專利名稱：定分壓比串聯(lián)直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電源變換設(shè)備，進(jìn)一步是指一種可將直流功率輸入變換為另一種電壓下直流功率輸出的定分壓比串聯(lián)直流變換器。
現(xiàn)有的直流變換器由于受到晶體管本身耐壓的限制，在高的輸入直流電源電壓下，常需多臺串聯(lián)運(yùn)行，然而晶體管的電壓及電流過載能力均十分有限，為了使產(chǎn)品工作可靠，如何使相串聯(lián)的各臺上所跨接的電 壓按照確定的電壓分配比例進(jìn)行工作，同時(shí)并使流過各臺的電流勻稱，仍是一個(gè)未能解決的問題。
本實(shí)用新型的目的，是提供一種能夠定分壓比的多臺串聯(lián)工作的直流變換器，即是快速地使相串聯(lián)的各臺直流變換器上所跨接的電壓能按確定的比例進(jìn)行分配同時(shí)并使流過各臺中晶體開關(guān)管的電流快速一致。
本實(shí)用新型是以如下方式完成的將一臺帶自勵驅(qū)動電路的主控直流變換器與一臺以上的(包括一臺)帶他勵驅(qū)動電路的從控直流變換器相串聯(lián)，主控直流變換器和從控直流變換器相并聯(lián)的輸出端并接有輸出濾波電容器，而外接用電負(fù)載則并聯(lián)于輸出濾波電容器兩端，在主控直流變換器的開關(guān)變壓器上設(shè)有次級自勵驅(qū)動繞組和在數(shù)量上等于從控直流變換器臺數(shù)的次級他勵驅(qū)動繞組，以分別對自身的自勵驅(qū)動電路和各從控直流變換器的他勵驅(qū)動電路供電；主控直流變換器和各從控直流變換器中的開關(guān)變壓器的初級繞組電感值之間具有一個(gè)預(yù)先確定的比值，即是使得各開關(guān)變壓器初級繞組電感值的比與預(yù)先設(shè)定的在相應(yīng)直流變換器上所跨接的電壓成正比，亦即實(shí)現(xiàn)了以各開關(guān)變壓器初級繞組的電感值來確定預(yù)先設(shè)定的各臺直流變換器之間的分壓比，而各初級繞組電感值的大小匹配可籍助改變各個(gè)開關(guān)變壓器的磁路氣隙長短或者初級繞組匝數(shù)或者磁路幾何尺寸來實(shí)現(xiàn)；具有各個(gè)晶體開關(guān)管的零始通電流的控制環(huán)節(jié)，乃是設(shè)定主控直流變換器中開關(guān)變壓器初級繞組電感值與次級輸出繞組對初級繞組匝比的乘積，使其大于各從控直流變換器中開關(guān)變壓器初級繞組電感值與相應(yīng)次級輸出繞組對初級繞組匝比的乘積。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是(一)跨于相串聯(lián)的主控直流變換器和各從控直流變換器上的電壓分配比例只與各開關(guān)變壓器的初級繞組電感值的相對比值有關(guān)，因而可自由地選擇定分壓比以滿足不同的需要，例如，為了實(shí)現(xiàn)串聯(lián)各臺直流變換器之間的電壓均勻分配，則只需使各個(gè)開關(guān)變壓器的初級繞組電感值互為相等即可達(dá)到；(二)在實(shí)現(xiàn)預(yù)定的電壓分配比的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了能使流過串聯(lián)各臺直流變換器中晶體開關(guān)管的電流保持一致；(三)一旦各個(gè)開關(guān)變壓器制造出來，各初級繞組電感值的相對比值就固定不變，不受環(huán)境溫度及濕度變化和機(jī)械振動的影響，也不存在老化和漂移等問題，因此使得定分壓比具有高度的可靠性；(四)由于各個(gè)晶體開關(guān)管都是在零始通電流條件下同步導(dǎo)通和同步截止，這就說明了定分壓比及電流一致的實(shí)現(xiàn)并沒有利用多個(gè)工作周期的積累效應(yīng)而反應(yīng)時(shí)間短于一個(gè)工作周期，其工作過程十分快速；(五)零始通電流的工作特征有利于晶體開關(guān)管在安全工作區(qū)(SDA)以內(nèi)工作并減少了開關(guān)損耗，因而提高了產(chǎn)品可靠性；(六)由于采取了積木式電路結(jié)構(gòu)，從控直流變換器串聯(lián)的臺數(shù)可多可少，靈活性大；(七)由于采用主從控制原理，通過一臺主控直流變換器控制多臺從控直流變換器，因而使得電路大為簡化，再加上定分壓比的實(shí)現(xiàn)沒有采用特殊的半導(dǎo)體器件，所以使得本實(shí)用新型的制造成本低。