低壓大電流輸出dc-dc變換器的製作方法
2023-12-11 10:57:42
專利名稱：低壓大電流輸出dc-dc變換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種DC-DC變換器，特別涉及一種低壓大電流輸出DC-DC變換器。
背景技術：
由於開關電源特有的優勢，在許多領域得到了廣泛的應用，創造了巨大的社會價值和經濟效益。隨著分布式電源的發展，包括風力發電和光伏發電以及移動和通訊設備的發展，開關技術得到新的應用領域，而且功率等級日益提升。其中，開關電源(DC-DC變換器)的整機性能已成為制約開關電源發展的主要因素，具體表現在整機體積大、系統效率低、設計難度高等多個方面。現有技術的DC-DC變換器，多難以滿足上述需求，而且多存在均流問題。如專利號為CN200720175240. 0，專利名稱為一種DC-DC變換器的專利，公開了以下內容一種DC-DC變換器，該DC-DC變換器包括輸入端迴路(30)、輸出端迴路(40)、變壓器(50)、輸出端電流保護電路(60)、主控制器IC(SO)和開關(90)；輸入端迴路(30)與輸出端迴路(40)分別連接到變壓器(50)的初級側和次級側，輸出端電流保護電路(60)連接在輸出端迴路(40)的電壓輸出端與主控制器IC(SO)的一個輸入端之間，主控制器IC(SO) 的輸出端與開關(90)的控制端連接，開關(90)連接在變壓器(50)初級側主迴路上；其特徵在於，該DC-DC變換器還包括輸入端電流保護電路(70)，輸入端電流保護電路(70)連接在輸入端迴路(30)的電壓輸出端與主控制器IC(SO)的另一個輸入端之間。因此，如何提供一種結構簡單、系統效率高且設計難度低的適用於低壓大電流輸出DC-DC變換器，已成為本領域技術人員需要解決的問題。
發明內容
本發明的所要解決的技術方案是提供一種低壓大電流輸出DC-DC變換器，以解決現有技術的不足。為解決上述技術方案，本發明提供一種低壓大電流輸出DC-DC變換器，包括將高壓直流電壓轉換為高頻高壓直流電壓的逆變電路、包括由MOSFET管構成的單相逆變橋；將所述高頻高壓直流電壓轉換為高頻低壓直流脈衝的變壓電路、包括若干個變壓單元；其中， 每個變壓單元均包括一個變壓器、一端與所述變壓器次級繞組中端連接的諧振電感、及兩個輸入端分別連接所述次級繞組兩端的整流電路，且所述變壓器的初級繞組依次串聯構成串聯結構，所述串聯結構的兩端連接所述逆變電路；將所述高頻低壓直流脈衝濾波為低壓直流電壓的儲能電路、連接所述整流電路的輸出端及所有諧振電感的另一端。作為本發明的優選方案之一，所述單相逆變橋包括第一 MOSFET管、第二 MOSFET 管、第三MOSFET管及第四MOSFET管；所述第一 MOSFET管與所述第三MOSFET管串聯，所述第二 MOSFET管與所述第四MOSFET管串聯，且所述第一 MOSFET管及所述第三MOSFET管與所述第二 MOSFET管及所述第四MOSFET管並聯。作為本發明的優選方案之一，所述逆變電路還包括與所述第一 MOSFET管及所述第三MOSFET管、所述第二 MOSFET管及所述第四MOSFET管並聯的電容。
作為本發明的優 選方案之一，所述串聯結構的一端連接在所述第一 MOSFET管及所述第三MOSFET管之間，所述串聯結構的另一端連接在所述第二 MOSFET管及所述第四 MOSFET管之間。作為本發明的優選方案之一，所述變壓單元為三個。作為本發明的優選方案之一，所述整流電路為全波整流電路，其包括兩個二極體， 所述兩個二極體的一端分別連接所在單元的變壓器次級繞組的兩端，另一端均連接所述儲能電路。作為本發明的優選方案之一，所述儲能電路包括一個或若干個串聯的電容。作為本發明的優選方案之一，所述電容為若干個，每個電容均並聯一個電阻，且所有電阻的阻值相等。作為本發明的優選方案之一，所述電容為電解電容。本發明的有益效果在於設計簡化、成本低廉、效率較高、支持大輸出電流。
