CN106655780A - 一种隔离式电源变换装置 - Google Patents

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Abstract

一种隔离式电源变换装置，包括正激变换电路和反激电路，所述正激变换电路包括原边开关电路、隔离变压器和副边输出电路，所述原边开关电路、反激电路和所述隔离变压器的原边绕组串联，所述副边输出电路和所述隔离变压器的副边绕组并联，其特征在于，所述反激电路包括一反激绕组和一储能电容，所述反激绕组和所述储能电容并联，所述反激绕组的同名端与所述原边绕组的同名端相同。所述反激电路实现正激变换电路的磁复位，具有高效、电路简单的优点，使得所述隔离式电源变换装置功率密度大体积小。

Description

一种隔离式电源变换装置
技术领域
本发明是有关于隔离式电源变换技术，特别涉及正激式电源变换装置。
背景技术
变压器磁复位问题是正激变换器所特有的问题，变压器在开关管关断期间需要进行磁复位，以保证励磁磁通在每个开关周期开始时回到初始值，以避免因磁通不断上升而导致变压器磁芯饱和。针对变换器磁复位问题，目前已经提出了多种解决方案，现有的典型正激变换器磁复位技术包括：(a)采用复位绕组方式；(b)RCD复位方式；(c)有源箝位复位方式；(d)谐振复位方式；(e)采用二极管构造磁复位通路方式。
其中复位绕组方式典型的采用复位绕组进行变压器磁复位的正激变换器电路如图1所示，为了使变压器T磁复位，在变压器T中加入一个复位绕组N3，其同名端与原边绕组N1相反。当开关管Q关断时，变压器T异名端为正，原边二极管DZ导通，存储在变压器T中的励磁能量返回电源Vin，实现磁芯复位。开关管Q漏源两端的电压VDS＝Vin(1+N1/N3)，实际应用中为了降低开关管Q电压应力，同时提高占空比，一般使得N3＝N1，此时VDS＝Vin。此外，要使复位伏秒数与置位伏秒数相等，保证磁芯复位成功，开关管Q的占空比D不能大于50％，设计时一般选取Dmax＝0.4。采用复位绕组的正激变换器特点：优点是变换器结构相对简单，磁化能量可以无损回馈至输入源中；缺点是开关管电压应力较高，一般为输入电压的2倍。开关管开通、关断时会产生较大的电流和电压尖峰，造成EMI问题。
发明内容
本发明提供一种隔离式电源变换装置，能够克服已知技术中正激变换器磁复位的技术缺点，使所述正激变换器具有更广泛的应用。
本发明的技术方案，包括正激变换电路和反激电路，所述正激变换电路包括主控开关、隔离变压器和副边输出电路，所述原边开关电路、反激电路和所述隔离变压器的原边绕组串联，所述副边输出电路和所述隔离变压器的副边绕组并联，其特征在于，所述反激电路包括一反激绕组和一储能电容，所述反激绕组和所述储能电容并联，所述反激绕组的同名端与所述原边绕组的同名端相同。
本发明一具体实施例中，优选的，所述反激电路还包括一二极管，所述二极管使所述反激绕组中的电流单向流动，保证所述储能电容中的电能不能够向反激绕组中存储。
本发明一具体实施例中，所述反激绕组是所述原边绕组的一部分。
本发明一具体实施例中，所述副边输出电路包括一谐振电路，所述谐振电路包括串联的谐振电感和谐振电容，并与所述变压器的副边绕组串联。
本发明一具体实施例中，所述谐振电感集成在所述变压器的副边绕组中。
本发明一具体实施例中，所述谐振电路还包括一串联的谐振二极管，使得电能从所述谐振电感流向所述谐振电容。
本发明一具体实施例中，所述副边输出电路还包括一滤波电路，所述滤波电路和所述谐振电容并联，所述滤波电路包括串联的滤波电感和滤波电容，所述滤波电容的两端为输出端。
本发明的隔离式电源变换装置，通过在正激变换器的原边绕组串联一反激变换电路，反激变换器电路的绕组在正激变换器向副边传输电能时，充电；在正激变换器停止向副边传输电能时，反激变换器电路的绕组向电容充电，以此将变压器的励磁能量存储至电容中。该技术方案拓扑结构简单，主开关管承受的电压应力小，占空比可调节的范围大。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为已知技术中一正激变换器的电路图。
图2为本发明实施例的框图。
图3为本发明一具体实施例。
图4为图3中输入电流连续时关键点的波形图。
图5为图3中输入电流断续时关键点的波形图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种隔离式电源变换装置，为已知技术中正激变换器的磁复位问题提供了一种优选的解决方案，实现了高效率的无损复位，并且拓宽了正激变换器中主功率开关管的占空比，。为了使本揭露之内容可以被更容易明了，以下特举实施例做为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤，系代表相同或类似部件。
