多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，由N级高变比DC/DC变换器和参考电平变换器构成，或含有高频补偿电路；N级高变比DC/DC变换器用于实现高变比的电压变换，参考电平变换器为隔离型变换器或非隔离变换器，其输出端能够输出不同极性的可调电压，或者该变换器为独立的外接电源；参考电平变换器输出端电平值的正负与高低影响N级高变比DC/DC变换器的电压变比，通过调整该电平值，可抵抗供电电源电压的波动与宽范围变化；高频补偿电路补偿高频功率波动。本发明专利技术对传统开关谐振变换器进行了改进，在提高变换器电压变比的同时，实现了变换器的宽范围增益调节，保证负载侧输出电压的稳定；若加入高频补偿电路可提高动态响应速度。提高动态响应速度。提高动态响应速度。

Multi reference level wide range gain regulated high transformation ratio dc/dc converter

【技术实现步骤摘要】
多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器


[0001]本专利技术涉及DC/DC变换器的
，尤其是指一种多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器。

技术介绍

[0002]目前，服务器电源普遍采用48V的中间总线架构，该48V由服务器主板上进行的功率变换而来。现有的技术方案多采用两级电压变换的架构，中间先经过一次电压变换到12V，再进行一次电压变换到所需的3.3V、1.2V等低电压，此处的两级电压变换会增加系统电能损耗从而降低系统的效率，增加系统的体积从而降低功率密度。传统的开关谐振腔变换器需要大量的开关管构成高级数的DC/DC变换器来实现高变比，并且这类高变比DC/DC变换器一般处于不调压的开环运行状态，对输入电压波动、负载功率波动的抗扰性较差。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，该变换器由N级高变比DC/DC变换器和参考电平变换器构成，减少了电能损耗提高了电源效率，减小了电源体积提高了功率密度；与传统的开关谐振腔变换器相比，减小了体积与器件使用数量，本专利技术通过调整参考电平变换器输出端的电压值，从而调整N级变换器的电压变比，达到抵抗供电电源电压的波动与宽范围变化，实现变换器的宽范围增益调节，保证负载侧输出电压稳定的效果。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，该变换器是由N级高变比DC/DC变换器和参考电平变换器构成，其中N级高变比DC/DC变换器是由N级变换单元构成的N级变换器，N为大于或等于2的整数，为非隔离变换器，用于实现高变比的电压变换；参考电平变换器为隔离型变换器或非隔离变换器，或者参考电平变换器为独立的外接电源；
[0005]所述N级变换器的第1级变换单元采用第一类基本变换单元，除第1级外的其它变换单元采用第一类基本变换单元或第二类基本变换单元，第一类基本变换单元与第二类基本变换单元均包含的部分有：
[0006]输入端口；
[0007]输出端口；
[0008]第一谐振腔，包含第一端以及第二端；
[0009]第二谐振腔，包含第一端以及第二端，该第二谐振腔的第一端电连接输出端口；
[0010]第一半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第一半桥电路的中点电连接第一谐振腔的第一端，该第一半桥电路的第一端电连接输入端口，第二端电连接输出端口；
[0011]第二半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第二半桥电路的中点电连接第一谐振腔的第二端，该第二半桥电路的第一端电连接输出端口，第二端电连接接地端口或者参考电平变换器的输出端；
[0012]第一类基本变换单元的第二谐振腔的第二端电连接接地端口，第二类基本变换单元还包含：
[0013]第三半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第三半桥电路的中点电连接第二类基本变换单元的第二谐振腔的第二端，该第三半桥电路的第一端电连接低一级变换单元的输出端口，第二端电连接接地端口或者参考电平变换器的输出端；
[0014]所述N级变换器中第1级变换单元的输出端口为N级高变比DC/DC变换器的输出端，电连接负载的正极，除第1级变换单元外的其它变换单元的输出端口电连接低一级变换单元的输入端口，第N级变换单元的输入端口为N级高变比DC/DC变换器的输入端，电连接供电电源的正极；N级高变比DC/DC变换器的接地端口与负载的负极、供电电源的负极为同一电位；
