一種電壓變換器及正負電源系統的製作方法

2023-05-26 05:43:06 1

專利名稱：一種電壓變換器及正負電源系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電源領域，尤其涉及一種電壓變換器及正負電源系統。
背景技術：
隨著電子技術的發展，開關技術的應用越來越廣泛，在4艮多情況下會用到 正負電源系統，即電壓變換器的輸入和輸出都是正負電源。
圖1示出了現有技術提供的升壓式電壓變換器，包括正輸入端、負輸入端、
正輸出端、負輸出端、參考端以及變換電路，變換電路進一步包括電感L1、 L2，開關S1、 S2， 二極體D1、 D2以及濾波電容Cl、 C2，其中，電感Ll與 二極體Dl依次連接至正輸入端與正輸出端之間，電感Ll與二極體Dl的連接 端為第一節點100;開關Sl連接至第一節點100與參考端之間，濾波電容C1 連接至正輸出端與參考端之間；電感L2與二極體D2依次連接至負輸入端與負 輸出端之間，電感L2與二極體D2的連接端為第二節點200;開關S2連接至 第二節點200與參考端之間，濾波電容C2連接至負輸出端與參考端之間。在 開關Sl的控制下正輸入端輸入的正電壓經過電感Ll和二極體Dl後由正輸出 端輸出；在開關S2的控制下負輸入端輸入的負電壓經過電感L2和二極體D2 後由負輸出端輸出。
圖2示出了現有技術提供的降壓式電壓變換器，包括正輸入端、負輸入端、 正輸出端、負輸出端、參考端以及變換電路，變換電路進一步包括電感L3、 L4，開關S3、 S4, 二極體D3、 D4以及濾波電容C3、 C4，其中，開關S3與電 感L3依次連接至正輸入端與正輸出端之間，開關S3與電感L3的連接端為第 三節點300; 二極體D3連接至第三節點300與參考端之間；濾波電容C3連接 至正輸出端與參考端之間；開關S4與電感L4依次連接至負輸入端與負輸出端之間，開關S4與電感L4的連接端為第四節點400; 二極體D4連接至第四節 點400與參考端之間；濾波電容C4連接至負輸出端與參考端之間。在開關S3
控制下負輸入端輸入的負電壓經過電感L4後由負輸出端輸出。
技術來控制輸入輸出端的電壓，從而導致電壓變換器的工作頻率低、損耗大， 電壓轉換效率低，電磁兼容性能差。

實用新型內容
本實用新型實施例的目的在於提供一種能夠實現軟開關控制且工作頻率 高、成本低的電壓變換器。
本實用新型實施例是這樣實現的， 一種升壓式電壓變換器，包括正輸入 端、負輸入端、正輸出端、負輸出端、參考端以及變換電路；所述升壓式電壓 變換器還包括連接至所述參考端與所述變換電路中第一節點之間的第一緩衝 電路以及連接至所述參考端與所述變換電路中第二節點之間的第二緩沖電路； 所述第一緩衝電路還與所述負輸出端或負輸入端連接，所述第二緩衝電路還與 所述正輸出端或正輸入端連接。
本實用新型實施例的另一目的在於提供一種降壓式電壓變換器，包括正輸 入端、負輸入端、正輸出端、負輸出端、參考端以及變換電路；所述降壓式電 壓變換器還包括連接至所述正輸入端與所述變換電路中第三節點之間的第三 緩衝電路以及連接至所述負輸入端與所述變換電路中第四節點之間的第四緩衝 電路；所述第三緩衝電路還與所述負輸出端或負輸入端連接，所述第四緩沖電 路還與所述正輸出端或正輸入端連接。
本實用新型提供的升壓式電壓變換器以及降壓式電壓變換器採用緩沖電路 實現軟開關控制，提高了工作頻率，降低了熱耗，節約了成本。