图2为本发明的一实施例，该实施例中，所述隔离式电源变换装置包括正激变换电路21和反激电路22，所述正激变换电路包括主控开关Q、隔离变压器T和副边输出电路211，所述主控开关Q、反激电路22和所述隔离变压器T的原边绕组N1串联，串联后接受输入电源Vin。主控开关Q开通时，正激电路21工作，向输出端传递功率；主控开关Q关断时，反激电路22工作，实现变压器T磁复位。
所述副边输出电路211和所述隔离变压器T的副边绕组N2并联，并提供输出电压Vo，其中所述反激电路22包括一反激绕组N3和一储能电容C，所述反激绕组N3和所述储能电容C并联，所述反激绕组N3的同名端与所述原边绕组N1的同名端相同。开关Q开通时，反激绕组N3储能，储能电容C释放电能，开关Q关断时，反激绕组N3将电能转移至储能电容C中，实现磁复位。本实施例中，所述反激电路22还包括一二极管D1，所述二极管D1使所述反激绕组N3中的电流单向流动，保证所述储能电容C中的电能不能够向反激绕组N3中存储。优选的，所述反激绕组N3是所述原边绕组N1的一部分。
图3为本发明副边处理电路一优选的实施方案，但是本发明并不限于此，所述副边输出电路311包括一谐振电路3111，所述谐振电路3111包括串联的谐振电感Lr和谐振电容Cr，并与所述变压器T的副边绕组N2串联。优选的，谐振电路3111还包括一串联的谐振二极管Dr，使得电能从所述谐振电感Lr流向所述谐振电容Cr。所述谐振电感Lr可以集成在所述变压器T的副边绕组N2中。
所述副边输出电路311还包括一滤波电路3112，所述滤波电路3112和所述谐振电容Cr并联，所述滤波电路3112包括串联的滤波电感Lf和滤波电容Cf，所述滤波电容Cf的两端为输出电压Vo的输出端。
图5为图3中所示隔离式电源变换装置的原边电流工作在连续模式时的波形图：
谐振过程t0～t1：主控开关Q开通，原边绕组N1正向励磁，反激绕组N3储能，副边正激回路导通，谐振电感Lr与谐振电容Cr谐振；t1时刻副边电流谐振到零，由于二极管Dr的作用不能导通反向电流，谐振电路3111谐振结束。
线性过程t1～t2：主控开关Q继续开通，原边绕组N1继续正向励磁，反激绕组N3继续储能，直至主控开关Q关断；副边谐振电路3111和滤波电路3112断开，谐振电感Lr电流和电压均变为0，谐振电容Cr向负载线性放电。
线性过程t2～t3：主控开关Q关断，反激回路32导通，变压器磁复位；副边谐振电容Cr继续放电，直至下一个周期主控开关Q开通。
图4为图3中所示隔离式电源变换装置的原边电流工作在断续模式时的波形图：
谐振过程t0～t1：主控开关Q开通，原边绕组N1正向励磁，反激绕组N3储能，副边正激回路导通，向负载传输能量，谐振电感Lr与谐振电容Cr谐振；t1时刻副边电流谐振到零，由于二极管Dr的作用不能导通反向电流，谐振结束。
线性过程t1～t2：主控开关Q继续开通，原边绕组N1继续正向励磁，反激绕组N3继续储能，直至主控开关Q关断；副边正激回路断开，谐振电感Lr电流和电压均变为0，谐振电容Cr向负载线性放电。
线性过程t2～t3：主控开关Q关断，反激回路32导通，变压器T磁复位；副边谐振电容Cr继续放电。
线性过程t3～t4：主控开关Q继续关断，变压器T磁复位结束，电流至零；副边谐振电容Cr继续放电，直至主控开关Q下一个周期开通。
综上所述，本发明实施例提出一种隔离式电源变换装置，具有磁复位电路，效率高，电路结构简单，开关管Q的占空比最高可以达到0.9以上。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种隔离式电源变换装置，包括正激变换电路和反激电路，所述正激变换电路包括主控开关、隔离变压器和副边输出电路，所述原边开关电路、反激电路和所述隔离变压器的原边绕组串联，所述副边输出电路和所述隔离变压器的副边绕组并联，其特征在于，所述反激电路包括一反激绕组和一储能电容，所述反激绕组和所述储能电容并联，所述反激绕组的同名端与所述原边绕组的同名端相同。
2.如权利要求1所述一种隔离是电源变换装置，其特征在于，所述反激电路还包括一二极管，所述二极管与所述反激绕组串联，所述二极管使所述反激绕组中的电流单向流动，保证所述储能电容中的电能不能够向反激绕组中存储。
3.如权利要求1所述一种隔离是电源变换装置，其特征在于，所述反激绕组是所述原边绕组的一部分。
4.如权利要求1所述一种隔离是电源变换装置，其特征在于，所述副边输出电路包括一谐振电路，所述谐振电路包括串联的谐振电感和谐振电容，并与所述变压器的副边绕组串联。
5.如权利要求4所述一种隔离是电源变换装置，其特征在于，所述谐振电感集成在所述变压器的副边绕组中。
6.如权利要求4所述一种隔离是电源变换装置，其特征在于，所述谐振电路还包括一串联的谐振二极管，使得电能从所述谐振电感流向所述谐振电容。
7.如权利要求4所述一种隔离是电源变换装置，其特征在于，所述副边输出电路还包括一滤波电路，所述滤波电路和所述谐振电容并联，所述滤波电路包括串联的滤波电感和滤波电容，所述滤波电容的两端为输出端。
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