[0015]除参考电平变换器为独立的外接电源的情况外，参考电平变换器的输入端电连接N级变换器的输入端、供电电源的正极或者N级变换器中的任意一级第一类基本变换单元的输出端口；输出端能够输出可调电压，该可调电压的电平值为正值、负值或者零电位；N级变换器中至少一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端电连接一个参考电平变换器的输出端；参考电平变换器内部的开关管的导通与关断时间的长短影响该变换器输出端的电压，因此控制开关管的占空比能够调节参考电平变换器输出端的电平值；
[0016]参考电平变换器输出端的电平值的正负与高低影响N级变换器的电压变比：参考电平变换器的输出端电压为正，N级变换器的电压变比将变小，输出端电压为负，N级变换器的电压变比将变大；参考电平变换器的输出端电压越高，N级变换器的电压变比越小，输出端电压越低，N级变换器的电压变比越大；通过调节N级变换器的电压变比，从而抵抗供电电源电压的波动与宽范围变化，实现变换器的宽范围增益调节，保证负载输出电压的稳定。
[0017]优选的，参考电平变换器为非隔离变换器，由第一开关管、第二开关管、电感和电容这些元件构成，上述元件均为二端元件，包含第一端与第二端；互补运行的第一开关管以及第二开关管构成半桥电路，该半桥电路包含第一端、第二端以及中点，该第一端为参考电平变换器的输入端，该第二端为参考电平变换器的输出端；第一开关管的第一端电连接半桥电路的第一端，第一开关管的第二端电连接第二开关管的第一端以及半桥电路的中点，第二开关管的第二端电连接半桥电路的第二端；电感的第一端电连接半桥电路的中点，第二端电连接接地端口；电容的第一端电连接接地端口，第二端电连接半桥电路的第二端；
[0018]参考电平变换器的输入端电连接某一第一类基本变换单元的输出端口，输出端电连接N级变换器某一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端；设电容的第一端与第二端之间的电压为V
c
，为参考电平变换器的输出端电压，半桥电路的第一端与接地端口之间的电压为V1，第一开关管的占空比为D，第二开关管的占空比为1
‑
D，D的取值为0
‑
1，则V
c
与V1之间的关系式为：
[0019][0020]通过调整D的取值，能够使得参考电平变换器的输出端电压可调，从而调整N级变换器的电压变比。
[0021]优选的，参考电平变换器为隔离变换器，由第一、二、三、四、五、六开关管，第一电
感，第二电感，第一电容，第二电容和变压器构成；开关管、电感、电容均为二端元件，包含第一端与第二端；变压器有原边第一端、原边第二端、副边第一端、副边第二端和副边中点，原边第一端与原边第二端之间的电感绕组的匝数为p，副边第一端与副边中点之间的电感绕组的匝数为s，副边中点与副边第二端之间的电感绕组的匝数为s，原边绕组与副边绕组之间是电气隔离；
[0022]第一开关管的第一端电连接第二开关管的第一端、第一电容的第一端以及接地端口，变压器的副边中点为参考电平变换器的输出端，电连接第一电容的第二端；变压器的副边第一端电连接第一开关管的第二端，副边第二端电连接第二开关管的第二端；
[0023]互补运行的第三开关管以及第四开关管构成第一半桥电路，该第一半桥电路包含第一端、第二端以及中点，第三开关管的第一端电连接第一半桥电路的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：该变换器是由N级高变比DC/DC变换器和参考电平变换器构成，其中N级高变比DC/DC变换器是由N级变换单元构成的N级变换器，N为大于或等于2的整数，为非隔离变换器，用于实现高变比的电压变换；参考电平变换器为隔离型变换器或非隔离变换器，或者参考电平变换器为独立的外接电源；所述N级变换器的第1级变换单元采用第一类基本变换单元，除第1级外的其它变换单元采用第一类基本变换单元或第二类基本变换单元，第一类基本变换单元与第二类基本变换单元均包含的部分有：输入端口；输出端口；第一谐振腔，包含第一端以及第二端；第二谐振腔，包含第一端以及第二端，该第二谐振腔的第一端电连接输出端口；第一半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第一半桥电路的中点电连接第一谐振腔的第一端，该第一半桥电路的第一端电连接输入端口，第二端电连接输出端口；第二半