一种隔离型双极性输出自均压型DC-DC变换器制造技术

一种隔离型双极性输出自均压型DC

【技术实现步骤摘要】
一种隔离型双极性输出自均压型DC
‑
DC变换器


[0001]本专利技术涉及一种DC
‑
DC变换器，具体涉及一种隔离型双极性输出自均压型DC
‑
DC变换器。

技术介绍

[0002]随着物联网的发展，我们的电子设备越来越信息化、智能化和复杂化，对于通信机房的控制系统、驱动系统及各种采样电路等场合需要双极性电压输出辅助电源进行供电。常见的多路输出变换器拓扑有正激、反激、推挽等，其中，反激变换器因其具有拓扑结构简单、输入与输出电气隔离、升压与降压范围宽等优点，在中小功率开关电源中得到了广泛应用。通过增加反激变换器绕组组数可实现双极性电压输出，满足设备的供电需求。然而传统反激多路变换器因存在交叉调整率问题而使得这些变换器的输出电压在负载不一致时易出现电压不均衡，影响交叉调整率的因素有很多，主要包括：变压器漏感大小、变换器前端钳位电压大小、输出负载不平衡度。多路输出变换器的交叉调整率问题一直是电源领域学者们的研究难点和热点。
[0003]目前针对交叉调整率的改善措施主要分为控制和电路拓扑两个方面，例如授权公告号为CN105322798B的专利文献公开了“一种多路输出反激变换器”，该变换器在输出电路中设置电压型负反馈环，通过电压负反馈环和PWM控制构成控制方式控制了能量的传输，使得辅路的输出电压也能保持高稳定精度，与采用两级功率变换器进行稳压的多路输出反激变换器相比，能够直接从变压器通过整流开关向负载供电，不需要第二级变换，故该变换器辅路输出的效率高。但是，该变换器在辅路增加的开关加大了时序控制难度。
[0004]申请公布号为CN114679065A的中国专利公开了“一种高效率低交叉调整率的多路输出电源”，该变换器基于Flyback拓扑结构的多路输出DC/DC电源的各路输出接入同步整流及输出调节电路，通过同步整流及输出调节电路对输出电压进行二次调整，同时将多路输出DC/DC电源副边的续流二极管替换为低损耗的MOS管，从而降低输出损耗，改善多路输出电源的交叉调整率，解决现有多路输出电源交叉调整率优化方案电路元件多、控制复杂的技术问题。然而，该变换器将整流二极管替换为两个共源连接的MOS管，增加了电路的损耗，导致电源的传输效率低。

