繞組箝位單管正激諧振軟開關(guān)dc/dc變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力電子電能變換電路，尤其涉及一種隔離型軟開關(guān)單管正激諧振DC/DC電路。
【背景技術(shù)】
[0002]正激式拓?fù)湟螂娐方Y(jié)構(gòu)簡潔、輸入輸出電氣隔離、電壓升降范圍寬、易于多路輸出、適用于中小功率電源變換場合等特點，而得到了廣泛的采用。單管正激DC/DC變換器電路一般采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn):開關(guān)管S1、起隔離輸入輸出且進(jìn)行電壓升降作用的變壓器Tl、限制電流流向的二極管D1、續(xù)流二極管D2以及起濾波作用的電感Lo和電容Co組成。該單管正激DC/DC變換電路存在不足:因為電力電子器件并非理想的開關(guān)，存在開通延時和關(guān)斷延時，從而引起開關(guān)管SI兩端電壓和通過它的電流出現(xiàn)重疊時間，造成嚴(yán)重的開關(guān)損耗(電流和電壓波形如圖2所示)；而且副邊兩個整流二極管之間的換流造成嚴(yán)重的反向恢復(fù)損耗。圖3中的諧振正激變流器實現(xiàn)了原邊開關(guān)管的零電壓開通和準(zhǔn)零電流關(guān)斷，開關(guān)管SI的開關(guān)損耗極小，而且副邊二極管的也實現(xiàn)軟換流，消除了反向恢復(fù)損耗，SI的電流和電壓波形如圖4所示。但是，圖1和圖3中拓?fù)浯嬖谝粋€共同的缺點:開關(guān)管關(guān)斷時的電壓應(yīng)力過高，這是由于其關(guān)斷時電路通過諧振方式對變壓器進(jìn)行復(fù)位的原理造成的。
[0003]圖5中采用變壓器的原邊復(fù)位繞組，對開關(guān)管的電壓進(jìn)行箝位，能夠有效限制開關(guān)管SI電壓應(yīng)力。但是對于降壓型DC/DC，變壓器原邊繞組較多，為了能夠限制原邊應(yīng)力的同時不影響最大占空比，因此原邊復(fù)位繞組匝數(shù)與原邊主繞組匝數(shù)差不多，導(dǎo)致變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其當(dāng)主變壓器Tl采用PCB設(shè)計繞組時，使得變壓器中PCB繞組的利用率下降，影響效率的提高。而如果箝位繞組連接到副邊直流輸出，則會存在著匝數(shù)與主副邊繞組匝數(shù)的匹配問題，尤其是占空比較小時，導(dǎo)致箝位效果完全喪失。
[0004]圖6中采用的有源箝位的方法雖然提高了平面變壓器中PCB繞組的利用率，能夠有效箝位開關(guān)電壓，但是增加了一個輔助開關(guān)管Sa，增加了成本，驅(qū)動也復(fù)雜。
[0005]圖5和圖6中的箝位方法可以適用于圖1中帶輸出濾波電感的硬開關(guān)PWM單管正激拓?fù)?。對于圖3中的軟開關(guān)單管諧振正激拓?fù)?，由于其輸出?cè)無濾波電感Lo，因此可以采用與圖1拓?fù)洳煌捏槲环椒ā?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種繞組箝位單管正激諧振軟開關(guān)DC/DC變換器。采用該變換器電路不僅能減少開關(guān)管在開通和關(guān)斷瞬間，加在開關(guān)管兩端的電壓和通過該開關(guān)管的電流的重疊時間，從而減小開關(guān)器件的開關(guān)損耗，同時抑制電壓或者電流過沖的發(fā)生。
[0007]為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0008]提供一種繞組箝位單管正激諧振軟開關(guān)DC/DC變換器，包括隔離變壓器(Tl)，其原邊側(cè)接有開關(guān)管(SI);在隔離變壓器(Tl)的原邊側(cè)，設(shè)有輸入側(cè)電感(Lin)、諧振電感(Lr)和諧振電容(Cr);輸入側(cè)電感(Lin)與電源(Vin)組成恒流輸出，諧振電感(Lr)與諧振電容(Cr)組成諧振電路；開關(guān)管(SI)與隔離變壓器(Tl)的原邊繞組(Wl)組成單管正激變換器；在隔離變壓器(Tl)的副邊側(cè)，設(shè)置由輸出整流元件(Dl)和輸出濾波電容(Co)組成的輸出整流濾波電路。(圖7、8、9)
