CN106208721A - 一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器，包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、变压器T1、T2、PWM控制电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、整流二极管D1和D3、续流二极管D2和D4、储能电感L1和L2、反馈及过压保护电路、过流保护电路，本发明通过控制开关管Q1、Q2和Q3、Q4交替开通和关闭，控制储能电感L1和L2交替向负载释放能量，将输入电压为DC800‑DC1000V变换为输出电压为DC12V‑DC28V，满足某些重要场合和特殊领域此类变换器的需求，具有可靠性高、冗余并联和输入超高电压范围的特点。

Description

一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器
技术领域
本发明涉及电路变换器技术领域，更具体地说是一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器。
背景技术
目前，标准隔离式DC/DC变换器输入电压主要范围有DC9V～DC18V、DC18V～DC36V、DC36V～DC72V、DC66V～DC160V和DC200V～DC400V五种，国外美国VICOR公司、日本LAMBDA公司和美国SynQor为标准隔离式DC/DC变换器等产品的专业生产商，其制造和设计技术水平始终处于行业领先地位，主要研制生产产品的输入参数也仅为上述五种，但输入超高电压DC800V～DC1000V领域中，国外知名生产厂家没有产品设计，而在我国某些重要场合和特殊领域中，需要此输入电压范围参数变换器设计。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器，包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、变压器T1、T2、PWM控制电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、整流二极管D1和D3、续流二极管D2和D4、储能电感L1和L2、反馈及过压保护电路、过流保护电路，其特征在于：所述滤波电容C1与直流电源相连接，开关管Q1和开关管Q2串联在变压器T1功率回路中，开关管Q3和开关管Q4串联在变压器T2功率回路中，开关管Q1的漏极和开关管Q3的漏极与输入滤波电容C1的输出正端相连，变压器T1的初级线圈的同名端与开关管Q1的源极相连，变压器T1的初级线圈的的异名端与开关管Q2的漏极相连，变压器T2的初级线圈的同名端与开关管Q3的源极相连，变压器T2的初级线圈的异名端与开关管Q4的漏极相连，开关管Q2、Q4的源极与输入滤波电容C1的输出负端相连，开关管Q1、Q2和Q3、Q4的栅极分别与PWM控制电路的两个控制端相连，变压器T1、T2的次级线圈的同名端分别连接整流二极管D1和D3，变压器T1的次级线圈的异名端分别与储能电感L1、续流二极管D2相连接，续流二极管D2的另一端与滤波电容C2的输出正端相连接，变压器T2的次级线圈的异名端分别与储能电感L2、续流二极管D4相连接，续流二极管D4的另一端与滤波电容C2的输出正端相连接，输出滤波电容C2连接在两个输出端之间，输出滤波电容C2的输出负端与储能电感L1、储能电感L2、反馈及过压保护电路的负相输入端、过流保护电路的负相输入端相连接，输出滤波电容C2的输出正端分别与反馈及过压保护电路的正相输入端、过流保护电路的正相输入端相连接，反馈及过压保护电路和过流保护电路的输出端分别通过光耦芯片Q5和Q6与PWM控制电路反馈输入端相连。
优选的，所述PWM控制电路由主控芯片TL494的集成电路及其***供电和驱动器件组成。
优选的，所述电源模块输入电压覆盖DC800-DC1000V，输出电压覆盖DC12V-DC28V。
本发明的工作原理是：
当开关管Q1、Q2和Q3、Q4交替开通时，变压器T1、T2能量分别经过整流二极管D1和D3交替对储能电感L1和L2储能，同时交替向负载释放能量，电容C2起到输出滤波的作用；当开关管Q1、Q2和Q3、Q4交替关闭时，储能电感L1和L2分别经过续流二极管D2和D4交替对负载释放能量，电容C2起到输出滤波的作用。开关管串联实现开关管分压的作用，将每个开关管承受的电压平均分压，实现输入超高电压为DC800V～DC1000V时，开关管不受到耐压限制，可以正常工作，输入和输出两套功率回路并联起到功率扩充和冗余的作用。
