基于低分布电容布局高频集成变压器的电源变换器制造技术

基于低分布电容布局高频集成变压器的电源变换器，属于电力电子技术、开关电源技术领域，本实用新型专利技术为解决高压输入、多输出的基于变压器集成的输入串联型辅助电源在没有考虑原边绕组间分布电容的情况下，存在电源变换器性能低的问题。本实用新型专利技术包括高频集成变压器，所述高频集成变压器连接N个串联输入电路和n个输出电路，N>2，n>2，所述高频集成变压器的N个原边绕组PW1,PW2,

【技术实现步骤摘要】
基于低分布电容布局高频集成变压器的电源变换器


[0001]本技术涉及高频集成变压器原边绕组的分布电容储能优化设计，属于电力电子技术、开关电源


技术介绍

[0002]目前，各种高压输入场合逐渐增多，受各类器件电压等级等因素的限制，如何有效地降低各关键器件的电压应力是高压电源设计过程中无法回避的问题。解决高电压应力的方法主要有4种：(1)利用多个功率器件串联来代替单个器件；(2)采用电压等级较高的各种新型宽禁带功率器件；(3)采用多电平技术；(4)采用多变换器输入串联的方式。方法1～3可有效解决变换器中主要功率器件(开关管、二极管)电压应力高的问题；方法4除了可以解决功率器件(开关管、二极管)电压应力高的问题，还可以解决变换器中主要无源器件(如变压器等磁性器件)的高压问题。
[0003]高频变压器是多数开关电源中必不可少的磁性器件，高频变压器的寄生参数对开关电源的影响较大。高频变压器主要有两类寄生参数：漏感和分布电容。其中，人们对变压器漏感相关的研究非常多，而对变压器分布电容的研究相对较少。在高压场合，变压器分布电容的影响较大，随着开关电源电压等级的不断增加，变压器分布电容的影响将越来越不容忽视。
[0004]如图1(a)所示为常规的单输入多输出辅助电源变换器，这里以双开关反激式拓扑为例给出，变换器也可采取其它相关拓扑，如单开关反激式、正激式拓扑等，其中，L
p
和W
p
分别为其变压器(T
c
)原边绕组(PW)的电感量和匝数，L
lk<br/>为等效漏感，L
s1
,L
s2
,...,L
sn
和W
s1
,W
s2
,...,W
sn
分别为n(n≥1)个副边绕组(SW1,SW2,
…
,SW
n
)的电感值和匝数。
[0005]对于图1(a)所示常规的单输入辅助电源变换器而言，其变压器的原边、副边绕组有两种基本的布局方式：(1)原、副边绕组集中绕制；(2)原、副边绕组交错绕制，两种布局方式变压器绕线骨架的截面图分别如图1(b)和(c)所示(原边绕组通常为多层绕制，这里4层为例给出，而由于副边绕组匝数远远少于原边绕组，因此，这里假设副边绕组只有1层)，其中，
“×”
表示电流沿截面流入；“.”表示电流沿截面流出。
[0006]图1(b)中，将原边绕组集中绕制在变压器绕线骨架的里层，将副边绕组集中绕制在变压器绕线骨架的外层(根据实际情况，也可将原边绕组绕在外层，将副边绕组绕在里层)；图1(c)中，将原边绕组分为结构相同的2部分，分别绕制在变压器绕线骨架的里层和外层，而将副边绕组绕制在2部分原边绕组之间。对于如图1(c)所示的原、副边绕组交错布局方法，原边绕组也可以分成多个部分(2部分以上)，再将副边绕组绕制在各部分原边绕组之间，具体实现原理与图1(c)所示方法类似，这里不再给出。
[0007]对于如图1(a)所示常规的辅助电源变换器而言，与图1(b)所示方法相比，采用如图1(c)所示原、副边绕组的交错绕制方法，其目的是为了减小变压器原、副边绕组之间的漏感。
[0008]图2为输入串联型变换器，其中，V
i1
,V
i2
,...,V
iN
是N(N≥1)个串联电路的输入电
压，这里N个串联电路共用1个集成变压器(T
i
)和n(n≥1)个输出电路；N(N≥1)个串联电路具有相同的器件参数，例如，相同的输入滤波电容(C
i1
＝C
i2
＝...＝C
iN
)、相同的开关管(S
11
,S
12
,S
21
,S
22
,...,S
N1
,S
N2
)、相同的二极管(D
11
,D
12
,D
21
,D
22
,...,D
N1
,D
N2
)、相同的变压器原边绕组自感值(L
p1
＝L
p2
＝...＝L
pN
)和匝数(W
p1
＝W
p2
＝...＝W
pN
＝W)，这里PW1,PW2,
…
,PW
N
表示集成变压器的N个原边绕组，L
lk1
,L
lk2
,...,L
lkN
表示漏感。图1(a)和图2中两种变换器具有相同的输出电路，其中，D
o1
,D
o2
,...,D
on
和C
o1
,C
o2
,...,C
on
分别为输出整流二极管和输出滤波电容，L
s1
,L
s2
,...,L
sn
和W
s1
,W
s2
,...,W
sn
分别为n个副边绕组(SW1,SW2,
…
,SW
n
)的电感值和匝数，V
o1
,V
o2
,...,V
on
为各电路的输出电压。
[0009]与图1(a)中的常规电源变换器相比，图2中的输入串联型电源变换器相当于把承担高压的原边绕组分段，由1个(PW)变为N个(PW1,PW2,
…
,PW
N
)，原边绕组匝数关系为：W
p
＝W
p1
+W
p2
+...+W
pN
。两个变换器的主要区别在于：(1)图1(a)中的常规电源变换器的电压应力为V
i
；(2)在图2中的输入串联型电源变换器中，所有的开关管同时开通与关断，各串联电路通过集成变压器原边绕组的耦合作用实现自然均压，因此各串联电路的电压应力约为V
i
/N。
[0010]对于图1(a)中的电源变换器而言，由于变压器只有一个原边绕组，因此，不存在此类的原边绕组之间分布电容，对电源变换器设计时不用考虑原边绕组之间的分布电容。
[0011]为了说明方便，这里在图2中定义电气节点：(1)“A”和“B”为图1(a)中原边绕组PW的电气节点；(2)“A1,A2,
…
,A
N”和“B1,B2,
…
,B
N”为图2中原边绕组PW1,PW2,
…
,PW
N
的电气节点。
[0012]除了图2所示基于变压器集成的输入串联型双开关反激式变换器之外，目前已有的同类型(基于变压器集成的)输入串联型变换器有很多种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于低分布电容布局高频集成变压器的电源变换器，其特征在于，包括高频集成变压器，所述高频集成变压器连接N个串联输入电路和n个输出电路，N&gt;2，n&gt;2，所述高频集成变压器的N个原边绕组PW1,PW2,
…
,PW
N
共同绕制在变压器骨架上，每个输入电路连接一个原边绕组；每个原边绕组均采用单层绕制，N个原边绕组由内至外按PW1,PW2,
…
,PW
N
的顺序或PW
N
,
…
,PW2,PW1的顺序一层一层依次绕制在变压器骨架上。2.根据权利要求1所述基于低分布电容布局高频集成变压器的电源变换器，其特征在于，高频集成变压器为单开关反激式拓扑结构或双开关正激式拓扑结构。3.基于低分布电容布局高频集成变压器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟涛，安彦桦，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：新型
国别省市：