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1為本實(shí)用新型電路方框原理圖；圖2為圖1的一種具體電路原理圖。
參見圖1，圖中V為輸入直電源電壓，(1)為主控直流變換器，(2)和(3)為從控直變換器，(4)為輸出濾波電容器，該實(shí)施例的從控直流變換器雖然是(2)和(3)兩臺，但也可以撒走(3)而變成一臺，也可以在圖1的基礎(chǔ)上再增加從控直流變換器的臺數(shù)，圖中的虛線所示即是代表這個(gè)意思。
參見圖2，主控直流變換器(1)包括晶體開關(guān)管T1，含初級繞組WP1、次級輸出繞組WS1、次級自勵驅(qū)動繞組WA1及次級他勵驅(qū)動繞組WB1和WC1的開關(guān)變壓器B1，輸出整流二極管D1，由電阻RP1及電容CP1組成的輸入濾波器，由電阻RQ1、二極管DQ1及電容CQ1組成的阻尼回路和由三極管TA1、二極管d1、電阻r1、rA1與rK1及電容CA1組成的加有外控制電壓VA1的自勵驅(qū)動電路。從控直流變換器(2)包括晶體開關(guān)管T2，含初級繞組WP2及次級輸出繞組WS2的開關(guān)變壓器B2，輸出整流二極管D2，由電阻RP2及電容CP2組成的輸入濾波器，由電阻RQ2、二極管DQ2及電容CQ2組成的阻尼回路和由二極管d2及電阻r2組成的他勵驅(qū)動電路。從控直流變換器(3)包括晶體開關(guān)管T3，含初級繞組WP3及次級輸出繞組WS3的開關(guān)變壓器B3，輸出整流二極管D3，由電阻RP3及電容CP3組成的輸入濾波器，由電阻RQ3、二極管DQ3及電容CQ3組成的阻尼回路和由二極管d3及電阻r3組成的他勵驅(qū)動電路。各個(gè)繞組的極性在圖上分別用“·”表示。由上可知，從控直流變換器(2)與(3)的電路結(jié)構(gòu)相同，如增加從控直流變換器的臺數(shù)，其中電路結(jié)構(gòu)也相同。圖中，直流變換器(1)、(2)及(3)串聯(lián)后接在輸入電壓為V的直流電源上。輸出濾波電容器(4)由電容CL構(gòu)成，它與直流變換器(1)、(2)及(3)的輸出端相并聯(lián)后，外接用電負(fù)載RL。分別跨接于T1、T2及T3晶體開關(guān)管集射極兩端的阻尼回路供抑制過電壓峰值之用。分別并接的輸入濾波器，則作紋平電壓用，在電容CP1、CP2及CP3上的電壓亦即跨接于相應(yīng)直流變換器上的電壓分別是VP1、VP2及VP3。
圖2中電路的工作過程是電壓VP1先通過主控直流變換器(1)中的電阻rK1向晶體開關(guān)管T1的基極注入電流，使T1管進(jìn)入放大區(qū)而在繞組WA1中感應(yīng)出上正下負(fù)的電壓，此電壓通過電阻r1及與加速電容CA1并聯(lián)的二極管dA1后，進(jìn)一步加大T1管的基流，使T1管迅速飽和導(dǎo)通；與此同時(shí)，繞組WB1(WC1)中也感應(yīng)出上正下負(fù)的電壓，通過電阻r2(r3)，使晶體開關(guān)管T2(T3)也迅速飽和導(dǎo)通。T1管導(dǎo)通后，流過該管的電流iP1從零開始線性地上升，當(dāng)該電流超過T1管的基極電流與該管電流放大系數(shù)的乘積時(shí)，T1管退出飽和區(qū)，電流iP1下降，導(dǎo)致繞組WA1、WB1及WC1中感應(yīng)電壓都反向，變成上負(fù)下正，于是各基極電流也反向，使得T1至T3管迅速截止。分別反并接在T1至T3管的基射極之間的二極管d1至d3用作對反向基射極電壓進(jìn)行限幅之用。