以双功率变压器实现整流管电压箝位的整流电路制造技术

本发明专利技术涉及直流／直流变换领域，旨在提供一种以双功率变压器实现整流管电压箝位的整流电路。该整流电路包括功率变压器、一个辅助电容及两个整流二极管，所述功率变压器是两个，均分别具有一个原边绕组和一个副边绕组，两个功率变压器采用串联或并联结构。本发明专利技术简化了每个变压器的绕组结构，提高了磁芯窗口利用率。可以选用较小的输出滤波电容，从而减小产品体积；变压器副边绕组内的电流有效值下降，减小了副边绕组损耗。能够使用更小的磁芯，提高磁芯利用率，缩小体积，节约成本，提高效率，同时在功率变压器设计和生产时也更加方便。因此本发明专利技术能有效地提高变流器的整体变换效率和功率密度，同时兼顾生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直流/直流变换领域，涉及一种能够实现整流管电压箝位以达到低整流管电压应力的整流电路。更具体的说，本专利技术涉及一种由两个各带有一个副边绕组的功 率变压器实现整流管电压箝位的电路。本专利技术还涉及磁集成领域，提出了电路中功率变压 器的两种磁集成实现方案。
技术介绍
电容性输出中心抽头整流电路(如图1)因其简单的结构，较低的整流管电压应 力，无输出电感损耗以及容易实现整流管的软开关工作环境等众多优势被广泛地应用于大 电流输出场合。但高频功率变压器漏感及引线电感等与副边整流管的等效寄生输出结电容 在换流时极易产生电压寄生振荡，增加整流管的电压应力，因此在实际应用中仍需采用辅 助的电压缓冲吸收电路或者选用相对耐压较高的输出整流管，从而增加了辅助损耗或者导 通损耗，降低了变流器的整体变换效率。而且变压器副边的两个绕组不能同时有电流，因此 变压器窗口利用率低，变压器结构复杂。采用全桥式容性整流电路(如图2)能有效地抑制 寄生振荡，将副边整流管的电压应力箝位到输出电压，但所增加的整流管会影响导通损耗， 尤其是大电流输出时，导通损耗较大。另外，若采用同步整流技术以适应于大电流输出场 合，每个桥臂上管的同步整流驱动较难实现。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供了一种以双功率变压器实现整流管电压 箝位的整流电路。为实现专利技术目的，本专利技术的解决方案是 提供一种以双功率变压器实现整流管电压箝位的整流电路，包括功率变压器、一 个辅助电容及两个整流二极管，所述功率变压器是两个，均分别具有一个原边绕组和一个 副边绕组，两个功率变压器采用串联或并联结构；所述功率变压器，定义变压器绕组同名端 标识端为正端，另一为负端，则第一功率变压器的副边绕组的正端与第二整流管的阴极相 连，并连接至输出滤波电容的阳极；第一功率变压器的副边绕组的负端与第一整流管的阴 极相连，并连接至辅助电容的阳极；第二功率变压器的副边绕组的正端与第一整流二极管 的阳极相连，并连接至输出滤波电容的阴极；第二功率变压器的副边绕组的负端与第二整 流二极管的阳极相连，并连接至辅助电容的阴极。 本专利技术的整流电路，在前半个开关周期内，由第一功率变压器向输出传递能量，此 时第一整流二极管导通，第二整流二极管阻断，第二整流二极管两端电压被辅助电容和输 出滤波电容箝位在两倍输出电压；在后半个开关周期内，第二功率变压器向输出传递能量， 此时第二整流二极管导通，第一整流二极管阻断，第一整流二极管两端电压被辅助电容和 输出滤波电容箝位在两倍输出电压。在整个开关周期内辅助电容还具有旁路作用，能够减 小输出侧电流纹波。 作为一种改进，所述两个功率变压器为对称结构，具有相同的匝比。 作为一种改进，所述副边绕组是普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管、N沟道 的M0SFET同步整流管或P沟道的MOSFET同步整流管中的任意一种。 作为一种改进，所述两个功率变压器的磁芯是具有三个磁柱的对称结构的磁芯。 作为一种改进，当两个功率变压器采用串联结构时，所述两个功率变压器的磁集 成的结构为下述两种方案的任意一种 (1)定义磁芯柱从左至右依次为1号柱、2号柱、3号柱，两个功率变压器的原边串 联绕在磁芯的2号柱上，1\和T2的副边分别绕在1号柱和3号柱上，气隙开在磁芯2号柱 上； (2)定义磁芯柱从左至右依次为1号柱、2号柱、3号柱，两个功率变压器的原边分 别绕在磁芯的1号柱和3号柱上，并连接在一起；绕制和连接时需使得两个绕组产生的磁通 在1号柱和3号柱形成环路，即若1号柱上的绕组在变流器工作时，产生一个方向向上的磁 通；绕制和连接时需使得3号柱上绕组产生的磁通方向向下，从而与1号柱绕组产生的磁通 形成环路；副边分别绕在1号柱和3号柱上；三个柱上都需要开气隙，其中1号柱和3号柱 的气隙大小相同，2号柱的气隙大于1号柱和3号柱的气隙。 作为一种改进，当两个功率变压器采用并联结构时，所述两个功率变压器的磁集 成的结构为定义磁芯柱从左至右依次为1号柱、2号柱、3号柱，两个功率变压器的原边分 别绕在磁芯的1号柱和3号柱上，并连接在一起；绕制和连接时需使得两个绕组产生的磁通 在1号柱和3号柱形成环路，即若1号柱上的绕组在变流器工作时，产生一个方向向上的磁 通；绕制和连接时需使得3号柱上绕组产生的磁通方向向下，从而与1号柱绕组产生的磁通 形成环路；副边分别绕在1号柱和3号柱上；三个柱上都需要开气隙，其中1号柱和3号柱 的气隙大小相同，2号柱的气隙大于1号柱和3号柱的气隙。 