CN206452300U - 一种dc‑dc功率变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种DC‑DC功率变换器，包括依次电连接的变换器输入端、斩波电路、动态可调变换装置、整流电路、滤波电路、变换器输出端，动态可调变换装置包括多抽头变压器，多抽头变压器包括原边绕组和副边绕组，原边绕组或副边绕组包括至少三个电连接的绕组抽头；当副边绕组包括至少三个绕组抽头时，每个绕组抽头与所述整流电路之间连接有第一切换开关，工作时其中一个绕组抽头通过第一切换开关的导通与所述整流电路的一端连接，余下的绕组抽头中的一个绕组抽头通过第一切换开关的导通与所述整流电路的另一端连接。本功率变换器具有输出电压调节范围宽、可靠性高的特点。

Description

一种DC-DC功率变换器

技术领域

本实用新型涉及电力电子产品领域，特别涉及一种DC-DC功率变换器。

背景技术

在工业应用领域中，有大量的宽电压范围直流输出的需求，例如电动汽车充电电源，为了满足大型电动乘用车、家庭电动乘用车以及小型电动物流车的充电需求，输出电压范围必须覆盖各种不同车型的电池电压等级，可调范围从50到800V。同时，从节能环保的角度出发，要求电源变换器的转换效率越高越好。

普通的移相全桥直流变换器在电源变换领域中广泛使用，具有电压调节范围宽、可靠性高的特点；但是其开关关断损耗较大，电路成本较高，在低压输出段效率偏低等因素，在通信电源行业中逐渐被冷落。另一种新的直流变换拓扑LLC电路，在特定的工作点可以实现零电流开通和零电流关断，开关损耗显著减小，因此整体的变换效率明显提高；因此该电路拓扑在通信电源领域中备受青睐，得到广泛应用；很多电动汽车充电设备厂家将其引进到电动汽车充电模块中。LLC电路在通信行业电源的定电压输出领域中能够很好地发挥其高效率的优势，但是在需求电压范围跨度很大的电动汽车充电应用中存在明显的缺陷：1)在非谐振点电压输出时，开关关断损耗大，开关频率高，整机变换效率明显下降；2)在非谐振点电压输出特别是低电压输出时，因为损耗过大，无法保持足够的输出电流，充电速度变慢。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种DC-DC功率变换器，以解决现有技术中难以实现输出电压全范围大功率输出、全范围高效率的问题，以电压变换比例动态可调的方式实现了超宽电压范围输出，且全范围可以工作于良好的工作状态，实现输出电压调节范围宽、可靠性高、工作效率高的统一结合。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种DC-DC功率变换器，包括依次电连接的变换器输入端、斩波电路、动态可调变换装置、整流电路、滤波电路、变换器输出端，所述动态可调变换装置包括多抽头变压器，所述多抽头变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组或副边绕组包括至少三个电连接的绕组抽头；当副边绕组包括至少三个绕组抽头时，每个绕组抽头与所述整流电路之间连接有第一切换开关，工作时其中一个绕组抽头通过第一切换开关的导通与所述整流电路连接，余下的绕组抽头中的一个绕组抽头通过第一切换开关的导通与所述整流电路连接；当所述原当边绕组具有至少三个绕组抽头时，每个绕组抽头与所述7间连接有第二切换开关，工作时其中一个绕组抽头通过第二切换开关的导通与所述斩波电路连接，余下的绕组抽头中的一个绕组抽头通过第二切换开关的导通与所述斩波电路连接。

优选的是，所述的DC-DC功率变换器，所述原边绕组或副边绕组包括一个绕组，所述绕组包括至少三个电连接的绕组抽头。

优选的是，所述的DC-DC功率变换器，所述副边绕组包括至少两个绕组，每个绕组包括两个电连接的绕组抽头，相邻两个绕组正向串联。

优选的是，所述的DC-DC功率变换器，所述第一切换开关、第二切换开关为半导体器件构成的电子开关、电磁继电器构成的机械开关、手动切换的纯机械式开关中的一种；其中，半导体器件构成的电子开关为由MOSFET构成的电子开关、IGBT构成的电子开关、晶闸管构成的电子开关、二极管构成的电子开关中的一种。

