CN217590623U - 一种变换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种变换器，所述变换器包括控制器、第一隔直电容以及变压器，所述控制器连接在输入电压与所述变压器之间，所述第一隔直电容与所述变压器的原边绕组连接；所述变换器还包括第二隔直电容，所述第二隔直电容的一端与所述输入电压连接，所述第二隔直电容的另一端分别与所述第一隔直电容的一端及所述变压器的原边绕组的一端连接。本申请可以以低成本解决由于输入电容增加从而导致输出电压降低的问题，且无需选择体积较大、耐压值和容值较高的电容，对于小体积，低成本产品很有优势。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关电源领域，更具体的说，涉及一种变换器。
背景技术
近年来，隔离电压需求越来越高，如IGBT、光伏电源、医疗电源等行业，隔离电压均需达到5000VAC及以上。隔离电压的限制之一为变压器的绕制，如若变压器对隔离电压的需求很高，则需加大输入输出绕组间的距离，从而使得漏磁通变大，也即变压器的漏感变大。对于集成的PWM控制器来说，大漏感变压器会引发较大的漏感尖峰，从而导致控制器异常。在控制器应用中，如何使漏感的影响减小甚至消除，有的工程师会考虑利用变压器的漏感做为LLC半桥变换器中的谐振电感来参与谐振，故在微功率的高隔离产品上，可以使用开环的固定频率LLC半桥拓扑，这样变压器的大漏感问题就不会影响集成的控制器。
图1为原有的开环定频LLC半桥拓扑结构，该拓扑结构中控制器的内部框图如图2所示，这里为了方便描述，将变压器T1的漏感用Lk表示并在图中标出。
LLC谐振变换器一般为PFM控制模式，即通过改变频率来调节输出电压，从而得到稳定的输出电压。变压器T1原边漏感及原边电感量还有隔直电容C3的阻抗分别为：
故输出电压Vo和三者阻抗的关系式为
由此可看出，输出电压Vo是随着频率的变化而变化的。在开环应用的情况下，直接将频率固定，让输出随着输入电压的变化而变化，这样控制器也可使用大漏感的变压器。
但该控制器存在两个问题：1、输出电压在输入电容增大的情况下，输出电压会下降。2、负载调整率及效率等指标较差，没有分立器件的性能好，集成控制器不占优势。
此外，由于DC/DC电源均为二次电源，一次电源的输出电容会直接影响二次电源的电压精度，从而导致后端器件输入欠压保护，或者输出过压，损坏后级设备。该问题可以通过加输入电容解决，但存在一个问题：大容量且耐压高的电容成本高且体积大，这在小体积的DC/DC微功率电源产品上没有优势，而且也无法解决问题2中控制器性能较差的问题。
实用新型内容
本实用新型旨在克服上述现有技术中至少一种缺陷，提供一种变换器，以解决输入电容增大从而导致输出电压下降，以及现有变换器负载调整率和效率等指标较差的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种变换器，包括控制器、第一隔直电容以及变压器，所述控制器连接在输入电压与所述变压器之间，所述第一隔直电容与所述变压器的原边绕组连接；所述变换器还包括第二隔直电容，所述第二隔直电容的一端与所述输入电压连接，所述第二隔直电容的另一端分别与所述第一隔直电容的一端及所述变压器的原边绕组的一端连接。
作为优选，所述变换器还包括输入电容，所述输入电容的一端连接所述输入电压，另一端连接接地端。
作为优选，所述第一隔直电容的一端与所述变压器的原边绕组连接，所述第一隔直电容的另一端与接地端连接。
作为优选，所述控制器为集成半桥电路的控制器。
作为优选，所述控制器为集成全桥电路的控制器。
本申请的工作原理将结合具体的实施方式进行详细分析，在此不再赘述，本申请的有益效果如下：仅在变换器的输入电压与第一隔直电容间增加一个隔直电容，便解决了输出电压随输入电容变化的问题，且极大提高了产品性能。
附图说明
图1为现有半桥变换器原理图；
图2为现有半桥变换器内部原理图；
图3为本实用新型提供的变换器原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合说明书附图和具体实施方式对本申请做进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图2-3所示，一种应用于开关电源领域的变换器，包括：控制器IC1、输入电容C、第一隔直电容C1、第二隔直电容C2以及变压器T1；输入电容C的一端连接输入电压Vin，另一端连接接地端GND；第一隔直电容C1的一端分别与第二隔直电容C2一端、变压器T1原边绕组的异名端连接，第一隔直电容C1的另一端分别与控制器IC1的供电端及接地端GND连接；第二隔直电容C2的一端分别与输入电压Vin及控制器IC1的输入端连接，第二隔直电容C2的另一端分别与第一隔直电容C1及变压器T1原边绕组的异名端连接；
控制器IC1内部集成了由第一MOS管MN1和第二MOS管MN2组成的半桥电路，以及为第一MOS管MN1和第二MOS管MN2提供驱动控制的电路；第一MOS管MN1的漏极分别与输入电压Vin、输入电容C和第二隔直电容C2的一端连接，第一MOS管MN1的源极分别与第二MOS管MN2的漏极及变压器T1原边绕组的同名端连接；第二MOS管MN2的漏极连接变压器T1原边绕组的同名端，源极分别与第一隔直电容C1及接地端GND连接。
控制器IC1内部时钟给第一MOS管MN1及第二MOS管MN2一个互补的固定频率的驱动信号，且存在一定死区时间防止两个管子共通，下面对控制器IC1的具体工作过程进行描述。
当第一MOS管MN1导通，第二MOS管MN2关断时，输入电容C通过漏感Lk，电感Lp给第一隔直电容C1充电，此时，第一隔直电容C1上的电压上升，输入电容C上的电压下降，漏感Lk及电感LP激磁且电流线性上升。当第一MOS管MN1关断，第二MOS管MN2导通时，输入电压Vin给输入电容C充电，输入电容C电压上升。此时，电感Lp电流线性下降，漏感Lk及第一隔直电容C1谐振放电，第一隔直电容C1上的电压持续下降。因此，输出电压会根据漏感Lk及第一隔直电容C1上的电压变化而变化。由于变压器T1的参数均已固定，漏感Lk及电感Lp的参数均无法改变，所以当输入电容C的容值过大时，在第一MOS管MN1导通期间，输入电容C给第一隔直电容C1充电时，第一隔直电容C1上储存的电荷会增大。根据公式Q＝U*C，在第一隔直电容C1充放电的过程中，第一隔直电容C1上的电压将会增大。根据公式Vin＝VLp+VLk+VC3由于输入电压Vin的电压不变，而第一隔直电容C1电压增大，会导致原边绕组电感Lp上的电压变小，从而导致输出电压降低。