圖l是現有技術提供的升壓式電壓變換器的電路圖2是現有技術提供的降壓式電壓變換器的電路圖3是本實用新型第一實施例提供的升壓式電壓變換器的電路圖4是本實用新型第二實施例提供的升壓式電壓變換器的電路圖5是本實用新型第三實施例提供的降壓式電壓變換器的電路圖6是本實用新型第四實施例提供的降壓式電壓變換器的電路圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖 及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體 實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
本實用新型提供的電壓變換器採用緩衝電路實現軟開關控制，提高了工作 頻率，降低了熱耗，節約了成本。
本實用新型提供的電壓變換器包括升壓式電壓變換器和降壓式電壓變換 器，主要應用於正負電源系統中。圖3示出了本實用新型第一實施例提供的升 壓式電壓變換器的電路圖，為了便於說明，僅示出了與本實用新型相關的部分， 詳述如下。
升壓式電壓變換器包括正輸入端、負輸入端、正輸出端、負輸出端、參考 端以及變換電路，還包括連接至參考端與變換電路中第一節點100之間的第 一緩衝電路10以及連接至參考端與變換電路中第二節點200之間的第二緩沖電 路20;第一緩衝電路10還與負輸出端連接，第二緩衝電路20還與正輸出端連接。
其中，變換電路進一步包括第一儲能元件L1、第一電子開關D1、第二 電子開關Sl以及第二儲能元件L2、第三電子開關D2、第四電子開關S2;其 中，第一儲能元件Ll與第一電子開關D1依次連接至正輸入端與正輸出端之間，
7第一儲能元件L1與第一電子開關D1的連接端為第一節點100;第二電子開關 Sl連接至第一節點100與參考端之間；第二儲能元件L2與第三電子開關D2 依次連接至負輸入端與負輸出端之間，第二儲能元件L2與第三電子開關D2的 連接端為第二節點200;第四電子開關S2連接至第二節點200與參考端之間。 作為本實用新型的一個實施例，變換電路還包括連接至正輸出端與參考端
之間的第一濾波電容Cl以及連接至負輸出端與參考端之間的第二濾波電容 C2。
作為本實用新型的一個實施例，第一電子開關D1和第三電子開關D2可以 為二極體、電晶體等；而第二電子開關S1和第四電子開關S2均為可控電子開關。
在本實用新型實施例中，第一緩衝電路IO進一步包括第一諧振電感L5、 第一諧振電容C5、第五電子開關D5以及第六電子開關D6;第一諧振電感L5 的一端連接至參考端，另一端通過變換電路中第二電子開關Sl連接至變換電路 中第一節點100,另一端還依次通過第五電子開關D5以及第一諧振電容C5連 接至變換電路中第一節點100;第六電子開關D6的一端連接至第五電子開關 D5與第一諧振電容C5連接的連接端Al,第六電子開關D6的另一端連接至負 輸出端。
在本實用新型實施例中，第二緩衝電路20進一步包括第二諧振電感L6、 第二諧振電容C6、第七電子開關D7以及第八電子開關D8;第二諧振電感L6 的一端連接至參考端，另一端通過變換電路中第四電子開關S2連接至變換電路 中第二節點200，另一端還依次通過第七電子開關D7以及第二諧振電容C6連 接至變換電路中第二節點200;第八電子開關D8的一端連接至第七電子開關 D7與第二諧振電容C6連接的連接端A2,第八電子開關D8的另 一端連接至正 輸出端。
作為本實用新型的一個實施例，第五電子開關D5、第六電子開關D6、第 七電子開關D7、第八電子開關D8可以為二極體、電晶體、MOS管、IGBT管等半導體器件。而本實用新型中的電子開矢D5、 D6、 D7、 D8均採用二極體， 結構簡單，成本低。
