正激-反激合并式DC/DC隔离变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种正激－反激合并式ＤＣ／ＤＣ隔离变换器，其主电路由开关管（ＶＱ）、变压器（Ｔ）、整流滤波电路（１）和缓冲网络（２）构成。变压器（Ｔ）有一个初级绕组（Ｎ↓［ｐ］），每套次级绕组包括一个正激绕组（Ｎ↓［ｓ１］）和一个反激绕组（Ｎ↓［ｓ２］）；整流滤波电路（１）的每组输出由整流二极管（ＶＤ↓［１］、ＶＤ↓［２］）、缓冲二极管（ＶＤ↓［ｒ１］、ＶＤ↓［ｒ２］）、缓冲电容（Ｃ↓［ｒ］）、滤波电容（Ｃ↓［０］）、滤波电感（Ｌ↓［０］）构成。该变换器单只开关管即实现了双端式变换，不需磁芯复位电路；可以提高功率密度，降低整流二极管电压应力，降低输出电流纹波，减小滤波电感体积，提高动态响应速度。该变换器结构简单控制方便效率高，可广泛应用于隔离式开关电源。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利说明 一、
本技术涉及一种正激-反激合并式DC/DC隔离变换器，是一种直流开关电源技术，属于电力电子
二
技术介绍
目前，应用于开关电源的单端离线式DC/DC变换器有两种一是反激变换器，二是正激变换器。反激变换器具有简单高效、易于并联等优点；但是存在整流二极管电流应力和输出电压纹波较大，电压和负载调整率低的不足。所以一般只应用于小功率(如150W以下)和较高输出电压的场合。正激变换器具有输出功率大、电流应力小、低纹波和高调整率等优点；但是需要磁芯复位，整流二极管电压应力高，小负载工作不利。故一般应用于低压、大电流、功率较大的场合。另外，此两种单端式变换器还有一个共同的缺点，就是磁芯利用率低功率密度较小，即变压器只在开关管导通或关断的一种模态下向负载输出能量。本技术的目的是，克服上述现有技术的不足，提供一种正激-反激合并式DC/DC隔离变换器，采用单只开关管实现双端式输出，即次级绕组正激-反激交替工作，提高功率密度；兼有正激和反激变换器的优点，整流二极管电压和电流应力均较小，纹波降低，动态响应速度提高，并且不需要磁芯复位电路。本技术的实现根据下述原理。1、由基本的PWM变换器——Buck-Boost变换器推演，再增加隔离环节，则得出一种广泛应用的变换器——反激变换器(Flyback converter)，如图1所示。开关管VQ与快速二极管VD工作相位相反。当VQ导通时VD阻断，变压器原边绕组Np电流增加而储能；当VQ关断时VD导通，变压器储能经副边绕组Ns输出。电容C起储能滤波作用。2、由Buck(降压型)变换器与单端隔离变压器结合，可得出另一种典型的变换器——正激变换器(Forward converter)，如图2所示。这是一个原边和副边同时工作的线路，即VQ与VD1工作相位相同，L和VD2起续流作用。由于原边绕组Np通过的是单向脉动电流，一个实用的正激变换器电路，必须采取措施，使变压器磁芯复位，从而得到一批变形电路(可参见开关电源方面的书籍)。常用的复位方案是加入初级复位绕组Npr和二极管VDr(见图2)。三
技术实现思路
根据上述原理，本技术是这样实现的一种正激-反激合并式DC/DC隔离变换器，如图3所示。其主电路由开关管VQ、隔离变压器T、次级整流滤波电路(1)和初级缓冲网络(2)构成；隔离变压器T有一个初级绕组Np和一套或多套次级绕组，每套次级绕组包括一个正激绕组Ns1和一个反激绕组Ns2。次级整流滤波电路(1)可以是一组或多组输出，对应变压器T的一套或多套次级绕组；每组输出由整流二极管(VD1、VD2)、缓冲二极管(VDr1、VDr2)、缓冲电容(Cr)、滤波电容(C0)、滤波电感(L0)构成。初级缓冲网络(2)可以是RCD网络或LCD网络。该变换器各元器件的连接关系是隔离变压器T的初级绕组Np的一端连接直流电源Vi的正极，Np的另一端连接开关管VQ的漏极(或称集电极)；VQ的源极(或称发射极)连接直流电源Vi的负极。隔离变压器T的正激绕组Ns1的一端与反激绕组Ns2的非同名端相连作为输出端子②，Ns1的另一端接整流二极管VD1的阳极，Ns2的另一端接整流二极管VD2的阳极和缓冲二极管VDr1的阳极；缓冲二极管VDr1的阴极接VDr2的阳极和缓冲电容Cr的正极，Cr的负极接输出端子②；整流二极管VD1、VD2的阴极和缓冲二极管VDr2的阴极相连并且接滤波电感L0的一端。滤波电感L0的另一端接滤波电容C0的正极并作为输出端子①，C0的负极接输出端子②。输出端子①、②作为该组输出与负载的连接端。