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第二半桥电路的中点电连接第一谐振腔的第二端，该第二半桥电路的第一端电连接输出端口，第二端电连接接地端口或者参考电平变换器的输出端；第一类基本变换单元的第二谐振腔的第二端电连接接地端口，第二类基本变换单元还包含：第三半桥电路，包含第一端、第二端以及中点，该第三半桥电路的中点电连接第二类基本变换单元的第二谐振腔的第二端，该第三半桥电路的第一端电连接低一级变换单元的输出端口，第二端电连接接地端口或者参考电平变换器的输出端；所述N级变换器中第1级变换单元的输出端口为N级高变比DC/DC变换器的输出端，电连接负载的正极，除第1级变换单元外的其它变换单元的输出端口电连接低一级变换单元的输入端口，第N级变换单元的输入端口为N级高变比DC/DC变换器的输入端，电连接供电电源的正极；N级高变比DC/DC变换器的接地端口与负载的负极、供电电源的负极为同一电位；除参考电平变换器为独立的外接电源的情况外，参考电平变换器的输入端电连接N级变换器的输入端、供电电源的正极或者N级变换器中的任意一级第一类基本变换单元的输出端口；输出端能够输出可调电压，该可调电压的电平值为正值、负值或者零电位；N级变换器中至少一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端电连接一个参考电平变换器的输出端；参考电平变换器内部的开关管的导通与关断时间的长短影响该变换器输出端的电压，因此控制开关管的占空比能够调节参考电平变换器输出端的电平值；参考电平变换器输出端的电平值的正负与高低影响N级变换器的电压变比：参考电平变换器的输出端电压为正，N级变换器的电压变比将变小，输出端电压为负，N级变换器的电压变比将变大；参考电平变换器的输出端电压越高，N级变换器的电压变比越小，输出端电压越低，N级变换器的电压变比越大；通过调节N级变换器的电压变比，从而抵抗供电电源电压的波动与宽范围变化，实现变换器的宽范围增益调节，保证负载输出电压的稳定。2.根据权利要求1所述的多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：参考电平变换器为非隔离变换器，由第一开关管、第二开关管、电感和电容这些元件构
成，上述元件均为二端元件，包含第一端与第二端；互补运行的第一开关管以及第二开关管构成半桥电路，该半桥电路包含第一端、第二端以及中点，该第一端为参考电平变换器的输入端，该第二端为参考电平变换器的输出端；第一开关管的第一端电连接半桥电路的第一端，第一开关管的第二端电连接第二开关管的第一端以及半桥电路的中点，第二开关管的第二端电连接半桥电路的第二端；电感的第一端电连接半桥电路的中点，第二端电连接接地端口；电容的第一端电连接接地端口，第二端电连接半桥电路的第二端；参考电平变换器的输入端电连接某一第一类基本变换单元的输出端口，输出端电连接N级变换器某一级变换单元的第二半桥电路或者第三半桥电路的第二端，或者第二半桥电路与第三半桥电路的第二端；设电容的第一端与第二端之间的电压为V
c
，为参考电平变换器的输出端电压，半桥电路的第一端与接地端口之间的电压为V1，第一开关管的占空比为D，第二开关管的占空比为1
‑
D，D的取值为0
‑
1，则V
c
与V1之间的关系式为：通过调整D的取值，能够使得参考电平变换器的输出端电压可调，从而调整N级变换器的电压变比。3.根据权利要求1所述的多参考电平宽范围增益调节高变比DC/DC变换器，其特征在于：参考电平变换器为隔离变换器，由第一、二、三、四、五、六开关管，第一电感，第二电感，第一电容，第二电容和变压器构成；开关管、电感、电容均为二端元件，包含第一端与第二端；变压器有原边第一端、原边第二端、副边第一端、副边第二端和副边中点，原边第一端与原边第二端之间的电感绕组的匝数为p，副边第一端与副边中点之间的电感绕组的匝数为s，副边中点与副边第二端之间的电感绕组的匝数为s，原边绕组与副边绕组之间是电气隔离；第一开关管的第一端电连接第二开关管的第一端、第一电容的第一端以及接地端口，变压器的副边中点为参考电平变换器的输出端，电连接第一电容的第二端；变压器的副边第一端电连接第一开关管的第二端，副边第二端电连接第二开关管的第二端；互补运行的第三开关管以及第四开关管构成第一半桥电路，该第一半桥电路包含第一端、第二端以及中点，第三开关管的第一端电连接第一半桥电路的第一端，第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜贵平，郑昊，朱天生，雷雁雄，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：