由于该控制器IC1内部输出的是固定频率的互补信号，无法通过调节频率来调节输出电压，所以稳定输出电压最直接的方法就是把输入电容C的容值加大。当输入电容C的容值较小时，第一隔直电容C1上电压波动较大，平均值会变化，故输出电压会随着输入电容C的变化而变化；当输入电容C1的容值很大时，第一隔直电容C1上的电压波动就会很小，平均值基本不变，故输出电压也不会变。
而加大输入电容C的容值就意味着输入电容C的体积、成本将会增加，同时耐压值也会减小。一旦输入电容C的耐压值减小，就会使得输入电压的范围变窄，这对产品来说是不利的。
从上述工作过程来看，输出电压主要受第一隔直电容C1上的电压影响。当输出端负载加重时，根据变压器匝比反射到原边，相当于第一隔直电容C1充放电的电流I会变大。根据电容储存电荷公式Q＝I*T＝U*C，第一隔直电容C1上的电流I会直接影响到第一隔直电容C1上电压U的变化，故随着第一隔直电容C1上的电流I增大，第一隔直电容C1上的电压幅值也会增大。这样就会引起负载重载和轻载时，两者的输出电压差距很大，也即产品的负载调整率会很差。
基于此，本实用新型提供一种变换器，可以在选取输入电容的容值时不受过多限制，且能有效的稳定输出电压，提升产品性能。
通过对控制器IC1的具体工作过程分析，可以看出影响输出电压的主要因素在于第一隔直电容C1上电压的变化。而本实用新型直接在输入电压Vin处连接入一个隔直电容，也即将第一隔直电容C1与第二隔直电容C2串联，根据电容串联分压原理，第一隔直电容C1上的电压就会分布在第一隔直电容C1和第二隔直电容C2上。根据公式
第一隔直电容C1上的电压就通过第二隔直电容C2被输入电压Vin钳位，使得输出电压不会随着输入电容C的改变而改变。在负载切换的时候，输出电压变化也会变小，从而提升产品的负载调整率。
增加第二隔直电容C2后，输入电容C的限制变小，不再需要大容值及高耐压的电容解决输出电压随输入电容C1变化的问题。此时，输入电容C1仅当滤波电容使用，不再影响输出电压。
采用本技术方案的产品对比使用现有技术的产品测试数据如下：
| 指标 | 原方案 | 采用本实用新型 |
| 效率/％ | 79.51 | 84.0 |
| 纹波/mV | 334 | 200 |
| 负载调整率/％ | 15.0 | 8.9 |
从上表可以看出，采用本技术方案的产品，不仅输出电压更加稳定，而且产品的效率、纹波及负载调整率等指标均得到了较大的提升。
由技术常识可知，本申请可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本申请范围内或在等同于本申请的范围内的改变均被本申请包含。
Claims (5)
1.一种变换器，包括控制器、第一隔直电容以及变压器，所述控制器连接在输入电压与所述变压器之间，所述第一隔直电容与所述变压器的原边绕组连接，其特征在于：所述变换器还包括第二隔直电容，所述第二隔直电容的一端与所述输入电压连接，所述第二隔直电容的另一端分别与所述第一隔直电容的一端及所述变压器的原边绕组的一端连接。
2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：还包括输入电容，所述输入电容的一端连接所述输入电压，另一端连接接地端。
3.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述第一隔直电容的一端与所述变压器的原边绕组连接，所述第一隔直电容的另一端与接地端连接。
4.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述控制器为集成半桥电路的控制器。
5.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于：所述控制器为集成全桥电路的控制器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221294645.7U CN217590623U (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种变换器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221294645.7U CN217590623U (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种变换器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN217590623U true CN217590623U (zh) | 2022-10-14 |
Family
ID=83554992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202221294645.7U Active CN217590623U (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种变换器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN217590623U (zh) |
-
2022
- 2022-05-26 CN CN202221294645.7U patent/CN217590623U/zh active Active
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