在T1至T3管截止期間，貯存在開關(guān)變壓器B1至B3中的磁能，分別通過其次級輸出繞組WS1至WS3，再分別經(jīng)輸出二極管D1至D3，向輸出濾波電容CL及用電負(fù)載RL釋放，得輸出電壓為VL。當(dāng)開關(guān)變壓器B1中的磁能釋放完畢時(shí)，繞組WA1、WB1及WC1中的上負(fù)上正感應(yīng)電壓消失，之后T1管又如一開始那樣再次導(dǎo)通而進(jìn)入下一工作周期的循環(huán)。由此可見，晶體開關(guān)管T1至T3是同步導(dǎo)通和同步截止的，其導(dǎo)通時(shí)間tG與工作周期tF都相互一致。改變圖中VA1外控電壓值的大小，用以通過電阻rA1來改變TA1管的基極電流，即可控制TA1管集電極電流的大小，也就改變了T1管的基極電流被分流的程度，從而改變了T1管在導(dǎo)通之后退出飽和區(qū)的時(shí)刻，并以此實(shí)現(xiàn)了對T1至T3管導(dǎo)通時(shí)間tG長短的控制。
如果設(shè)開關(guān)變壓器B1、B2及B3相應(yīng)的初級繞組WP1、WP2及WP3的匝數(shù)和電感值分別為NP1、NP2及NP3和LP1、LP2及LP3；設(shè)B1、B2及B3相應(yīng)的次級輸出繞組WS1、WS2及WS3的匝數(shù)分別為NS1、NS2及NS3；設(shè)分別流過初級繞組WP1、WP2及WP3的電流亦即分別流過晶體開關(guān)管T1、T2及T3的電流為iP1、iP2及iP3；設(shè)B1、B2及B3的磁能釋放時(shí)間分別為tE1、tE2及tE3，根據(jù)理論推導(dǎo)，可得如下三個(gè)關(guān)系式iP1＝iP2＝iP3(式1)VP1VP2VP3＝LP1LP2LP3(式2)tE1tE2tE3＝ (Nsl)/(Npl) LP1 (Ns2)/(Np2) LP2 (Ns3)/(Np3) LP3(式3)以上三個(gè)關(guān)系式所揭示的規(guī)律也適用于從控直流變換器為一臺以上的(包括一臺)的任何情況。由式1可知，流過各晶體開關(guān)管的電流相互一致。
由式2可知，跨接于各直流變換器上電壓間之比與相應(yīng)開關(guān)變壓器的初級繞組電感值成正比。依此規(guī)則，如果預(yù)先設(shè)定跨接于各直流變換器上的電壓VP1、VP2及VP3之間的比例為一確定值，那么就可通過確定B1、B2及B3的初級繞組的電感值來實(shí)現(xiàn)定分壓比，以確保電壓VP1、VP2及VP3按確定的電壓分配比例進(jìn)行工作。例如，為了實(shí)現(xiàn)跨接于各直流變換器上的電壓均勻分配即均分壓比，就可采取B1、B2及B3的初級繞組的電感值LP1、LP2及LP3互為相等，此時(shí)式2變?yōu)閂P1VP2VP3＝111由式3可知，各開關(guān)變壓器的磁能釋放時(shí)間之比與相應(yīng)開關(guān)變壓器初級繞組電感和次級輸出繞組對初級繞組匝比的乘積值成正比。依此規(guī)則，如果在設(shè)計(jì)制造開關(guān)變壓器時(shí)，預(yù)先使B1的初級繞組電感和次級輸出繞組對初級繞組匝比的乘積值 (Nsl)/(Npl) LP1，均大于B2和B3的相應(yīng)初級繞組電感和次級輸出繞組對初級繞組匝比的乘積值 (Ns2)/(Np2) LP2及 (Ns3)/(Np3) LP3，就可使得tE1比tE2和tE3都大，即是B1的磁能釋放時(shí)間比B2和B3的磁能釋放時(shí)間都長，因此T1導(dǎo)通時(shí)，B2和B3中的磁能都已釋放完畢，于是使得T1、T2及T3管在導(dǎo)通瞬間的初始電流都為零，即具有零始通電流的工作特征。
