CN215772918U - 一种隔离型高低压双输出变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种隔离型高低压双输出变换器，属于电力电子技术领域，提出以下方案：一种隔离型高低压双输出变换器，包括电压源、功率开关、反激网络输出电路和升压网络输出电路；电压源，用于为反激网络输出电路和升压网络输出电路提供输入电压；功率开关，用于分别耦合反激网络输出电路和升压网络输出电路；反激网络输出电路，用于对电压源的输入电压进行储能、隔离和变压，并输出第一电压；升压网络输出电路，用于对电压源的输入电压进行隔离和变压，并输出第二电压。本实用新型技术方案降低了双输出变换器的成本，降低了控制的复杂程度。

Description

一种隔离型高低压双输出变换器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种隔离型高低压双输出变换器。

背景技术

在航空、航天、汽车、医疗、计算机、通信***等技术领域的应用中，为了满足不同负载供电电压的需求，经常需要采用多输出电源。

然而传统的反激变换器带有变压器能实现原副边的电气隔离，而无法实现较高增益；实现多路输出的途径为变压器多绕组耦合，如需实现较高压差的输出需求，则需要保证反激变压器原边感量一定的情况下，具有较高匝数比，导致绕组体积较大，不利于功率密度的提高，同时器件繁多，控制策略较为复杂。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种隔离型高低压双输出变换器，旨在降低双输出变换器的成本，降低双电压输出控制的复杂程度。

本实用新型提供的基础方案：

一种隔离型高低压双输出变换器，包括电压源、功率开关、反激网络输出电路和升压网络输出电路；

所述电压源，用于为所述反激网络输出电路和所述升压网络输出电路提供输入电压；

所述功率开关，用于分别耦合所述反激网络输出电路和所述升压网络输出电路；

所述反激网络输出电路，用于对所述电压源的输入电压进行储能、隔离和变压，并输出第一电压；

所述升压网络输出电路，用于对所述电压源的输入电压进行隔离和变压，并输出第二电压。

本实用新型基础方案的原理为：

本方案中，隔离型高低压双输出变换器包括电压源、功率开关、反激网络输出电路和升压网络输出电路，电压源分别连接反激网络输出电路和升压网络输出电路，功率开关连接至反激网络输出电路和升压网络输出电路的原边。本方案隔离型高低压双输出变换器从功率变换的电路拓扑上进行改进，在不增加功率开关数量和变压器绕组数量及匝数比的情况下，实现隔离型高低压双输出变换器的高低压双输出。功率开关可以耦合控制反激网络输出电路和升压网络输出电路。

基础方案的有益效果为：

(1)本方案中，通过反激网络输出电路和升压网络输出电路的复合，实现了一定的占空比条件下，相较于传统升压变换器具有更高的电压增益以及输入/输出端的电气隔离。

(2)本方案中，由于反激网络输出电路和升压网络输出电路均复用一个功率开关，从而使得拓扑结构简易，降低了控制的复杂程度。

(3)本方案中，由于反激网络输出电路和升压网络输出电路均复用一个功率开关，有源开关器件数量少，降低了双输出变换器的成本。

进一步，所述隔离型高低压双输出变换器还包括吸收电路；

所述吸收电路，用于吸收所述功率开关的电压尖峰。

通过吸收电路的设置，将功率开关的电压尖峰吸收，以减轻功率开关的电压应力。

进一步，所述吸收电路包括第一二极管、第一电阻和第一电容；

所述第一二极管的阳极与所述电压源的正极连接，所述第一二极管的阴极、所述第一电阻的第一端和所述第一电容的第一端公共连接，所述第一电阻的第二端和所述第一电容的第二端的公共端与所述功率开关的输出端连接。

由于吸收电路包括第一二极管、第一电阻和第一电容，便于更好地对功率开关上电压尖峰的吸收。

进一步，所述反激网络输出电路包括第二二极管、第二电阻、第二电容和反激式变压器；

所述第二二极管的阳极与所述反激式变压器的副边绕组第一端连接，所述第二二极管的阴极、所述第二电容的第一端和所述第二电阻的第一端公共连接，所述第二电容的第二端和所述第二电阻的第二端的公共端与所述反激式变压器的副边绕组第二端连接。

通过反激网络输出电路中第二二极管、第二电阻、第二电容的设置，通过功率开关的耦合，将反激式变压器经电压源的输入电压进行储能、隔离和变压，以便于经第二电阻输出第一电压。