优选的是，所述的DC-DC功率变换器，所述副边绕组包括一个绕组，所述绕组包括三个绕组抽头，每个绕组抽头与整流电路之间连接有第一切换开关；其中与位于中间的绕组抽头连接的第一切换开关为二极管构成的电子开关，其包括第一二极管，第二二极管，所述第一二极管的阳极和第二二极管的阴极同时与位于中间的绕组抽头连接。

优选的是，所述的DC-DC功率变换器，所述斩波电路为三电平软开关全桥谐振电路，整流电路为全桥整流电路。

本实用新型至少包括以下有益效果：

1、使用该新型DC-DC电源变换器，可以使DC-DC原边斩波电路在不同工作条件下都工作于良好的状态，降低开关管的电流应力、开关损耗以及导通损耗，从而使电源产品在全输出电压范围内都实现高效率；同时，该新型DC-DC电源变换器能够在低压输出时保持最大电流的输出，很好地满足了汽车充电特性的需求。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

为了更清楚地说明现有技术中或本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一的DC-DC功率变换器电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例二的DC-DC功率变换器电路结构示意图；

图3为本实用新型实施例三的DC-DC功率变换器电路结构示意图；

图4为本实用新型实施例四的DC-DC功率变换器电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1

如图1所示，一种DC-DC功率变换器，包括依次电连接的变换器输入端1、斩波电路2、动态可调变换装置、整流电路4、滤波电路5、变换器输出端6，动态可调变换装置包括多抽头变压器3；斩波电路2将输入端1的直流转换为高频的交流脉冲波；多抽头变压器3将斩波电路2输出的高频脉冲波进行升压或者降压，整流电路4多抽头变压器3将输出的脉冲波进行整流，滤波电路5对整流后的直流电平进行滤波，得到最终的直流经变换器输出端6输出；其中斩波电路2为三电平软开关全桥谐振电路，整流电路4为全桥整流电路；图中C11、C12、C13、C14为电容器，L11、L12为电感，D11、D12、D13、D14、D15、D16、D17、D18、为二极管，Q11、Q12、Q13、Q14为开关。

多抽头变压器3的副边绕组包括一个绕组，该绕组包括编号为A11、A12、A13三个绕组抽头，A11、A12、A13绕组抽头与整流电路4之间对应连接有第一切换开关B11、B12、B13，工作时第一切换开关B11、B12、B13其中一个导通，例如第一切换开关B11导通使得A11抽头与整流电路4的M1端连接，余下的第一切换开关B12、B13中的一个导通，且余下的第一切换开关B12、B13为互锁关系，保证第一切换开关B12、B13不能同时导通，例如仅仅第一切换开关B13导通，使得A13与整流电路4的N1端连接；当然，该绕组还可以包括A14、A15…A1n抽头，一共n个绕组抽头，对应连接有第一切换开关B14、B15…B1n，工作时当B11导通时A11抽头与整流电路4的M1端连接，余下的第一切换开关B12、B13、B14、B15…B1n中仅仅一个例如第一切换开关B15导通，使得A15绕组抽头与整流电路4的N1端连接；这样通过副边绕组不同抽头之间的绕组匝数，来调节原副边电压变比的调节，使电路前端的斩波电路2工作于占空比较大的状态下，可有效降低原边开关的电流应力、开关损耗以及导通损耗。上述第一切换开关B14、B15…B1n为半导体器件构成的电子开关、电磁继电器构成的机械开关、手动切换的纯机械式开关中的一种；其中，半导体器件构成的电子开关为由MOSFET构成的电子开关、IGBT构成的电子开关、晶闸管构成的电子开关、二极管构成的电子开关中的一种；当第一切换开关B14、B15…B1n为半导体器件构成的电子开关时可以通过功率变换器输入端1的输入条件以及负载条件，通过信号控制第一切换开关B14、B15…B1n的导通或断开；上述第一切换开关B11也可以为常闭式机械开关，或者由一段常通的导线代替，使得A11抽头直接与整流电路M1端连接。