[0009]本發(fā)明中，所述電源(Vin)正極連接于輸入側(cè)電感(Lin)輸入端，輸入側(cè)電感(Lin)輸出端連于諧振電容(Cr) 一端；諧振電容(Cr)的另一端連接于電源(Vin)負(fù)極構(gòu)成回路；輸入側(cè)電感(Lin)的輸出端還接至與隔離變壓器(Tl)原邊繞組(Wl)同名端相連的諧振電感(Lr)，隔離變壓器(Tl)原邊繞組(Wl)異名端連于開關(guān)管(SI) —端，開關(guān)管(SI)另一端則連于電源(Vin)負(fù)極構(gòu)成回路。
[0010]本發(fā)明中，所述隔離變壓器(Tl)的原邊側(cè)設(shè)置箝位繞組(W3)，箝位繞組(W3)與一個箝位二極管串聯(lián)構(gòu)成箝位元件網(wǎng)絡(luò)(Neti)，箝位元件網(wǎng)絡(luò)(Neti)并聯(lián)在輸入電源(Vin)兩端；箝位繞組(W3)以異名端連接到輸入電源(Vin)的正端，或者以同名端連接到輸入電源(Vin)的負(fù)端。(圖8)
[0011]本發(fā)明中，所述隔離變壓器(Tl)的原邊側(cè)設(shè)置箝位繞組(W3)，箝位繞組(W3)與一個箝位二極管串聯(lián)構(gòu)成箝位元件網(wǎng)絡(luò)(Neti)，箝位元件網(wǎng)絡(luò)(Neti)并聯(lián)在諧振電容(Cr)兩端；箝位繞組(W3)以異名端連接到諧振電容(Cr)的正端，或者以同名端連接到諧振電容(Cr)的負(fù)端。(圖9)
[0012]本發(fā)明中，所述隔離變壓器(Tl)副邊第一繞組(W2)的同名端連于輸出整流元件(Dl) —端，輸出整流元件(Dl)另一端連接于輸出濾波電容(Co)的一端，輸出濾波電容(Co)另一端連于高頻隔離變壓器副邊繞組(W2)的異名端，構(gòu)成回路；負(fù)載(RJ并聯(lián)在輸出濾波電容(Co)兩端。
[0013]本發(fā)明中，所述輸出整流元件(Dl)是二極管，或是同步整流的MOSFET。
[0014]本發(fā)明中，所述諧振電感(Lr)是外加獨立諧振電感，或是隔離變壓器(Tl)的漏感。
[0015]本發(fā)明中，所述隔離變壓器(Tl)副邊設(shè)置箝位繞組(W3)，其同名端連接于輸出濾波電容(Co)的一端，箝位繞組(W3)的異名端連接于另一個輸出整流元件(D2)的一端，該輸出整流元件(D2)的另一端則連接到輸出濾波電容(Co)的正端。
[0016]本發(fā)明中，所述另一個輸出整流元件(D2)是二極管，或是同步整流的MOSFET。
[0017]發(fā)明原理描述:
[0018]本發(fā)明屬于一種新的隔離型軟開關(guān)單管正激諧振DC/DC電路，該電路中包含單管正激諧振軟開關(guān)變換電路和輸出濾波電路對輸入的直流電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，不僅通過諧振電路使加在功率開關(guān)管兩端的電壓和通過功率開關(guān)管的電流的重疊時間減小，從而達(dá)到減小開關(guān)損耗的目的；而且還能夠通過箝位繞組將開關(guān)管的電壓應(yīng)力降低，同時將變壓器的勵磁電感中的能量輸出到副邊，提高磁心利用率和轉(zhuǎn)換效率。
[0019]采用軟開關(guān)技術(shù)，在輸入級利用諧振電感(Lr)和諧振電容(Cr)產(chǎn)生諧振，使功率開關(guān)管工作在零電壓開通以及準(zhǔn)零電流關(guān)斷狀態(tài)，減小功率開關(guān)管兩端的電壓和通過功率開關(guān)管的電流的重疊時間，從而減小了功率開關(guān)管的開關(guān)損耗。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括:[0021 ] 1、由于在輸入端采用軟開關(guān)諧振技術(shù)，使功率開關(guān)管工作在零電壓開通以及準(zhǔn)零電流關(guān)斷狀態(tài)，減小功率開關(guān)管兩端的電壓和通過功率開關(guān)管的電流的重疊時間，減小了功率開關(guān)管的開關(guān)損耗。
[0022]2、回收寄生電感或電容上的能量，提升能量轉(zhuǎn)換效率。
[0023]3、回收勵磁電感能量傳遞到輸出，提高效率。
[0024]4、利用箝位繞組降低主開關(guān)管電壓應(yīng)力，提高可靠性。
[0025]5、減小功率開關(guān)器件的熱能產(chǎn)生，提高電路的工作穩(wěn)定性，提高器件和電路的使用壽命。