現結合圖3描述採用緩沖電路對升壓式電壓變換器進行軟開關控制的工作 原理當第二電子開關S1導通時，因為第一諧振電感L5的電流不能突變，所 以流過第二電子開關S1的電流是從零開始增加的，實現了第二電子開關S 1 的零電流導通。同時第一諧振電容C5通過第二電子開關S 1，第一諧振電感 L5，第六電子開關D6以及負輸出端進行諧振放電，使第一諧振電容C5的電 壓諧振到零，為第二電子開關S l的零電壓關斷做準備。當第二電子開關S 1 斷開時，因為第一諧振電容C5兩端的電壓為零，所以第二電子開關S 1兩端 的電壓是從零開始增加的，實現第二電子開關S1的零電壓斷開。同時第一諧 振電容C5通過第一儲能元件L1，第五電子開關D5、第一諧振電感L5進行諧 振充電，當第二電子開關S l下端的電壓低於負輸出端的電壓時，第六電子開 關D6導通，將第二電子開關S 1下端的電壓鉗位至負輸出端電壓。
由於負輸入端、負輸出端以及第二緩沖電路與正輸入端、正輸出端以及第 一緩衝電路是相對於參考端對稱的。因此，兩邊的工作原理相同。同理，可實 現第四電子開關S2的零電流導通以及零電壓斷開；並當第八電子開關D8導通 時，將第四電子開關S2上端的電壓鉗位至正輸出端電壓。
圖4示出了本實用新型第二實施例提供的升壓式電壓變換器的電路圖，與 第一實施例提供的升壓式電壓變換器的區別在於，連接至參考端與變換電路中 第一節點100之間的第一緩衝電路10還與負輸入端連接，連接至參考端與變換 電路中第二節點200之間的第二緩衝電路20還與正輸入端連接；即第六電子開 關D6的一端連接至第五電子開關D5與第一諧振電容C5連接的連接端Al, 第六電子開關D6的另一端連接至負輸入端；第八電子開關D8的一端連接至第 七電子開關D7與第二諧振電容C6連接的連接端A2,第八電子開關D8的另 一端連接至正輸入端。這樣可以根據需要用電壓變換器的輸入電壓進行鉗位。
圖5示出了本實用新型第三實施例提供的P爭壓式電壓變換器的電路圖，為了便於說明，僅示出了與本實用新型相關的部分，詳述如下。
降壓式電壓變換器包括正輸入端、負輸入端、正輸出端、負輸出端、參考
端以及變換電路；還包括連接至正輸入端與變換電路中笫三節點300之間的 第三緩衝電路30以及連接至負輸入端與變換電路中第四節點400之間的第四緩 衝電路40;第三緩沖電路30還與負輸出端連接，第四緩衝電路40還與正輸出 端連接。
其中，變換電i 各包括第三儲能元件L3、第九電子開關S3、第十電子開 關D3以及第四儲能元件L4、第十一電子開關S4、第十二電子開關D4;第九 電子開關S3與第三儲能元件L3依次連接至正輸入端與正輸出端之間，第九電 子開關S3與第三儲能元件L3的連接端為第三節點300;第十電子開關D3連 接至第三節點300與參考端之間；第十一電子開關S4與第四儲能元件L4依次 連接至負輸入端與負輸出端之間，第十一電子開關S4與第四儲能元件L4的連 接端為第四節點400;第十二電子開關D4連接至第四節點400與參考端之間。
作為本實用新型的 一個實施例，變換電路還包括連接至正輸出端與參考端 之間的第一濾波電容C3以及連接至負輸出端與參考端之間的第二濾波電容 C4。
在本實用新型實施例中，第三緩衝電路30進一步包括第三諧振電感L7、 第三諧振電容C7、第十三電子開關D9以及第十四電子開關D10;第三諧振電 感L7的一端連接至變換電路中第三節點300,另一端通過變換電路中第九電子 開關S3連接至正輸入端，另一端還依次通過第十三電子開關D9以及第三諧振 電容C7連接至正輸入端；第十四電子開關D10的一端連接至第十三電子開關 D9與第三諧振電容C7連接的連接端A3,第十四電子開關D10的另一端連接 至負輸出端。