主控芯片TL494正常工作，驱动A和驱动B交错开通，当驱动A通时，驱动B闭；驱动B通时，驱动A闭，由于主控芯片的死区时间由外部死区电阻可调设定，所以不存在两组驱动同时开通的情况。
根据主控芯片TL494两组驱动交错开通的原理，当驱动A开通同时驱动开关管Q1和Q2，电源输入功率回路导通，根据正激电路原理，变压器T1自身初级和次级匝比耦合特性，变压器T1起到电气隔离和能量传递作用，此时变压器T1次级同名端通过整流二极管D1对储能电感L1和负载传递能量；当驱动A不开通，开关管Q1和Q2不工作时，储能电感L1经过续流二极管D2将能量释放给负载。
当驱动B开通同时驱动开关管Q3和Q4，电源输入功率回路导通，根据正激电路原理，变压器T2自身初级和次级匝比耦合特性，变压器T2起到电气隔离和能量传递作用，此时变压器T2次级同名端通过整流二极管D3对储能电感L2和负载传递能量；当驱动B不开通，开关管Q3和Q4不工作时，变压器T2次级储能电感L2经过续流二极管D4将能量释放给负载。
本发明中两组功率回路输入和输出为并联关系，主控芯片TL494两组驱动交错开通，所以变压器T1回路工作时，变换器T1传递能量，储能电感L2释放能量，同理变压器T2回路工作时，变换器T2传递能量，次级储能电感L1释放能量，实现两个独立地变压器和两个储能电感交替储存能量和传递输出能量，达到功率扩展的功能。
由于变换器输入为超高电压DC800V～DC1000V，单只开关管Q1很难承受如此高的耐压，所以采用两只相同型号和参数的开关管串联，实现开关管承受耐压平均分压，这样单只开关管承受只是原来耐压的一半电压，可以实现输入超高电压设计。
本发明解决传统国外和国内变换器超高压输入DC800-DC1000V没有类似变换器设计的典型产品，DC/DC变换器功率电路采用两组正激电路并联组合而成双正激电路，每组正激电路中采用两个开关管串联，实现集成一体化串联并联组合式双正激电路，满足输入超高电压和冗余并联扩充功率的要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用集成一体化串联并联组合式双正激电路，具有更高的可靠性，输入电压覆盖DC800-DC1000V，输出电压覆盖DC12V-DC24V（单路），其体积为116.8×61×13（单位：mm，标准全砖），最大输出功率为500W，最高效率为91%，功率密度最高可达89.9W/in3，国外生产厂家暂时无类似变换器产品，可以满足某些重要场合和特殊领域此类变换器的需求。
2、变换器为隔离方式，隔离电压不低于DC1000V；
本发明的有益效果是DC/DC变换器功率电路采用两组正激电路并联组合而成双正激电路，每组正激电路中采用两个开关管串联，实现集成一体化串联并联组合式双正激电路，满足输入超高电压和冗余并联扩充功率的要求，国外生产厂家暂时无类似变换器产品，可以满足某些重要场合和特殊领域此类变换器的需求。
附图说明
图1为本发明一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器结构示意图。
具体实施方式
参见图1，一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器，包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、变压器T1、T2、PWM控制电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、整流二极管D1和D3、续流二极管D2和D4、储能电感L1和L2、反馈及过压保护电路、过流保护电路，其特征在于：所述滤波电容C1与直流电源相连接，开关管Q1和开关管Q2串联在变压器T1功率回路中，开关管Q3和开关管Q4串联在变压器T2功率回路中，开关管Q1的漏极和开关管Q3的漏极与输入滤波电容C1的输出正端相连，变压器T1的初级线圈的同名端与开关管Q1的源极相连，变压器T1的初级线圈的的异名端与开关管Q2的漏极相连，变压器T2的初级线圈的同名端与开关管Q3的源极相连，变压器T2的初级线圈的异名端与开关管Q4的漏极相连，开关管Q2、Q4的源极与输入滤波电容C1的输出负端相连，开关管Q1、Q2和Q3、Q4的栅极分别与PWM控制电路的两个控制端相连，变压器T1、T2的次级线圈的同名端分别连接整流二极管D1和D3，变压器T1的次级线圈的异名端分别与储能电感L1、续流二极管D2相连接，续流二极管D2的另一端与滤波电容C2的输出正端相连接，变压器T2的次级线圈的异名端分别与储能电感L2、续流二极管D4相连接，续流二极管D4的另一端与滤波电容C2的输出正端相连接，输出滤波电容C2连接在两个输出端之间，输出滤波电容C2的输出负端与储能电感L1、储能电感L2、反馈及过压保护电路的负相输入端、过流保护电路的负相输入端相连接，输出滤波电容C2的输出正端分别与反馈及过压保护电路的正相输入端、过流保护电路的正相输入端相连接，反馈及过压保护电路和过流保护电路的输出端分别通过光耦芯片Q5和Q6与PWM控制电路反馈输入端相连。