【附圖說明】
[0026]圖1諧振復(fù)位單管正激變換器的主電路拓?fù)洌?br>[0027]圖2諧振復(fù)位單管正激變換器的開關(guān)周期開關(guān)SI的關(guān)鍵波形；
[0028]圖3諧振軟開關(guān)單管正激變換器的主電路拓?fù)洌?br>[0029]圖4諧振軟開關(guān)單管正激變換器的開關(guān)管SI的關(guān)鍵波形；
[0030]圖5傳統(tǒng)繞組復(fù)位的單管正激變換器；
[0031]圖6傳統(tǒng)有源箝位正激變換器；
[0032]圖7本發(fā)明的副邊繞組箝位諧振單管正激變換器；
[0033]圖8箝位繞組箝位到輸入直流側(cè)；
[0034]圖9箝位繞組箝位到輸入諧振電容側(cè)；
[0035]圖10是本發(fā)明整流元件Dl和D2均為二極管的采用副邊繞組箝位諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖11是本發(fā)明整流元件Dl為MOSFET，整流元件D2為二極管的采用副邊繞組箝位諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖12是本發(fā)明整流元件Dl為二極管，整流元件D2為MOSFET的采用副邊繞組箝位諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖13是本發(fā)明整流元件Dl和D2均為MOSFET的采用副邊繞組箝位諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖14是本發(fā)明鉗位繞組(W3)的異名端接到輸入電壓源(Vin)的正端，整流元件Dl為二極管的箝位繞組箝位到輸入直流側(cè)諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖15是本發(fā)明鉗位繞組(W3)的同名端接到輸入電壓源(Vin)的負(fù)端，整流元件Dl為二極管的箝位繞組箝位到輸入直流側(cè)諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖16是本發(fā)明鉗位繞組(W3)的異名端接到輸入電壓源(Vin)的正端，整流元件Dl為MOSFET的箝位繞組箝位到輸入直流側(cè)諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖17是本發(fā)明鉗位繞組(W3)的同名端接到輸入電壓源(Vin)的負(fù)端，整流元件Dl為MOSFET的箝位繞組箝位到輸入直流側(cè)諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖18是本發(fā)明鉗位繞組(W3)的異名端接到輸入電感(Lin)和諧振電容(Cr)的連接處，整流元件Dl為二極管的箝位繞組箝位到輸入諧振電容側(cè)諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖19是本發(fā)明鉗位繞組(W3)的同名端接到輸入電壓源(Vin)的負(fù)端，整流元件Dl為二極管的箝位繞組箝位到輸入諧振電容側(cè)諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖20是本發(fā)明鉗位繞組(W3)的異名端接到輸入電感(Lin)和諧振電容(Cr)的連接處，整流元件Dl為MOSFET的箝位繞組箝位到輸入諧振電容側(cè)諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖21是本發(fā)明鉗位繞組(W3)的同名端接到輸入電壓源(Vin)的負(fù)端，整流元件Dl為MOSFET的箝位繞組箝位到輸入諧振電容側(cè)諧振單管正激變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0048]實施例1:一種副邊繞組箝位諧振單管正激變換器，整流元件Dl和D2可以是二極管，也可以是替代二極管的MOSFET (同步整流)，其電路結(jié)構(gòu)分別如圖10、圖11、圖12和圖13所示。
[0049]具體連接方式為:輸入電壓源(Vin)的正端接到輸入電感(Lin)的一端；諧振電容(Cr)跨接在輸入電壓的負(fù)端和電感(Lin)的另一端；諧振電感(