本专利技术的有益效果在于 本专利技术简化了每个变压器的绕组结构，提高了磁芯窗口利用率。借助辅助电容C2， 有效地抑制整流管上的电压寄生振荡，电压应力被箝位于两倍的输出电压。输出电流纹波 因辅助电容的旁路作用而下降为整流管内电流纹波的一半，变压器副边绕组内的电流有效 值下降，因此可以选用较低耐压的整流管降低导通损耗，而且可以采用较小的输出滤波电 容减小产品体积。副边绕组和输出滤波电容中的导通损耗也能得到改善。另外，双变压器 的结构在不同的场合，两个功率变压器原边绕组可以灵活的采用串联或并联的结构当输 入为高压小电流的场合，两个功率变压器原边绕组可采用串联结构，使得两个功率变压器 原边绕组上各自承受的电压减小，功率变压器原边绕组匝数可以减小，从而可以使用更小 的磁芯，提高磁芯利用率，縮小体积，节约成本，提高效率，同时使得功率变压器设计和生产 时也更加方便；当输入为低压大电流的场合，两个功率变压器原边绕组可以采用并联结构， 使得两个功率变压器原边绕组上各自流过的电流减小，于是原边绕组的线径可以变小，从 而可以使用更小的磁芯，提高磁芯利用率，縮小体积，节约成本，提高效率。此外，本专利技术还 提出了该电路中两个功率变压器的两种磁集成方案，不仅仅适用于E型的磁芯，只要是具 有三个磁柱的对称结构的磁芯都可以采用。将两个变压器集成在一个磁芯上，以进一步縮 小体积，提高磁芯利用率。 本专利技术不需增加任何有源辅助器件，而是借助辅助电容，有效地抑制整流管上的 电压寄生振荡，电压应力被箝位于两倍的输出电压，因此可以选用较低耐压的整流管降低导通损耗；输出电流纹波因辅助电容的旁路作用而下降为整流管内电流纹波的一半，因此 可以选用较小的输出滤波电容，从而减小产品体积；变压器副边绕组内的电流有效值下降， 减小了副边绕组损耗。 另外，两个功率变压器原边根据应用场合的不同可以采用串联或并联两种结构， 以便能够使用更小的磁芯，提高磁芯利用率，縮小体积，节约成本，提高效率，同时在功率变 压器设计和生产时也更加方便。因此本专利技术能有效地提高变流器的整体变换效率和功率密 度，同时兼顾生产成本。 本专利技术的另一优点在于能适用于多种变流器拓扑结构，包括全桥LLC谐振电路 (如图5)及半桥LLC谐振电路(如图6)，以及普通的P丽半桥和全桥电路。附图说明 图1是传统的中心抽头电容性输出整流电路。 图2是传统的全桥电容性输出整流电路。 图3是本专利技术采用两个变压器的整流管电压箝位作用的变流器(变压器原边串联 结构)。 图4是本专利技术采用两个变压器的整流管电压箝位作用的变流器(变压器原边并联 结构)。 图5是图3所示本专利技术整流电路应用于全桥LLC谐振变流器。 图6是图3所示本专利技术整流电路应用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以双功率变压器实现整流管电压箝位的整流电路，包括功率变压器、一个辅助电容及两个整流二极管，其特征在于，所述功率变压器是两个，均分别具有一个原边绕组和一个副边绕组，两个功率变压器采用串联或并联结构；　　　　所述功率变压器，定义变压器绕组同名端标识端为正端，另一为负端，则第一功率变压器的副边绕组的正端与第二整流管的阴极相连，并连接至输出滤波电容的阳极；第一功率变压器的副边绕组的负端与第一整流管的阴极相连，并连接至辅助电容的阳极；第二功率变压器的副边绕组的正端与第一整流二极管的阳极相连，并连接至输出滤波电容的阴极；第二功率变压器的副边绕组的负端与第二整流二极管的阳极相连，并连接至辅助电容的阴极。

【技术特征摘要】
一种以双功率变压器实现整流管电压箝位的整流电路，包括功率变压器、一个辅助电容及两个整流二极管，其特征在于，所述功率变压器是两个，均分别具有一个原边绕组和一个副边绕组，两个功率变压器采用串联或并联结构；所述功率变压器，定义变压器绕组同名端标识端为正端，另一为负端，则第一功率变压器的副边绕组的正端与第二整流管的阴极相连，并连接至输出滤波电容的阳极；第一功率变压器的副边绕组的负端与第一整流管的阴极相连，并连接至辅助电容的阳极；第二功率变压器的副边绕组的正端与第一整流二极管的阳极相连，并连接至输出滤波电容的阴极；第二功率变压器的副边绕组的负端与第二整流二极管的阳极相连，并连接至辅助电容的阴极。2. 根据权利要求1所述的整流电路，其特征在于，所述两个功率变压器为对称结构，具 有相同的匝比。3. 根据权利要求1所述的整流电路，其特征在于，所述副边绕组是普通二极管、快恢复 二极管、肖特基二极管、N沟道的M0SFET同步整流管或P沟道的M0SFET同步整流管中的任 意一种。4. 根据权利要求1至3所述的任意一种整流电路，其特征在于，所述两个功率变压器的 磁芯是具有三个磁柱的对称结构的磁芯。5. 根据权利要求4所述的整流电路，其特征在于，当两个功率变压器采用串联结构时， 所述两个功率变压器的磁集成的结构为下述两种方案的任意一种(1) 定义磁芯柱从左至右依次为1号...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴新科，陈越，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]