一种多路输出直流-直流变换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多路输出直流－直流变换器，它包括公共逆变桥臂和多个独立逆变桥臂；各独立逆变桥臂均包括两个带有反并联二极管的第一、第二功率开关管；公共逆变桥臂包括均由功率二极管和第三功率开关管串联而成的上、下单元；每个独立逆变桥臂中点与公共逆变桥臂中点分别接有输出电路。本实用新型专利技术装置工作于恒定频率，各路输出电压均利用该路的独立逆变桥臂与公共逆变桥臂之间的相移来进行调节，各路输出之间完全独立，互不影响。各独立逆变桥臂作为移相控制中的超前桥臂，桥臂中的各功率开关管均可实现零电压开通；公共逆变桥臂作为移相控制中的滞后桥臂，通过二个功率二极管及各路输出电路中复位电容的作用，公共逆变桥臂中的功率开关管均可实现零电流开关。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及直流-直流变换器，尤其是大功率全桥软开关隔离型多 路输出直流-直流变换器。
技术介绍
多路输出的直流-直流变换器有着极为广泛的应用，对多路输出的直流-直流变换器的基本要求有高效率，低成本，小体积，控制方法简单，输入 输出隔离以及各路输出电压均可调节等。目前，已有多种技术可以同时满 足上述的一种或多种需求，然而，这些技术中大都利用了一个或两个功率 开关管来形成正激或反激电路，不能应用于大功率输出场合。例如，名为"一种多路输出直流/直流变换器及变换方法"，公告号1389971，公告日2003 年1月8日的中国专利，通过两个结构对称的单端隔离变换器对输入电压 进行变换，将两个隔离变换器输出端相并联，形成共用的第一级低压直流 母线，再将多个直流-直流变换单元的输入端与低压直流母线连接，得到多 路电压可调节的直流输出。该电路结构简单，成本低，但由于仅使用单个 功率开关管进行功率变换，难以应用于大功率场合。在需要大功率多路输出的场合，通常使用全桥变换器进行功率变换。 但是，若每一路输出使用一个全桥变换器进行功率变换，则N路可调节输 出需要4N个功率开关管，导致系统结构复杂，成本过高，体积过大。为解 决上述问题，一种常用的大功率多路输出全桥直流-直流变换器如图1所示， 它包括了由变压器原边侧绕组np和反并联有二极管的功率开关管QrQ4组 成的输入电路，由变压器副边侧绕组nsi、 二极管组成的整流桥D^、滤波电 感L。p滤波电容C^组成的主输出，以及由变压器副边绕组nsi、整流桥D^ 辅助功率开关管Q。i、滤波电感L。i，滤波电容C。i和续流二极管Di组成的辅助输出，其中N为大于等于2的整数。通过对功率开关管QrQ4进行移相 控制，可以调节第一路输出电压，同时可以在一定范围内实现功率开关管 的零电压开通；通过对辅助功率开关管Q。i进行PWM控制，可以调节第2 至第N路输出电压。这种全桥隔离型直流-直流变换器仅使用了 N+3个功率 开关管，就可以得到N路输出电压，结构简单。但是，该电路存在许多缺 点需要额外的电路来控制辅助功率开关管；仅当第一路输出满载时，其 它的各路输出才能完全可调；并且所有副边绕组均处于同一变压器内，不 便于输出路数的扩充。名为"一种隔离型多路输出直流-直流变换器"，公开号1790887，公开 日2006年6月21日的中国专利申请，提出了一种结构简单且适用于中大 功率场合的多路输出直流-直流变换器。该专利技术在全桥变换器的第一逆变桥 臂中点与电源负端之间接有第一路输出电路，在第二逆变桥臂中点与电源 负端之间接有第二路输出电路，在第一逆变桥臂与第二逆变桥臂的中点之 间接有第三路输出电路。其中第一路输出电压依靠第一逆变桥臂的占空比 调节，第二路输出电压依靠第二逆变桥臂的占空比调节，第三路输出依靠 第一逆变桥臂与第二逆变桥臂之间的相移来调节。通过增加一个新的桥臂， 可以在桥臂中点与电源负端及相邻桥臂中点之间增加两个新的输出，该技 术理论上可以用N个功率开关管实现N-1路输出。该技术的缺点是第一输出与第二输出实际上是由半桥变换器进行功率变换的，输出能力不及全 桥变换器；各路输出均处于不对称工作状态，变压器利用不充分；各输出 之间互相影响，耦合严重；控制策略涉及占空比与移相之间的配合，实现 困难；并且控制策略随输出路数的增加而变得更为复杂，不利于输出路数 的扩充。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种多路输出直流-直流变换器，该变换器 可以提供多路精确可调的输出，且各路输出均具有与全桥变换器相当的功 率容量，能够提高效率与功率密度；并具有简单的主电路结构以及控制方法，便于进行输出路数的扩充。