圖1為本發明提供的低壓大電流輸出DC-DC變換器的電路原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。請參閱圖1，本發明提供的的低壓大電流輸出DC-DC變換器包括逆變電路1和變壓電路2及儲能電路3。逆變電路1包括第一 MOSFET管Si、第二 MOSFET管S2、第三MOSFET管S3、第四 MOSFET管S4及電解電容El ；變壓電路2包括平面變壓器HF1、HF2、HF3，六個高速二極體 Dl D6和三個諧振電感Ll L3。儲能電路3包括兩個電解電容E2、E3，兩個電阻R1、R2。逆變電路1將高壓直流電壓轉換成高頻高壓直流電壓。第一 MOSFET管Sl的漏極、第二 MOSFET S2的漏極與電解電容El的陽極相連後與輸入直流電壓的正極相連，第三 MOSFET管S3的源極、第四MOSFET管S4的源極與電解電容El的負極相連後與輸入直流電壓的負極相連，第一 MOSFET管Sl的源極、第三MOSFET管S3的漏極與變壓電路中平面變壓器HFTl初級繞組的一端相連，第二 MOSFET管S2的源極、第四MOSFET管S4的漏極與變壓電路中平面變壓器HFT3初級繞組的一端相連。第一 MOSFET管Sl與第二 MOSFET管S2串聯後，再與串聯的第三MOSFET管S3及第四MOSFET管S4並聯，構成單相逆變橋。通過採用傳統PWM調製算法，Sl與S4 —組，S2 與S3 —組，或採用移相PWM調製算法，可以將輸入的高壓直流電壓變換成高頻高壓的PWM 脈衝，為後級變壓電路供電。本領域技術人員應該理解，電解電容El可由多個電解電容並聯，分散就近布置構成。MOSFET管Sl S4，每一個均可由多個功率管並聯構成。在一較佳實施例中，每個MSOFET 管均由三個IRF3205並聯構成，並安裝於散熱器上。變壓電路2將高頻高壓直流電壓轉換為高頻低壓直流脈衝。變壓電路2共包括3 個變壓單元，每個變壓單元均包括一個平面變壓器、一個諧振電感及由兩個高速二極體構成的整流電路。平面變壓器HFTl初級繞組的另一端與平面變壓器HFT2初級繞組的一端相連，平面變壓器HFT2初級繞組的另一端與平面變壓器HFT3初級繞組的另一端相連，以構成串聯結構。平面變壓器HFTl次級繞組的一端與高速二極體Dl的陽極相連，平面變壓器 HFTl次級繞組的另一端與高速二極體D2的陽極相連，平面變壓器HFTl次級繞組的中端與諧振電感Ll的一端相連。平面變壓器HFT2次級繞組的一端與高速二極體D3的陽極相連。 平面變壓器HFT2次級繞組的另一端與高速二極體D4的陽極相連，平面變壓器HFT2次級繞組的中端與諧振電感L2的一端相連。平面變壓器HFT3次級繞組的一端與高速二極體D5 的陽極相連，平面變壓器HFT3次級繞組的另一端與高速二極體D6的陽極相連，平面變壓器 HFT3次級繞組的中端與諧振電感L3的一端相連。高速二極體Dl的陰極、高速二極體D2的陰極、高速二極體D3的陰極、高速二極體D4的陰極、高速二極體D5的陰極、高 速二極體D6 的陰極相連後與儲能電路的電解電容E2的陽極和電阻Rl的一端相連後作為輸出正極，諧振電感Ll的另一端、諧振電感L2的另一端與諧振電感L3的另一端相連後與儲能電路的電解電容E3的陰極和電阻R2的一端相連後作為輸出負極。三個參數一致的平面變壓器的初級繞組依次串聯構成串聯結構，接收和均勻承擔輸入的高頻高壓的PWM電壓脈衝，經過獨立的電磁耦合，各自輸出全波低壓高頻電壓，再通過各自的由兩個整流用高速二極體構成的整流電路的整流作用，將能量傳輸到後級的電解電容儲能電路。本領域技術人員應該理解，變壓電路2中，選擇平面變壓器為較佳方案，目的是為了降低體積和提高效率，實際可用其他變壓器替代。同樣的，高速二極體也可採用其他符合要求的二極體替代。且，變壓單元亦不限於三個，可為若干個。儲能電路將高頻低壓直流脈衝濾波為低壓直流電壓，為後級直流負載供電。電解電容E2的陽極和電阻Rl的一端相連後作為輸出正極，電解電容E3的陰極和電阻R2的一端相連後作為輸出負極，電解電容E2的陰極、電解電容E3的陽極、電阻Rl的另一端、電阻 R2的另一端相連。本領域技術人員應該理解，採用兩個串聯的電解電容是為了選擇體積較小的低壓電解電容，電解電容的數量並不因此受限，可為1個或若干個，當電解電容為若干個時，為了均壓，每個電解電容並聯一個電阻，電阻均值均相等。電解電容也可用其他電容替代。本發明中，變壓電路中平面變壓器次級的三個諧振電感和次級漏感折算為初級電感，在MOSFET管的開關作用下，初級漏感、折算初級電感與MOSFET管Sl S4的漏源之間的傳輸電容發生諧振作用，通過選擇次級電感量大小，使得諧振頻率等於開關頻率，可以實現功率MOSFET Sl S4的零電壓開通和滿載附近的零電流關斷，減少開關損耗和降低EMI 噪聲。