一种用于DC-DC变换器的输出滤波器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于ＤＣ－ＤＣ变换器的输出滤波器。将第一，第二两路ＤＣ－ＤＣ变换器并联联接，输出滤波器均采用两级的ＬＣ滤波结构，第二级滤波电感的线圈反向集成在同一个磁芯上，磁芯的结构为ＥＩ或ＥＥ型磁芯，中间磁芯柱留有气隙，两个线圈绕在两个侧芯柱上。由ＤＳＰ处理器产生互补的控制信号分别控制第一、二两路变换器；第一级的ＬＣ滤波器主要滤除频率高于工作频率的谐波分量；经过第一级滤波，第一，第二变换器的输出电压的交流分量为相位相差１８０度的正弦波，所以第二级的ＬＣ滤波器主要滤除频率为工作频率的基波分量，第二级滤波电感反向集成在同一个磁芯上，基本消除滤波电感磁芯的直流磁化，并能很好的滤除交流分量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种DC-DC变换器输出滤波器。
技术介绍
DC/DC变换器输出滤波器的输出滤波电感存在直流磁化问题，尤其是在低压大电流的开关电源中，直流磁化的影响十分严重。滤波电感的磁芯材料多为铁氧体等软磁材料。由于磁芯存在直流磁化，工作在饱和区，磁导率很低，电感量变小。并且电感量随着电流大小的变化而变化。为了减小滤波电感磁芯的直流磁化，经常采用的手段是把磁芯切口，相当于增大了磁路的磁阻Rm，根据磁通量Φ=NiRm,]]>这样可以使磁芯在较大直流电流磁化时不饱和。另外的方法是采用粉末磁芯。粉末磁芯一般是用软磁材料的粉末和粘接剂、绝缘剂压制成的。由于粉末颗粒之间被粘接剂和绝缘剂隔离开来，磁芯虽然被压制成了一个整体，但实际上磁路是断开的，就好像在磁芯的磁路上开了许多小小的切口，这样也就防止了磁芯的磁饱和。经过切口的磁芯或者粉末磁芯磁导率下降，因而电感量随之下降。要达到较大的电感量，必须增加磁芯的截面积，使输出滤波电感的体积变大，不利于DC-DC变换器小型化轻型化的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是解决DC-DC变换器输出滤波电感的直流磁化问题，减小滤波电感的体积。本专利技术的技术方案如下将第一，第二两路DC-DC变换器并联联接，每一路DC-DC变换器主电路由斩波电路，隔离变压器，整流电路以及两级滤波电路组成；控制信号由DSP处理器产生，第一，第二两路变换器的控制信号互补，即在相位上相差180度；第一，第二DC-DC变换器的输出滤波器均采用两级的LC滤波结构，其特征在于第一，第二DC-DC变换器的第二级滤波电感的线圈反向集成在同一个磁芯上，磁芯的结构为EI型或EE型磁芯，中间的磁芯柱留有气隙，两个线圈绕在两个侧芯柱上。由于第一，第二DC-DC变换器的控制信号互补，所以主电路电压经过斩波之后，成为相位上相差180度的方波电压加在后面的滤波电路上。第一级LC滤波器的滤波电感为分立的，主要滤除频率高于DC-DC变换器工作频率的谐波分量，其截止频率可以提高为原来的二倍，所以滤波电感可以采用比原来的滤波电感量小的电感；经过第一级的滤波，第一，第二DC-DC变换器的输出电压的交流分量为相位相差180度的基波分量，第二级的LC滤波器主要滤除频率为工作频率的基波分量，该结构的电感可以达到基本消除直流磁化的目的，并且能很好的滤除交流分量，该电感由于基本消除了直流磁化，因此体积可以做得很小。本专利技术的有益效果本专利技术的目的是通过将第一，第二DC-DC变换器的第二级输出滤波电感的线圈反向集成在同一个磁芯上，使两线圈产生的直流磁场基本上相互抵消，基本消除输出滤波电感磁芯的直流磁化，可以减小输出滤波电感的体积，达到小型化，轻型化的目的。附图说明图1为一种用于DC-DC变换器的输出滤波器电路图。图2为第二级滤波电感的磁芯结构及线圈的绕法示意图。图3为磁路的等效电路模型。图4为第一，第二变换器未经滤波时输出电压波形示意图。图5为经过第一级滤波之后的电压波形。具体实施例方式结合附图对本专利技术作进一步说明一种用于DC-DC变换器的输出滤波器，见图1，第一，第二两路DC-DC变换器并联联接，给负载电阻Rd供电。