權(quán)利要求1.一種將直流功率輸入變換為另一種電壓下直流功率輸出的定分壓比串聯(lián)直流變換器，其電路包括主控直流變換器、與主控直流變換器相串聯(lián)的一臺以上的(包括一臺)從控直流交換器及輸出濾波電容器，在主控直流變換器和各從控直流變換器中都具有晶體開關(guān)管和開關(guān)變壓器，本實(shí)用新型的特征在于(A)在主控直流變換器和各從控直流變換器中分別設(shè)有自勵驅(qū)動電路和他勵驅(qū)動電路，在主控直流變換器的開關(guān)變壓器上設(shè)有次級自勵驅(qū)動繞組和在數(shù)量上等于從控直流變換器臺數(shù)的次級他勵驅(qū)動繞組，以分別對自身的自勵驅(qū)動電路和各從控直流變換器的分勵驅(qū)動電路供電；(B)主控直流變換器和各從控直流變換器中的開關(guān)變壓器的初級繞組電感值之間具有一個(gè)預(yù)先確定的比值，即是使得各開關(guān)變壓器初級繞組電感值的比與預(yù)先設(shè)定的在相應(yīng)直流變換器上所跨接的電壓成正比；(C)具有各個(gè)晶體開關(guān)管的零始通電流控制環(huán)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的直流變換器，其特征在于，所說的具有各個(gè)晶體開關(guān)管的零始通電流控制環(huán)節(jié)，乃是設(shè)定主控直流變換器中開關(guān)變壓器初級繞組電感值與次級輸出繞組對初級繞組匝比的乘積，使其大于各從控直流變換器中開關(guān)變壓器初級繞組電感值與相應(yīng)次級輸出繞組對初級繞組匝比的乘積。
3.如權(quán)利要求1、2所述的直流變換器，其特征在于，與主控直流變換器(1)相串聯(lián)的從控直流變換器為(2)和(3)兩臺。
4.如權(quán)利要求3所述的直流變換器，其特征在于，主控直流變換器(1)包括晶體開關(guān)管T1，含初級繞組WP1、次級輸出繞組WS1、次級自勵驅(qū)動繞組WA1及次級他勵驅(qū)動繞組WB1和WC1的開關(guān)變壓器B1，輸出整流二極管D1，由電阻RP1及電容CP1組成的輸入濾波器，由電阻RQ1、二極管DQ1及電容CQ1組成的阻尼回路和由三極管TA1、二極管d1與dA1、電阻r1、rA1與rK1及電容CA1組成的加有外控制電壓VA1的自勵驅(qū)動電路，從控直流變換器(2)包括晶體開關(guān)管T2，含初級繞組WP2及次級輸出繞組WS2的開關(guān)變壓器B2，輸出整流二極管D2，由電阻RP2及電容CP2組成的輸入濾波器，由電阻RQ2、二極管DQ2及電容CQ2組成的阻尼回路和由二極管d2及電阻r2組成的他勵驅(qū)動電路，從控直流變換器(3)包括晶體開關(guān)管T3，含初級繞組WP3及次級輸出繞組WS3的開關(guān)變壓器B3，輸出整流二極管D3，由電阻RP3及電容CP3組成的輸入濾波器，由電阻RQ3、二極管DQ3及電容CQ3組成的阻尼回路和由二極管d3及電阻r3組成的他勵驅(qū)動電路。
5.如權(quán)利要求4所述的直流變換器，其特征在于，開關(guān)變壓器B1、B2及B3所相應(yīng)的初級繞組WP1、WP2及WP3的電感值LP1、LP2及LP3互為相等。
專利摘要定分壓比串聯(lián)直流變換器是一種將直流功率變換為另一電壓下直流功率輸出的新型電源變換裝置，由一臺主控直流變換器與多臺從控直流變換器相互串聯(lián)而成。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)工作需要自由地選擇相串聯(lián)各臺直流變換器所跨接電壓的電壓分配比例；定分壓比的控制過程十分快速且具有高度可靠性，不受外界條件影響，也不存在老化和漂移問題；串聯(lián)臺數(shù)可多可少，靈活性大；由于采用主從控制原理，使得電路結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低。
文檔編號H02M3/335GK2070513SQ9021295
公開日1991年1月30日 申請日期1990年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月5日
發(fā)明者盧驥, 盧偉白 申請人:盧驥, 盧偉白