由於整個DC-DC變換器為降壓型變換器，因此諧振網絡的電壓等級高，但是電流等級低，有利於諧振網絡的設計。變壓器電路中高頻變壓器的次級採用兩個高速二極體構成的全波整流電路，一個變壓單元中同時只有一隻高速二極體導通電流，因而導通損耗降低，適合低壓大電流輸出。本發明中，逆變電路1完成高壓直流電壓到高頻高壓直流電壓的變換，變壓電路負責將高頻高壓直流電壓變換為高頻低壓直流脈衝，並輸送到儲能電路，同時變壓電路中的諧振電感以及漏感與逆變電路中功率MOSFET的漏源之間寄生電容產生諧振，能夠實現零電壓軟開關和滿載附近的零電流軟開關，降低開關損耗。平面變壓器的使用能夠降低體積和提高效率，初級繞組的串聯可以簡化變壓器的設計。
以上實施例僅用以說明而非 限制本發明的技術方案。不脫離本發明精神和範圍的任何修改或局部替換，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種低壓大電流輸出DC-DC變換器，其特徵在於，包括將高壓直流電壓轉換為高頻高壓直流電壓的逆變電路、包括由MOSFET管構成的單相逆變橋；將所述高頻高壓直流電壓轉換為高頻低壓直流脈衝的變壓電路、包括若干個變壓單元；其中，每個變壓單元均包括一個變壓器、一端與所述變壓器次級繞組中端連接的諧振電感、及兩個輸入端分別連接所述次級繞組兩端的整流電路，且所述變壓器的初級繞組依次串聯構成串聯結構，所述串聯結構的兩端連接所述逆變電路；將所述高頻低壓直流脈衝濾波為低壓直流電壓的儲能電路、連接所述整流電路的輸出端及所有諧振電感的另一端。
2.如權利要求1所述的低壓大電流輸出DC-DC變換器，其特徵在於所述單相逆變橋包括第一 MOSFET管、第二 MOSFET管、第三MOSFET管及第四MOSFET管；所述第一 MOSFET 管與所述第三MOSFET管串聯，所述第二 MOSFET管與所述第四MOSFET管串聯，且所述第一 MOSFET管及所述第三MOSFET管與所述第二 MOSFET管及所述第四MOSFET管並聯。
3.如權利要求2所述的低壓大電流輸出DC-DC變換器，其特徵在於所述逆變電路還包括與所述第一 MOSFET管及所述第三MOSFET管、所述第二 MOSFET管及所述第四MOSFET 管並聯的電容。
4.如權利要求2或3所述的低壓大電流輸出DC-DC變換器，其特徵在於所述串聯結構的一端連接在所述第一 MOSFET管及所述第三MOSFET管之間，所述串聯結構的另一端連接在所述第二 MOSFET管及所述第四MOSFET管之間。
5.如權利要求1所述的低壓大電流輸出DC-DC變換器，其特徵在於所述變壓單元為三個。
6.如權利要求1所述的低壓大電流輸出DC-DC變換器，其特徵在於所述整流電路為全波整流電路，其包括兩個二極體，所述兩個二極體的一端分別連接所在單元的變壓器次級繞組的兩端，另一端均連接所述儲能電路。
7.如權利要求1所述的低壓大電流輸出DC-DC變換器，其特徵在於所述儲能電路包括一個或若干個串聯的電容。
8.如權利要求7所述的低壓大電流輸出DC-DC變換器，其特徵在於所述電容為若干個，每個電容均並聯一個電阻，且所有電阻的阻值相等。
9.如權利要求1或7所述的低壓大電流輸出DC-DC變換器，其特徵在於所述電容為電解電容。
全文摘要
本發明揭示了一種低壓大電流輸出DC-DC變換器，包括將高壓直流電壓轉換為高頻高壓直流電壓的逆變電路、包括由MOSFET管構成的單相逆變橋；將所述高頻高壓直流電壓轉換為高頻低壓直流脈衝的變壓電路、包括若干個變壓單元；其中，每個變壓單元均包括一個變壓器、一端與所述變壓器次級繞組中端連接的諧振電感、及兩個輸入端分別連接所述次級繞組兩端的整流電路，且所述變壓器的初級繞組依次串聯構成串聯結構，所述串聯結構的兩端連接所述逆變電路；將所述高頻低壓直流脈衝濾波為低壓直流電壓的儲能電路、連接所述整流電路的輸出端及所有諧振電感的另一端。本發明的有益效果在於設計簡化、成本低廉、效率較高、支持大輸出電流。
文檔編號H02M3/28GK102315775SQ20101022031
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者楊喜軍, 王選, 艾永保, 陳興中 申請人:上海儒競電子科技有限公司