实施例2

如图2所示，图中C21、C22、C23、C24为电容器，L21、L22为电感，D21、D22、D23、D24、D25、D26、D27、D28、D29、D20为二极管，Q21、Q22、Q23、Q24、Q25、Q26、Q27、Q28为开关；与实施例1的不同之处在于动态可调变换装置包括多抽头变压器3，多抽头变压器3的原边绕组包括一个绕组，该绕组包括编号为A21、A22、A23…A2n绕组抽头，A21、A22、A23…A2n绕组抽头与斩波电路2间对应连接有第二切换开关B21、B22、B23…B2n，工作时第二切换开关B21、B22、B23…B2n中的一个导通，例如B21导通使得A21抽头与斩波电路2的电感L21端点连接，余下的第二切换开关B22、B23…B2n中的一个导通，且余下的第二切换开关B22、B23…B2n为互锁关系，保证其中仅有一个导通，例如仅仅第二切换开关B23导通，使得A23绕组抽头与整流电路4的电容器C23的端点连接；相对于实施例1将多个绕组抽头设置在副边绕组，可以降低切换开关的电压应力，通过此方式实现变压器原边和副边之间电压变比的调节，使整个DC-DC变换器电路在不同的工作条件下都能工作于最优的工作状态，实现全输出电压范围的高效率、大电流输出。

实施例3

如图3所示，图中C31、C32、C33、C34为电容器，L31、L32为电感，D31、D32、D33、D34、D35、D36、D37、D38、D39、D30为二极管，Q31、Q32、Q33、Q34、Q35、Q36、Q37、Q38为开关；与实施例1的区别在于动态可调变换装置多抽头变压器3，该多抽头变压器3的副边绕组包括两个串联的绕组，其中第一个绕组包括A31、A32绕组抽头，A31、A32绕组抽头与整流电路之间对应连接有第一切换开关B31、B32；另一个绕组抽头包括A33、A34绕组抽头，A33、A34绕组抽头与整流电路之间对应连接有第一切换开关B33、B34；其中A32、A33绕组抽头串联，工作时可以经过工作状态控制第一切换开关B31、B32导通，同时使第一切换开关B33、B34断开，则A31、A32绕组抽头连接整流电路的M4端和N4端；当功率变换器的工作状态改变时，根据当前的工作状态，可以通过控制第一切换开关B31、B32断开，同时控制第一切换开关B33、B34导通，则A33、A34绕组抽头连接整流电路的M4端和N4端；当功率变换器的工作状态改变时，根据当前的工作状态，还可以通过控制第一切换开关B31、B34导通，同时通过控制第一切换开关B32、B33断开，使A31、A34绕组抽头连接整流电路的M4端和N4端。其中A31绕组抽头和A32绕组抽头之间的绕组匝数为n1，A33绕组抽头和A34绕组抽头之间的绕组匝数为n2，A31绕组抽头和A34绕组抽头之间的绕组匝数为n3，三者之间的关系为n1＝n2+n3。通过此方式使变压器原边和副边之间电压变比的调节范围更宽，使整个DC-DC变换器电路可以在更宽的输出电压范围内实现高效率、大电流的输出。