在本實用新型實施例中，第四緩沖電路40進一步包括第四諧振電感L8、 第四諧振電容C8、第十五電子開關DU以及第十六電子開關D12;第四諧振 電感L8的一端連接至變換電路中第四節點400,另一端通過變換電路中第十一電子開關S4連接至負輸入端，另一端還依次通過第十五電子開關Dll以及第 四諧振電容C8連接至負輸入端；第十六電子開關D12的一端連接至第十五電 子開關Dll與第四諧振電容C8連接的連接端A4，第十六電子開關D12的另 一端連接至正輸出端。
作為本實用新型的一個實施例，第十三電子開關D9、第十四電子開關D10、 第十五電子開關Dll、第十六電子開關D12可以為二4及管、電晶體、MOS管、 IGBT管等半導體器件。而本實用新型中的電子開關D9、 DIO、 Dll、 D12均採 用二極體，結構簡單，成本低。
本實用新型實施例中，採用緩衝電路對降壓式電壓變換器進行軟開關控制 的工作原理與升壓式電壓變換器的工作原理基本相同，在次不再贅述。
圖6是本實用新型第四實施例提供的降壓式電壓變換器的電路圖，與第三 實施例提供的降壓式電壓變換器的區別在於，連接至正輸入端與變換電路中第 三節點300之間的第三緩沖電路30還與負輸入端連接，連接至負輸入端與變換 電路中第四節點400之間的第四緩衝電路40還與正輸入端連接；即第十四電子 開關D10的一端連接至第十三電子開關D9與第三諧振電容C7連接的連接端 A3,第十四電子開關D10的另一端連接至負輸入端；第十六電子開關DU的 一端連接至第十五電子開關Dll與第四諧振電容C8連接的連接端A4,第十六 電子開關D12的另一端連接至正輸入端。這樣可以根據需要用電壓變換器的輸 入電壓進行鉗位。 '
本實用新型提供的電壓變換器採用緩衝電路實現軟開關控制，提高了變換 效率，改善了電,茲兼容性能；同時提高了工作頻率，降低了熱耗，節約了成本。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型， 凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應 包含在本實用新型的保護範圍之內。
ii
權利要求1、一種升壓式電壓變換器，包括正輸入端、負輸入端、正輸出端、負輸出端、參考端以及變換電路；其特徵在於，所述升壓式電壓變換器還包括連接至所述參考端與所述變換電路中第一節點之間的第一緩衝電路以及連接至所述參考端與所述變換電路中第二節點之間的第二緩衝電路；所述第一緩衝電路還與所述負輸出端或負輸入端連接，所述第二緩衝電路還與所述正輸出端或正輸入端連接。
2、 如權利要求1所述的升壓式電壓變換器，其特徵在於，所述變換電路包括第一儲能元件、第一電子開關、第二電子開關以及第二儲能元件、第三電 子開關、第四電子開關；所述第一儲能元件與所述第 一 電子開關依次連接至所述正輸入端與所迷正 輸出端之間，所述第一儲能元件與所述第一電子開關的連接端為第一節點；所述第二電子開關連接至所述第一節點與所迷參考端之間；所述第二儲能元件與所述第三電子開關依次連接至所述負輸入端與所述負輸出端之間，所述第二儲能元件與所述第三電子開關的連接端為第二節點；所述第四電子開關連接至所述第二節點與所述參考端之間。
3、 如權利要求l所述的升壓式電壓變換器，其特徵在於，所述第一緩衝電 路進一步包括第一諧振電感、第一諧振電容、第五電子開關以及第六電子開關； 所述第一諧振電感的一端連《^妄至所述參考端，另一端通過所述變換電路中 第二電子開關連接至所述變換電路中第一節點，另一端還依次通過所述第五電子開關以及所述第一諧振電容連接至所述變換電路中第一節點；所述第六電子開關的一端連接至所述第五電子開關與所述第一諧振電容連 接的連接端，所述第六電子開關的另 一端連接至所述負輸出端或負輸入端。
4、 如權利要求3所述的升壓式電壓變換器，其特徵在於，所述第五電子開關與所述第六電子開關為二極體、MOS管或IGBT管。