每一路DC-DC变换器主电路包括由四个IGBT T11-T14(T21-T24)组成的斩波电路，隔离变压器T1(T2)，二极管D1-D3(D4-D6)组成的整流电路以及L1C1，L3C3(L2C2，L4C4)构成的两级滤波电路；控制信号由TI公司的DSP处理器TMS320LF2407处理器产生，第一，第二DC-DC变换器的控制信号互补，即在相位上相差180度；第一，第二DC-DC变换器的输出滤波器均采用两级的LC滤波结构；所述的第一，第二DC-DC变换器的第二级滤波电感的线圈反向集成在同一个磁芯上，磁芯的结构为EI型或EE型磁芯，中间的磁芯柱留有气隙，两个线圈绕在两个侧芯柱上。图2为第二级滤波电感的磁芯结构及线圈绕法的示意图。磁芯的结构为EI型或EE型磁芯，在磁芯中间的磁芯柱上留有气隙，气隙长度为lg，形成一个高磁阻的磁路，设磁阻为Rc，两边的磁芯柱的磁阻为R1＝R2＝R。两线圈的匝数分别为N1，N2，流入的电流分别为i1，i2。图3为磁路的等效电路模型，从等效模型可以推出两个绕组之间的耦合系数为k=11+RRc.]]>磁路磁阻的计算公式为Ri=ΣmlmμmAm,]]>其中，lm为磁路的长度，Am为磁路的截面积，μm为磁性材料的磁导率。所以只要调节气隙的长度lg，就可以调节中间磁芯柱的磁阻，从而改变两个线圈之间的耦合系数。两电源并联联接，必须进行并联均流，使两线圈中的电流的直流分量I1＝I2。取两个线圈的匝数相同，即N1＝N2，则线圈的自感L1＝L2＝L。设直流磁场的磁场强度为H，根据磁路的环路安培定律可得H=N1I1+N2I2Σli,]]>由于两个线圈反向耦合，N1I1+N2I2≈0，所以直流磁场的磁场强度约为0。而对于交流磁场来说，两路电压的交流分量正好反相，所以产生的磁场相互加强，能够起到很好的滤波效果，其等效电感量约为原来的2倍。第一，第二DC-DC变换器经过斩波及整流之后，输出的电压波形如图4所示，为相位上相差180度的方波电压u1，u2。假设DC-DC变换器的工作频率为fk(为IGBT开关频率的2倍)，在如图1所示的电路中，利用第一级的L3C3，L4C4滤波器将频率为≥2fk的谐波滤掉，即12πL3C3=12πL4C4<2fk.]]>所以，对于相同大小的滤波电容，滤波电感的电感量变为原来的1/4，从而使滤波电感的体积变小。图5为经过第一级滤波之后的电压波形。经过第一级的L3C3，L4C4滤波之后，第二级的L1C1，L2C2滤波器的输入电压的交流分量为频率与DC-DC变换器工作频率相等的正弦基波电压。正弦基波电压的占空比为50％，因此可以通过上述的第二级滤波电感进行滤波。所以12πL1C1=12πL2C2<fk,]]>由于第二级的L1C1，L2C2滤波器采用的电感线圈反向集成在同一磁芯上，基本消除了电感磁芯的直流磁化，具有很高的磁导率，所以电感的电感量在不增加磁芯体积的前提下可以做的很大。在实际设计过程当中，可以根据公式进行电感，电容参数的计算，并且在实际试验当中不断调整。权利要求1.一种用于DC-DC变换器的输出滤波器，将第一，第二两路DC-DC变换器并联联接，每一路DC-DC变换器主电路由斩波电路，隔离变压器，整流电路以及两级滤波电路组成；控制信号由DSP处理器产生，第一，第二两路变换器的控制信号互补，即在相位上相差180度；第一，第二DC-DC变换器的输出滤波器均采用两级的LC滤波结构，其特征在于第一，第二DC-DC变换器的第二级滤波电感的线圈反向集成在同一个磁芯上，磁芯的结构为EI型或EE型磁芯，中间的磁芯柱留有气隙，两个线圈绕在两个侧芯柱上。全文摘要本专利技术公开了一种用于DC－DC变换器的输出滤波器。将第一，第二两路DC－DC变换器并联联接，输出滤波器均采用两级的LC滤波结构，第二级滤波电感的线圈反向集成在同一个磁芯上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于ＤＣ－ＤＣ变换器的输出滤波器，将第一，第二两路ＤＣ－ＤＣ变换器并联联接，每一路ＤＣ－ＤＣ变换器主电路由斩波电路，隔离变压器，整流电路以及两级滤波电路组成；控制信号由ＤＳＰ处理器产生，第一，第二两路变换器的控制信号互补，即在相位上相差１８０度；第一，第二ＤＣ－ＤＣ变换器的输出滤波器均采用两级的ＬＣ滤波结构，其特征在于：第一，第二ＤＣ－ＤＣ变换器的第二级滤波电感的线圈反向集成在同一个磁芯上，磁芯的结构为ＥＩ型或ＥＥ型磁芯，中间的磁芯柱留有气隙，两个线圈绕在两个侧芯柱上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑琼林，游小杰，胡广艳，孙湖，杨中平，黄先进，郝瑞祥，张立伟，林飞，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]