1、该变换器的主要电量关系式1)、输出电压Vo与输入电压Vi、占空比D的关系设反激输出和输出滤波电感均工作于电流连续模式，则正激、反激时次级输出电压Vsec1、Vsec2以及输出电压Vo分别为Vsec1＝Vi·n1-VD(1)Vsec2=Vi·n2·D1-D-VD---(2)]]>Vo＝Vsec1·D+Vsec2·(1-D)＝(n1+n2)·D·Vi-VD(3)式中Vsec1、Vsec2——分别为正激、反激时的次级整流输出电压；Vo——输出电压；Yi——输入电压；VD——整流二极管VD1、VD2的导通压降；D——开关管VQ导通占空比；n1、n2——分别为正激、反激绕组与初级绕组的匝比。可见，该变换器具有Buck型派生隔离双端变换器的特征，输出电压Vo与占空比D成线性关系。2)、最大导通占空比DMax的约束条件定义正激、反激输出的能量比m为m=Po1Po2---(4)]]>式中Po1、Po2——分别为正激、反激绕组输出能量。忽略二极管压降VD时则有m=Po1Po2=Vsec1·DVsec2·(1-D)≈n1n2---(5)]]>由式(3)、(5)解得Vsec2=Vo(1-D)·(1+m)---(6)]]>为了减小反激时流过缓冲二极管VDr1、VDr2的电流，则应使额定输入电压下，反激绕组的电流下降率等于滤波电感Lo的电流下降率，即Vo-Vsec2(e)Lo=Vsec2(e)+VDLs2---(7)]]>式中Ls2——反激绕组的电感量。同时还应满足在最大占空比DMax(对应于最低输入电压、最大输出电流)时，反激输出电压不高于输出电压Vo，即；Vsec2(Max)≤Vo(8)由式(6)、(8)解得最大导通占空比DMax的约束条件为DMax≤m(1+m)---(9)]]>一般情况下，可取m＝1～1.5。3)、输出整流二极管的反向电压应力VVD正激输出时，整流二极管VD2的反向电压应力VVD2为VVD2＝(n1+n2)·Vi(10)反激输出时，整流二极管VD1的反向电压应力VVD1为VVD1=(n1+n2)·Vi·D1-D---(11)]]>故，输出整流二极管VD1、VD2的反向电压应力最大值VVD(Max)为 VVD(Max)=(n1+n2)·Vi·MAX---(12)]]>=(Vo+VD)·MAX]]>式中MAX——表示取其中的最大值。可见，输出整流二极管的反向电压应力与正激或反激变换器的相当(正激或反激变换器的整流二极管电压应力为(Vo+VD)/D)，与桥式等双端变换器采用全波整流时相比，整流二极管电压应力降低约一半。4)、输出滤波电感的正、负伏秒积的绝对值ETM经推导得出，输出滤波电感的正、负伏秒积的绝对值ETM为ETM=|Vo-Vsec2|·(1-D)·Ts]]>=|m1+m-D|·Vo·Ts]]>可见，该正激-反激合并式变换器的输出滤波电感正、负伏秒积的绝对值远小于正激变换器(正激变换器的输出滤波电感正、负伏秒积的绝对值为(1-D)VoTs)。即正激-反激合并式变换器可以大大降低输出电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正激－反激合并式ＤＣ／ＤＣ隔离变换器，其主电路由开关管（ＶＱ）、隔离变压器（Ｔ）、次级整流滤波电路（１）和初级缓冲网络（２）构成；隔离变压器（Ｔ）有一个初级绕组（Ｎ↓［ｐ］）和一套或多套次级绕组；次级整流滤波电路（１）可以是一组或多组输出，对应隔离变压器（Ｔ）的一套或多套次级绕组；初级缓冲网络（２）可以是ＲＣＤ网络或ＬＣＤ网络；输出端子①、②作为该组输出与负载的连接端；其特征是：隔离变压器（Ｔ）的每套次级绕组包括一个正激绕组（Ｎ↓［ｓ１］）和一个反激绕组（Ｎ↓［ｓ２］），次级整流滤波电路（１）的每组输出由整流二极管（ＶＤ↓［１］、ＶＤ↓［２］）、缓冲二极管（ＶＤ↓［ｒ１］、ＶＤ↓［ｒ２］）、缓冲电容（Ｃ↓［ｒ］）、滤波电容（Ｃ↓［０］）、滤波电感（Ｌ↓［０］）构成；各元器件的连接关系为：隔离变压器（Ｔ）的初级绕组（Ｎ↓［ｐ］）的一端连接直流电源（Ｖ↓［ｉ］）的正极，初级绕组（Ｎ↓［ｐ］）的另一端连接开关管（ＶＱ）的漏极或称集电极；开关管（ＶＱ）的源极或称发射极连接直流电源（Ｖ↓［ｉ］）的负极；隔离变压器（Ｔ）的正激绕组（Ｎ↓［ｓ１］）的一端与反激绕组（Ｎ↓［ｓ２］）的非同名端相连作为输出端子②，正激绕组（Ｎ↓［ｓ１］）的另一端接整流二极管（ＶＤ↓［１］）的阳极，反激绕组（Ｎ↓［ｓ２］）的另一端接整流二极管（ＶＤ↓［２］）的阳极和缓冲二极管（ＶＤ↓［ｒ１］）的阳极；缓冲二极管（ＶＤ↓［ｒ１］）的阴极接缓冲二极管（ＶＤ↓［ｒ２］）的阳极和缓冲电容（Ｃ↓［ｒ］）的正极，缓冲电容（Ｃ↓［ｒ］）的负极接输出端子②；整流二极管（ＶＤ↓［１］、ＶＤ↓［２］）的阴极和缓冲二极管（ＶＤ↓［ｒ２］）的阴极相连并且接滤波电感（Ｌ↓［０］）的一端，滤波电感（Ｌ↓［０］）的另一端接滤波电容（Ｃ↓［０］）的正极并作为输出端子①，滤波电容（Ｃ↓［０］）的负极接输出端子②。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张焱植，
申请(专利权)人：周春香，
类型：实用新型
国别省市：13[中国|河北]