5、 如權利要求1所述的升壓式電壓變換器，其特徵在於，所述第二緩衝電 路進一步包括第二諧振電感、第二諧振電容、第七電子開關以及第八電子開關； 所述第二諧振電感的一端連接至所述參考端，另一端通過所述變換電路中 第四電子開關連接至所述變換電路中第二節點，另一端還依次通過所述第七電 子開關以及所述第二諧振電容連接至所述變換電路中第二節點；所述第八電子開關的一端連接至所述第七電子開關與所述第二諧振電容連 接的連接端，所述第八電子開關的另一端連接至所述正輸出端或正輸入端。
6、 一種降壓式電壓變換器，包括正輸入端、負輸入端、正輸出端、負輸出 端、參考端以及變換電路；其特徵在於，所述降壓式電壓變換器還包括連接至所述正輸入端與所述變換電路中第三節點之間的第三緩衝電路以及 連接至所述負輸入端與所述變換電路中第四節點之間的第四緩衝電路；所述第 三緩衝電路還與所述負輸出端或負輸入端連接，所述第四緩衝電路還與所述正 輸出端或正輸入端連才妄。
7、 如權利要求6所述的降壓式電壓變換器，其特徵在於，所述變換電路包括第三儲能元件、第九電子開關、第十電子開關以及第四儲能元件、第十一 電子開關、第十二電子開關；所述第九電子開關與所述第三儲能元件依次連接至所述正輸入端與所述正 輸出端之間，所述第九電子開關與所述第三儲能元件的連接端為第三節點；所 述第十電子開關連"t姿至所述第三節點與所述參考端之間；所述第十一電子開關與所述第四儲能元件依次連《*妄至所述負輸入端與所述 負輸出端之間，所述第十一電子開關與所述第四儲能元件的連接端為第四節點； 所述第十二電子開關連接至所述第四節點與所述參考端之間。
8、 如權利要求6所述的降壓式電壓變換器，其特徵在於，所述第三緩衝電路進一步包括第三諧振電感、第三諧振電容、第十三電子開關以及第十四電子開關； 所述第三諧振電感的一端連接至所述變換電路中第三節點，另一端通過所述變換電路中第九電子開關連接至所述正輸入端，另一端還依次通過所述第十三電子開關以及所述第三諧振電容連接至所述正輸入端；所述第十四電子開關的一端連接至所述第十三電子開關與所述第三諧振電容連接的連接端，所述第十四電子開關的另一端連接至所述負輸出端或負輸入端。
9、 如權利要求6所述的降壓式電壓變換器，其特徵在於，所述第四緩衝電 路進一步包括第四諧振電感、第四諧振電容、第十五電子開關以及第十六電子開關； 所述第四諧振電感的一端連接至所述變換電路中第四節點，另一端通過所述變換電路中第十一電子開關連接至所述負輸入端，另一端還依次通過所述第十五電子開關以及所述第四諧振電容連接至所述負輸入端；所述第十六電子開關的一端連接至所述第十五電子開關與所迷第四諧振電容連接的連接端，所述第十六電子開關的另一端連4^至所述正輸出端或正輸入端。
10、 一種正負電源系統，其特徵在於，所述正負電源系統包括權利要求1 至5任一項所述的升壓式電壓變換器或權利要求6至9任一項所迷的降壓式電 壓變換器。
專利摘要本實用新型適用於電源領域，提供了一種電壓變換器及正負電源系統，所述電壓變換器包括升壓式電壓變換器以及降壓式電壓變換器，所述升壓式電壓變換器包括正輸入端、負輸入端、正輸出端、負輸出端、參考端以及變換電路；還包括第一緩衝電路以及第二緩衝電路；所述第一緩衝電路與所述負輸出端或負輸入端連接，所述第二緩衝電路與所述正輸出端或正輸入端連接。本實用新型提供的電壓變換器採用緩衝電路實現軟開關控制，提高了工作頻率，降低了熱耗，節約了成本。
文檔編號H02M1/00GK201286064SQ20082021312
公開日2009年8月5日 申請日期2008年10月30日 優先權日2008年10月30日
發明者璞 李 申請人:璞 李