说明：此处经第二电阻输出的第一电压为低电压。

进一步，所述升压网络输出电路包括第三二极管、第三电阻、第三电容和升压变压器；

所述第三二极管的阳极与所述升压变压器的副边绕组第一端连接，所述第三二极管的阴极、所述第三电容的第一端和所述第三电阻的第一端公共连接，所述第三电容的第二端和所述第三电阻的第二端的公共端与所述升压变压器的副边绕组第二端连接。

通过升压网络输出电路中第三二极管、第三电阻、第三电容的设置，通过功率开关的耦合，将升压网络输出电路经电压源的输入电压进行隔离和变压，以便于经第二电阻输出第二电压。

说明：此处经第三电阻输出的第二电压为高电压。

进一步，所述功率开关为MOS开关管。

所述MOS开关管的漏极为所述功率开关的输入端，所述MOS开关管的源极为所述功率开关的输出端，所述MOS开关管的栅极为所述功率开关的受控端。

由于功率开关采用MOS开关管，导通电阻小，栅极驱动电荷较小，损耗小，驱动电路简单。

附图说明

图1为本实用新型隔离型高低压双输出变换器一实施例的模块示意图；

图2为本实用新型隔离型高低压双输出变换器中一实施例的电路结构示意图；

图3为本实用新型隔离型高低压双输出变换器中输出的第一电压和第二电压的波形示意图；

图4为本实用新型隔离型高低压双输出变换器中输出的第一电压波形示意图；

图5为本实用新型隔离型高低压双输出变换器中输出的第二电压波形示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：电压源10、功率开关20、反激网络输出电路30、升压网络输出电路40、吸收电路50、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、反激式变压器T1和升压变压器T2。

在一实施例中，参照如图1所示，一种隔离型高低压双输出变换器，包括电压源10、功率开关20、反激网络输出电路30和升压网络输出电路40；

所述电压源10，用于为所述反激网络输出电路30和所述升压网络输出电路40提供输入电压；

所述功率开关20，用于分别耦合所述反激网络输出电路30和所述升压网络输出电路40；

所述反激网络输出电路30，用于对所述电压源10的输入电压进行储能、隔离和变压，并输出第一电压；

所述升压网络输出电路40，用于对所述电压源10的输入电压进行隔离和变压，并输出第二电压。

本实施例中，电压源10分别连接反激网络输出电路30和升压网络输出电路40，功率开关20连接至反激网络输出电路30和升压网络输出电路40的原边。本方案隔离型高低压双输出变换器从功率变换的电路拓扑上进行改进，在不增加功率开关20数量和变压器绕组数量及匝数比的情况下，实现隔离型高低压双输出变换器的高低压双输出。功率开关20可以耦合控制反激网络输出电路30和升压网络输出电路40。

基于上述实施例，具体的电路图参照如图2所示，第一二极管D1的阳极与电压源10的正极连接，且连接至反激式变压器T1的原边绕组第一端，第一二极管D1的阴极、第一电阻R1的第一端和第一电容C1的第一端公共连接，第一电阻R1的第二端和第一电容C1的第二端的公共端与功率开关20的输出端连接，且分别连接反激式变压器T1的原边绕组第二端和升压变压器T2的原边绕组第一端；第二二极管D2的阳极与反激式变压器T1的副边绕组第一端连接，第二二极管D2的阴极、第二电容C2的第一端和第二电阻R2的第一端公共连接，第二电容C2的第二端和第二电阻R2的第二端的公共端与反激式变压器T1的副边绕组第二端连接；第三二极管D3的阳极与升压变压器T2的副边绕组第一端连接，第三二极管D3的阴极、第三电容C3的第一端和第三电阻R3的第一端公共连接，第三电容C3的第二端和第三电阻R3的第二端的公共端与升压变压器的副边绕组第二端连接。需要说明的是，电压源10也即是图2中的输入电压Vin，功率开关20也即是图2中的MOS开关管S1。

需要说明的是，本方案中的功率开关可以但不限定于是P型MOS管、N型MOS管、三极管等，根据实际应用场景选择。电压源为反激网络输出电路和升压网络输出电路提供输入电压可以但不限定于是100V的直流电压，可以根据实际应用场景设定，以便于隔离型高低压双输出变换器可以正常工作，更加适用于光伏、燃料电池的场景。