技术实现思路

[0005]为解决传统双极性输出反激变换器的输出电压易受负载扰动影响而产生偏差的问题。本专利技术基于传统多绕组输出变换器提出了一种隔离型双极性输出自均压型DC
‑
DC变换器，该变换器包含一个直流输入源，一个基本反激变换器和一个双极性单元。增加的一个双极性单元，与传统变换器相比，本专利技术DC
‑
DC变换器大幅降低传统反激变换器在双极性输出时因交叉调整率造成的电压不均衡问题，实现了双极性输出电路的自动均压效果，降低电压偏差。同时该DC
‑
DC变换器的电路拓扑简单，变压器利用率高，控制系统设计和实现难度较低，适用于需要双极性电压供电场合。
[0006]本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种隔离型双极性输出自均压型DC
‑
DC变换器，该变换器包括反激变换器、双极性单元；
[0008]所述反激变换器包括直流输入源u
in
，功率开关S1，励磁电感L
m
，变压器T，输出二极管D1，输出电容C1；反激变换器的连接形式如下：
[0009]励磁电感L
m
的上端分别连接变压器T的初级绕组L
p
上端、输入电源u
in
的正极；
[0010]励磁电感L
m
的下端分别连接功率开关S1的漏极、变压器T的初级绕组L
p
下端；
[0011]功率开关S1的源极连接输入电源u
in
的负极；
[0012]变压器T的次级绕组L
s
上端连接二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接变压器T的次级绕组L
s
的下端；
[0013]所述双极性单元包括电感L2，二极管D2，电容C2，电容C
p
；双极性单元的连接形式如下：
[0014]电容C
p
的另一端分别连接二极管D2的阳极、电感L2的一端；二极管D2的阴极连接电容C2的一端连接，电容C2的另一端连接电感L2的另一端；
[0015]反激变换器与双极性单元之间的连接关系如下：
[0016]变压器T的次级绕组L
s
上端连接电容C
p
的一端，电容C1的另一端分别连接电容C2的一端、二极管D2的阴极；
[0017]负载R1的一端连接电容C1的一端，负载R1的另一端连接变压器次级绕组L
s
的下端；
[0018]负载R2的一端连接二极管D2的阴极，负载R2的另一端连接电感L2的另一端。
[0019]所述功率开关S1的栅极连接控制器，其占空比可以在0至1之间变化。
[0020]根据变换器开关管状态的不同，能够将电路分为2个工作过程，分别为：功率开关S1导通时，二极管D1、D2关断；功率开关S1关断时，二极管D1、D2导通。具体如下：
[0021](1)功率开关S1导通时，二极管D1、D2关断；输入电压加在变压器初级绕组上，初级线圈L
p
电流上升，变压器储能增加，同时将能量传输到次级绕组L
s
，二极管D1、D2承受反向电压截止，此时变压器次级线圈L
s
为双极性单元的电容C
p
和电感L2充电，输出电容C1为负载R1供电，输出电容C2为负载R2供电。励磁电感L
m
、次级绕组L
s
、电感L2端电压表达式如下：
[0022][0023](2)功率开关S1关断时，二极管D1、D2导通；变压器次级线圈L
s
电流下降，电容C
p
向电容C1放电，电感L2向电容C2放电。励磁电感L
m
、次级绕组L
s
、电感L2端电压表达式如下：
[0024][0025]其中：N为变压器原副边匝数比，
[0026]在整个开关周期内，根据电感伏秒平衡原理，变压器次级线圈L
s
和电感L2的平均电压为0，由L
s
→
C
p
→
L2→
C2→
L
s
回路KVL原理可得电容C
p
的电压u
cp
等于双极性单元输出电压u
o2
。在开关断开期间，二极管D1导通，次级绕组L
s
通过回路L
s
(C
p
)
→
D1→
C1→
L
s
(C
p
)向电容C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隔离型双极性输出自均压型DC
‑
DC变换器，其特征在于：该变换器包括反激变换器、双极性单元；所述反激变换器包括直流输入源u
in
，功率开关S1，励磁电感L
m
，变压器T，输出二极管D1，输出电容C1；反激变换器的连接形式如下：励磁电感L
m
的上端分别连接变压器T的初级绕组L
p
上端、输入电源u
in
的正极；励磁电感L
m
的下端分别连接功率开关S1的漏极、变压器T的初级绕组L
p
下端；功率开关S1的源极连接输入电源u
in
的负极；变压器T的次级绕组L
s
上端连接二极管D1的阳极连接，二极管D1的阴极连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接变压器T的次级绕组L
s
的下端；所述双极性单元包括电感L2，二极管D2，电容C2，电容C
p
；双极性单元的连接形式如下：电容C
p
的另一端分别连接二极管D2的阳极、电感L2的一端；二极管D2的阴极连接电容C2的一端连接，电容C2的另一端连接电感L2的另一端；反激变换器与双极性单元之间的连接关系如下：变压器T的次级绕组L
s
上端连接电容C
p
的一端，电容C1的另一端分别连接电容C2的一端、二极管D2的阴极；负载R1的一端连接电容C1的一端，负载R1的另一端连接变压器次级绕组L
s
的下端；负载R2的一端连接二极管D2的阴极，负载R2的另一端连接电感L2的另一端。2.根据权利要求1所述一种隔离型双极性输出自均压型DC
‑
DC变换器，其特征在于：所述功率开关S1的栅极连接控制器，其占空比能够在0至1之间变化。3.根据权利要求1或2所述一种隔离型双极性输出自均压型DC
‑
DC变换器，其特征在于：根据变换器开关管状态的不同，能够将电路分为2个工作过程，分别为：功率开关S1导通时，二极管D1、D2关断；功率开关S1关断时，二极管D1、D2导通；具体如下：(1)功率开关S1导通时...

【专利技术属性】
技术研发人员：邾玢鑫，周丽娟，覃团发，郑含博，胡永乐，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：