实施例4

如图4所示，图中C41、C42、C43、C44为电容器，L41、L42为电感，D41、D42、D43、D44、D45、D46、D47、D48、D49、D40为二极管，Q41、Q42、Q43、Q44、Q45、Q46、Q47、Q48为开关；该动态可调变换装置包括多抽头变压器3，多抽头变压器3的副边绕组包括一个绕组，该绕组包括编号为A41、A42、A43三个绕组抽头，A41、A43绕组抽头与整流电路之间对应连接有第一切换开关B41、B43，其与实施例1的区别在于，其中A42绕组抽头与整流电路连接有由二极管D411、D412组成的被动式电子开关，二极管D411的阳极和二极管D412的阴极同时直接连接到A42绕组抽头上；可以根据功率变换器的工作状态，可以通过信号控制第一切换开关B43断开，B41导通，使A41绕组抽头连接到整流电路的M2端、A42绕组抽头连接到整流电路的M3端，整流电路4通过二极管D47、D48、D412、D411实现整流。也可以根据功率变换器的工作状态，可以通过信号控制第一切换开关B43导通，B41导通，此时，假如A41绕组抽头与A43绕组抽头之间的绕组匝数为n1，A41绕组抽头与A42绕组抽头之间的绕组匝数为n2，A42绕组抽头与A43绕组抽头之间的绕组匝数为n3，则n1＝n2+n3，因此A41绕组抽头与A43绕组抽头之间的电压大于A41绕组抽头与A42绕组抽头之间的电压，也大于A42绕组抽头与A43绕组抽头之间的电压，则当第一切换开关B43导通时D411、D412因为承受反向电压处于截止状态，整流电路通过二极管D47、D48、D49、D40实现整流。此实施例中由二极管构成的被动式电子开关替代主动式的第二切换开关，在实现变换器电压变比调节的同时，可以有效降低切换装置的成本。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (6)

1.一种DC-DC功率变换器，包括依次电连接的变换器输入端、斩波电路、动态可调变换装置、整流电路、滤波电路、变换器输出端，其特征在于，所述动态可调变换装置包括多抽头变压器，所述多抽头变压器包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组或副边绕组包括至少三个电连接的绕组抽头；当副边绕组包括至少三个绕组抽头时，每个绕组抽头与所述整流电路之间连接有第一切换开关，工作时其中一个绕组抽头通过第一切换开关的导通与所述整流电路的一端连接，余下的绕组抽头中的一个绕组抽头通过第一切换开关的导通与所述整流电路的另一端连接；当所述原边绕组具有至少三个绕组抽头时，每个绕组抽头与所述斩波电路之间连接有第二切换开关，工作时其中一个绕组抽头通过第二切换开关的导通与所述斩波电路的一端连接，余下的绕组抽头中的一个绕组抽头通过第二切换开关的导通与所述斩波电路的另一端连接。

2.如权利要求1所述的DC-DC功率变换器，其特征在于，所述原边绕组或副边绕组包括一个绕组，所述绕组包括至少三个电连接的绕组抽头。

3.如权利要求1所述的DC-DC功率变换器，其特征在于，所述副边绕组包括至少两个绕组，每个绕组包括两个电连接的绕组抽头，相邻两个绕组正向串联。

4.如权利要求2或3所述的DC-DC功率变换器，其特征在于，所述第一切换开关、第二切换开关为半导体器件构成的电子开关、电磁继电器构成的机械开关、手动切换的纯机械式开关中的一种；其中，半导体器件构成的电子开关为由MOSFET构成的电子开关、IGBT构成的电子开关、晶闸管构成的电子开关、二极管构成的电子开关中的一种。

5.如权利要求4所述的DC-DC功率变换器，其特征在于，所述副边绕组包括一个绕组，所述绕组包括三个绕组抽头，每个绕组抽头与整流电路之间连接有第一切换开关；其中与位于中间的绕组抽头连接的第一切换开关为二极管构成的电子开关，其包括第一二极管，第二二极管，所述第一二极管的阳极和第二二极管的阴极同时与位于中间的绕组抽头连接。

6.如权利要求1所述的DC-DC功率变换器，其特征在于，所述斩波电路为三电平软开关全桥谐振电路，整流电路为全桥整流电路。