也即是，本方案从功率变换的电路拓扑上设计创新，在不增加功率开关20数量和变压器绕组数量及匝数比的情况下解决了实现高低压双输出的问题。通过复用功率开关20耦合反激网络输出电路30和升压网络输出电路40，降低了双输出变换器的成本，降低了控制的复杂程度。在一个周期内，将功率开关20导通的时间区间称为第一模态，将功率开关20关断的时间区间称为第二模态。在反激变换器利用反激式变压器T1作隔离变压和储能的功能，而升压变压器T2也通过电感储能，且两种开关拓扑都在第一模态中进行电感的储能，反激变压器和升压变压器T2都存在电感、功率开关20和二极管相连接的三端网络。在反激变压器的拓扑中嵌入升压变压器T2，利用反激变压器的励磁电感和升压变压器T2的漏感之和作为升压变压器T2三端网络中的升压电感，升压变压器T2副边嵌入正向二极管作为升压三端开关网络的二极管控制电感电流的单向极性。

本实施例中，在第一开关模态中，反激式变压器T1副边二极管反偏，励磁电感储能。功率开关20将升压变压器T2短接，并为反激式变压器T1的励磁电感储能提供回路。在第二开关模态中，反激三端网络的反激式变压器T1副边电压极性反向，第一二极管D1正偏导通，反激式变压器T1的能量输出第一电压Vout1，同时由升压三端网络输出第二电压Vout2，以此使得第一电压Vout1为低压输出，第二电压Vout2为高压输出。

进一步地，对于本方案的隔离型高低压双输出变换器在一个周期内，第一电压和第二电压的波形示意图如图3所示，表示稳态时第一电压和第二电压呈高低压直流输出。具体的第一电压的低电压输出稳态波形示意图如图4所示，第二电压的高电压输出稳态波形示意图如图5所示。

在一实施例中，为了对功率开关20上的电压尖峰进行吸收，隔离型高低压双输出变换器还设置有吸收电路50，用于吸收功率开关20的电压尖峰。也即包括第一二极管D1、第一电阻R1和第一电容C1组成的吸收电路50，对MOS开关管S1对电压尖峰进行吸收，第一二极管D1的阳极与电压源10的正极连接，第一二极管D1的阴极、第一电阻R1的第一端和第一电容C1的第一端公共连接，第一电阻R1的第二端和第一电容C1的第二端的公共端与功率开关20的输出端连接。

以上的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种隔离型高低压双输出变换器，其特征在于，包括电压源、功率开关、反激网络输出电路和升压网络输出电路；

所述电压源，用于为所述反激网络输出电路和所述升压网络输出电路提供输入电压；

所述功率开关，用于分别耦合所述反激网络输出电路和所述升压网络输出电路；

所述反激网络输出电路，用于对所述电压源的输入电压进行储能、隔离和变压，并输出第一电压；

所述升压网络输出电路，用于对所述电压源的输入电压进行隔离和变压，并输出第二电压。

2.根据权利要求1所述的隔离型高低压双输出变换器，其特征在于，所述隔离型高低压双输出变换器还包括吸收电路；

所述吸收电路，用于吸收所述功率开关的电压尖峰。

3.根据权利要求2所述的隔离型高低压双输出变换器，其特征在于，所述吸收电路包括第一二极管、第一电阻和第一电容；

所述第一二极管的阳极与所述电压源的正极连接，所述第一二极管的阴极、所述第一电阻的第一端和所述第一电容的第一端公共连接，所述第一电阻的第二端和所述第一电容的第二端的公共端与所述功率开关的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的隔离型高低压双输出变换器，其特征在于，所述反激网络输出电路包括第二二极管、第二电阻、第二电容和反激式变压器；

所述第二二极管的阳极与所述反激式变压器的副边绕组第一端连接，所述第二二极管的阴极、所述第二电容的第一端和所述第二电阻的第一端公共连接，所述第二电容的第二端和所述第二电阻的第二端的公共端与所述反激式变压器的副边绕组第二端连接。

5.根据权利要求3所述的隔离型高低压双输出变换器，其特征在于，所述升压网络输出电路包括第三二极管、第三电阻、第三电容和升压变压器；

所述第三二极管的阳极与所述升压变压器的副边绕组第一端连接，所述第三二极管的阴极、所述第三电容的第一端和所述第三电阻的第一端公共连接，所述第三电容的第二端和所述第三电阻的第二端的公共端与所述升压变压器的副边绕组第二端连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的隔离型高低压双输出变换器，其特征在于，所述功率开关为MOS开关管。

7.根据权利要求6所述的隔离型高低压双输出变换器，其特征在于，所述MOS开关管的漏极为所述功率开关的输入端，所述MOS开关管的源极为所述功率开关的输出端，所述MOS开关管的栅极为所述功率开关的受控端。

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