所述PWM控制电路由主控芯片TL494的集成电路及其***供电和驱动器件组成。
所述直流电源输入电压覆盖DC800-DC1000V，输出端输出电压覆盖DC12V-DC28V。
本发明提供的一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器通过如下的方式工作：
主控芯片TL494正常工作，驱动A和驱动B交错开通，当驱动A通时，驱动B闭；驱动B通时，驱动A闭，由于主控芯片的死区时间由外部死区电阻可调设定，所以不存在两组驱动同时开通的情况。
根据主控芯片TL494两组驱动交错开通的原理，当驱动A开通同时驱动开关管Q1和Q2，电源输入功率回路导通，根据正激电路原理，变压器T1自身初级和次级匝比耦合特性，变压器T1起到电气隔离和能量传递作用，此时变压器T1次级同名端通过整流二极管D1对储能电感L1和负载传递能量；当驱动A不开通，开关管Q1和Q2不工作时，储能电感L1经过续流二极管D2将能量释放给负载。
当驱动B开通同时驱动开关管Q3和Q4，电源输入功率回路导通，根据正激电路原理，变压器T2自身初级和次级匝比耦合特性，变压器T2起到电气隔离和能量传递作用，此时变压器T2次级同名端通过整流二极管D3对储能电感L2和负载传递能量；当驱动B不开通，开关管Q3和Q4不工作时，变压器T2次级储能电感L2经过续流二极管D4将能量释放给负载。
最终将输入电压为DC800-DC1000V变换为输出电压为DC12V-DC28V，满足某些重要场合和特殊领域此类变换器的需求。
本发明技术方案在上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器，包括开关管Q1、Q2、Q3、Q4、变压器T1、T2、PWM控制电路、输入滤波电容C1、输出滤波电容C2、整流二极管D1和D3、续流二极管D2和D4、储能电感L1和L2、反馈及过压保护电路、过流保护电路，其特征在于：所述滤波电容C1与直流电源相连接，开关管Q1和开关管Q2串联在变压器T1功率回路中，开关管Q3和开关管Q4串联在变压器T2功率回路中，开关管Q1的漏极和开关管Q3的漏极与输入滤波电容C1的输出正端相连，变压器T1的初级线圈的同名端与开关管Q1的源极相连，变压器T1的初级线圈的的异名端与开关管Q2的漏极相连，变压器T2的初级线圈的同名端与开关管Q3的源极相连，变压器T2的初级线圈的异名端与开关管Q4的漏极相连，开关管Q2、Q4的源极与输入滤波电容C1的输出负端相连，开关管Q1、Q2和Q3、Q4的栅极分别与PWM控制电路的两个控制端相连，变压器T1、T2的次级线圈的同名端分别连接整流二极管D1和D3，变压器T1的次级线圈的异名端分别与储能电感L1、续流二极管D2相连接，续流二极管D2的另一端与滤波电容C2的输出正端相连接，变压器T2的次级线圈的异名端分别与储能电感L2、续流二极管D4相连接，续流二极管D4的另一端与滤波电容C2的输出正端相连接，输出滤波电容C2连接在两个输出端之间，输出滤波电容C2的输出负端与储能电感L1、储能电感L2、反馈及过压保护电路的负相输入端、过流保护电路的负相输入端相连接，输出滤波电容C2的输出正端分别与反馈及过压保护电路的正相输入端、过流保护电路的正相输入端相连接，反馈及过压保护电路和过流保护电路的输出端分别通过光耦芯片Q5和Q6与PWM控制电路反馈输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器，其特征在于：所述PWM控制电路由主控芯片TL494的集成电路及其***供电和驱动器件组成。
3.根据权利要求1所述的一种集成一体化串联并联组合式双正激变换器，其特征在于：所述直流电源输入电压覆盖DC800-DC1000V，输出端输出电压覆盖DC12V-DC28V。
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