四线圈、第五线圈和第六线圈，依次通过四路第二栅极分压驱动电路，分别连接于同步高频同步整流滤波电路中的四个同步整流晶体管的栅极。上述任一项技术方案中，进一步地，第一栅极分压驱动电路和第二栅极分压驱动电路的结构相同，第一栅极分压驱动电路包括：四个高频二极管，瞬变抑制二极管和三个栅极驱动电路电阻，其中，第一高频二极管的阴极与第二高频二极管的阳极相连后，并连接于线圈的正端，第一高频二极管的阳极与第一栅极驱动电路电阻的一端相连；第二高频二极管、第三高频二极管、第四高频二极管同相串联后，第四高频二极管的阴极连接于第二栅极驱动电路电阻的一端，第二栅极驱动电路电阻的另一端与第一栅极驱动电路电阻的另一端相连，并连接于晶体管的栅极；瞬变抑制二极管和第三栅极驱动电路电阻并联后，瞬变抑制二极管的阴极连接于第二栅极驱动电路电阻的另一端，瞬变抑制二极管的阳极连接于线圈的负端，并连接于晶体管的源极。上述任一项技术方案中，进一步地，高频脉宽控制器为开环控制器，高频脉宽控制器的控制信号，由LC串联谐振电路的谐振参数确定，其中，控制信号包括驱动电压频率及导通脉宽。本申请的有益效果是：本申请中的技术方案，通过对电路拓扑结构的调整，有助于在不同负载情况下，保证变换器的开环变换比例恒定，电路特性等效于直流变压器模型，具有功率密度高，对负载响应速度快、稳定性高等特点。在比例变换器的控制电路中，没有负反馈环路，仅依靠电路拓扑的物理特性，对负载响应速度快、稳定性高，避免了反馈环路的振荡因素，不会导致桥式开关的误导通而共通炸机，可靠性高。并除去了半桥晶体管的保护死区，变换器几乎工作在全脉宽导通情况，使得其传输的功率达到了最大，实现了高功率密度。1、功率密度高：本申请的对称半桥谐振开环直流比例变换器通过参数调节使LC串联谐振频率与开关频率相同，使谐振电流为与开关波形同相位同频率的正弦波，实现了变换器中初级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对称半桥谐振开环直流比例变换器，其特征在于，所述开环直流比例变换器包括依次相连的对称半桥开关电路、LC串联谐振电路、高频功率变压器和高频同步整流滤波电路，所述开环直流比例变换器，还包括：定宽高频驱动控制电路和隔离驱动变压器；/n所述定宽高频驱动控制电路包括高频脉宽控制器和高频栅极驱动器，所述高频脉宽控制器的输出端连接于所述高频栅极驱动器的输入端，所述高频脉宽控制器用于向所述高频栅极驱动器输入控制信号，所述高频栅极驱动器的输出端连接于所述隔离驱动变压器的初级端，所述高频栅极驱动器用于增强所述控制信号的电流驱动能力；/n所述隔离驱动变压器的次级端分别连接于所述对称半桥开关电路的控制端和所述高频同步整流滤波电路的控制端，所述隔离驱动变压器用于根据增强后的所述控制信号，驱动所述对称半桥开关电路中半桥晶体管的导通或关断，以及驱动所述高频同步整流滤波电路中全桥同步整流晶体管的导通或关断。/n

【技术特征摘要】
1.一种对称半桥谐振开环直流比例变换器，其特征在于，所述开环直流比例变换器包括依次相连的对称半桥开关电路、LC串联谐振电路、高频功率变压器和高频同步整流滤波电路，所述开环直流比例变换器，还包括：定宽高频驱动控制电路和隔离驱动变压器；
所述定宽高频驱动控制电路包括高频脉宽控制器和高频栅极驱动器，所述高频脉宽控制器的输出端连接于所述高频栅极驱动器的输入端，所述高频脉宽控制器用于向所述高频栅极驱动器输入控制信号，所述高频栅极驱动器的输出端连接于所述隔离驱动变压器的初级端，所述高频栅极驱动器用于增强所述控制信号的电流驱动能力；
所述隔离驱动变压器的次级端分别连接于所述对称半桥开关电路的控制端和所述高频同步整流滤波电路的控制端，所述隔离驱动变压器用于根据增强后的所述控制信号，驱动所述对称半桥开关电路中半桥晶体管的导通或关断，以及驱动所述高频同步整流滤波电路中全桥同步整流晶体管的导通或关断。


2.如权利要求1所述的对称半桥谐振开环直流比例变换器，其特征在于，所述LC串联谐振电路和所述高频功率变压器，由LCT集成磁性元件组成，所述LCT集成磁性元件包括：第一高频变压器初级平面绕组、第二高频变压器初级平面绕组和高频变压器次级平面绕组，所述磁性元件还包括：寄生电容和寄生电感；
所述寄生电容紧密耦合于所述第一高频变压器初级平面绕组的下方和、所述第二高频变压器初级平面绕组的上方；
所述寄生电感紧密耦合于所述第二高频变压器初级平面绕组的下方和、所述高频变压器次级平面绕组的上方，
其中，所述寄生电容和所述寄生电感组成LC串联谐振电路。


3.如权利要求2所述的对称半桥谐振开环直流比例变换器，其特征在于，所述第一高频变压器初级平面绕组由三层印刷电路板组成，所述印刷电路板上设置有第一埋孔层间过渡区，相邻的两层印刷电路板通过所述第一埋孔层间过渡区实现互联，每一层印刷电路板上印刷有一匝绕组印制线。


4.如权利要求3所述的对称半桥谐振开环直流比例变换器，其特征在于，所述第二高频变压器初级平面绕组由三层印刷电路板组成，每一层印刷电路板上印刷有一匝绕组印制线，所述第二高频变压器初级平面绕组的第一层印刷电路板的绕组印制线形状与所述第一高频变压器初级平面绕组第三层印刷电路板的绕组印制线形状相同。


5.如权利要求4所述的对称半桥谐振开环直流比例变换器，其特征在于，所述高频变压器次级平面绕组由两层印刷电路板组成，所述印刷电路板上设置有第三埋孔层间过渡区，两层印刷电路板通过所述第三埋孔层间过渡区实现并联，每一层印刷电路板上印刷有一匝绕组印制线，两层印刷电路板上的绕组印制线形状相同。

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【专利技术属性】
技术研发人员：高彧博，杭磊，程立，李群，谢章贵，
申请(专利权)人：扬州船用电子仪器研究所中国船舶重工集团公司第七二三研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32