本技术提供的多路输出直流-直流变换器，其特征在于它包括公共逆变桥臂、N个独立逆变桥臂以及N路输出电路，N为大于等于2的整 数；N个独立逆变桥臂具有同样的结构，均包括两个带有反并联二极管的 第一、第二功率开关管；每个独立逆变桥臂的第一功率开关管的漏极与电 源正端相连，源极与第二功率开关管的漏极相连；第二功率开关管的源极 与电源负端相连；第一功率开关管源极与第二功率开关管漏极之间的连结 点作为该独立逆变桥臂的中点；公共逆变桥臂包括上、下单元，上、下单元均由功率二极管和第三功 率开关管串联而成，且功率二极管的阳极和第三功率开关管漏极为承受高 电位端；所述上单元的一端接电源正端，另一端接公共逆变桥臂的中点， 所述下单元的一端接公共逆变桥臂的中点，另一端接电源负端；每个独立逆变桥臂的中点与公共逆变桥臂中点分别接有输出电路，各 输出电路均包括复位电容、隔离整流电路和滤波电路；隔离整流电路的第 一输入端与独立逆变桥臂和公共逆变桥臂的其中一个中点相连，第二输入 端通过复位电容与独立逆变桥臂和公共逆变桥臂的另一个中点相连；滤波 电路由滤波电感和滤波电容串接而成，并接在隔离整流电路的正、负输出 端之间。本技术的共用零电流开关滞后桥臂的多路输出直流-直流变换器工 作于恒定频率，各路输出电压均利用.该路的独立逆变桥臂与公共逆变桥臂 之间的相移来进行调节，各路输出之间完全独立，互不影响。各独立逆变 桥臂作为移相控制中的超前桥臂，桥臂中的各功率开关管均可实现零电压 开通；公共逆变桥臂作为移相控制中的滞后桥臂，通过第一和第二功率二 极管及各路输出电路中复位电容的作用，公共逆变桥臂中的功率开关管均 可实现零电流开关。通过本技术提出的电路结构，可达到如下效果仅用2N+2个功率 开关管实现了 N路大功率可调节输出，且各路输出的工作与控制方式与全 桥变换器完全相同；各独立桥臂上的功率开关管均可实现零电压开通，公 共桥臂的功率开关管均可实现零电流开关，从而减小了开关损耗，提高了 效率与工作频率，有利于提高功率密度；在各路输出中，变压器均工作于 对称状态，变压器利用充分；通过新增一路独立逆变桥臂、输出电路及控 制电路，就可得到一路新的输出，易于实现输出路数的扩充；新增的输出 不影响零电压开通与零电流开通的实现条件。附图说明图1是现有的一种全桥隔离型多路输出直流-直流变换器；图2是本技术的电路原理框图3是本技术中公共逆变桥臂的具体实现形式；图4是图2原理框图中隔离整流电路的具体实现形式；图5是本技术的各功率开关管栅极驱动脉冲的时序及各独立桥臂中点与公共桥臂中点间的电压波形图6是令本技术中N=3时得到的三路输出直流-直流变换器；图7是令本技术中N=3时得到的三路输出直流-直流变换器工作时的驱动脉冲时序以及主要电压和电流波形图。具体实施方式以下结合附图和实例对本技术作进一步详细的说明。 如图2的原理框图所示，本技术提供的变换器包括N个独立逆变 桥臂l.i，其中N为大于等于2的整数，i取值为l至N， 一个公共逆变桥 臂2，以及分别连接在各独立逆变桥臂中点Mi与公共逆变桥臂中点Mc之 间的N路输出电路。N个独立逆变桥臂具有同样的结构，如图2中所示，独立逆变桥臂l.i均分别由两个带有反并联二极管的功率开关管SU， Si2组成，i取值为1至N。每个独立逆变桥臂的第一功率开关管S"的漏极与电源正端相连；源极 与第二功率开关管Si2的漏极相连;第二功率开关管的源极与电源负端相连; 第一功率开关管Su源极与第二功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多路输出直流－直流变换器，其特征在于：它包括公共逆变桥臂、Ｎ个独立逆变桥臂以及Ｎ路输出电路，Ｎ为大于等于２的整数；　Ｎ个独立逆变桥臂具有同样的结构，均包括两个带有反并联二极管的第一、第二功率开关管；每个独立逆变桥臂的第一功率开关管 的漏极与电源正端相连，源极与第二功率开关管的漏极相连；第二功率开关管的源极与电源负端相连；第一功率开关管源极与第二功率开关管漏极之间的连结点作为该独立逆变桥臂的中点；　公共逆变桥臂包括上、下单元，上、下单元均由功率二极管和第三功率开关 管串联而成，且功率二极管的阳极和第三功率开关管漏极为承受高电位端；所述上单元的一端接电源正端，另一端接公共逆变桥臂的中点，所述下单元的一端接公共逆变桥臂的中点，另一端接电源负端；　每个独立逆变桥臂的中点与公共逆变桥臂中点分别接有输出电 路，各输出电路均包括复位电容、隔离整流电路和滤波电路；隔离整流电路的第一输入端与独立逆变桥臂和公共逆变桥臂的其中一个中点相连，第二输入端通过复位电容与独立逆变桥臂和公共逆变桥臂的另一个中点相连；滤波电路由滤波电感和滤波电容串接而成，并接在隔离整流电路的正、负输出端之间。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康勇，陈宇，彭力，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]