专利名称：一种宽范围高压输出变换器的制作方法
技术领域：
ー种宽范围高压输出变换器本实用新型涉及DC-DC变换电路，尤其涉及ー种宽范围高压输出变换器。由于受现有高压ニ极管器件性能的影响，对于高压输出开关电源来说，输出整流ニ极管的反向恢复引起的损耗占整体损耗很大比例，严重制约着高压输出开关电源效率的提升。近年来发展起来的谐振变换电路，在开关频率略低于谐振频率的工作状态下，输出整流ニ极管可以实现完全的软恢复特性，将反向恢复损耗降低到接近于零。同吋，谐振变换电路还实现了原边开关管的零电压开关，进一歩降低了电路的损耗，整体变换效率很高。但是，谐振变换电路是通过调节开关频率来实现输出电压控制的，对于宽范围高压输出电源来说，在某些输出电压条件下，不能满足开关频率低于谐振频率的条件，输出整流ニ极管仍然存在很大的反向恢复损耗。另外，相对于PWM控制电路，这种PFM(Pulse frequencymodulation，脉冲频率调制)控制电路在宽范围输出情况下的闭环环路特性较差，控制复 杂，输出电压的稳定性不好。Buck降压变换器是最基本的开关电源电路之一，具有器件少，控制简单，可靠性高的特点。对于宽范围高压输出电源来说，较低电压输出时如果还保持整个输出功率恒定，那么整个变换器中的电流较大，损耗増加。Buck降压变换器由于电路器件少产生的额外损耗就少，很适合于宽范围输出电源。另外，如果Buck降压变换器错相工作，还可以大大降低输出端的纹波电流，减小了滤波电感的体积，进ー步提升了变换效率。但是，Buck降压变换器是ー种非隔离电路，没有实现输入输出的电气隔离，因此不能满足大多数应用场合的需要。本实用新型要解决的技术问题是提供一种高效率、输出电流纹波小的宽范围高压输出变换器。为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种宽范围高压输出变换器，包括前级谐振变换电路和后级错相并联降压变换电路，前级谐振变换电路的输入端与输入直流母线耦合，输出端作为后级错相并联降压变换电路的输入端；后级错相并联降压变换电路的输出端与输出直流母线耦合。以上所述的宽范围高压输出变换器，前级谐振变换电路为开环电路，后级错相并联降压变换电路为闭环电路。所述的谐振变换电路可以是串联谐振变换电路、并联谐振变换电路或串并联谐振变换电路；所述的谐振变换电路可以是全桥、半桥或三电平结构。所述的宽范围高压输出变换器，所述后级错相并联降压变换电路包括错相工作、相互并联的至少两个降压变换电路。以上所述的宽范围高压输出变换器，所述谐振变换电路是全桥串联谐振变换电路，包括全桥电路、谐振电路、变压器、整流电路和中间滤波电容；[0010]全桥电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，全桥电路的输入端接输入直流母线； 谐振电路包括谐振电感、谐振电容和并联电感，所述的谐振电感和谐振电容与变压器原边绕组串联，所述的并联电感与变压器原边绕组并联；所述谐振电感、谐振电容、变压器原边绕组组成的串联电路的两端接所述全桥电路的两个中点；其中，并联电感是实际器件或变压器的激磁电感，谐振电感是实际器件或变压器的漏感；整流电路包括第一整流ニ极管、第二整流ニ极管、第三整流ニ极管、第四整流ニ极管，4个整流ニ极管组成全桥整流电路；所述该全桥整流电路的输入端接变压器副边绕组，中间滤波电容的两端分别接全桥整流电路的两个输出端。以上所述的宽范围高压输出变换器，所述的后级错相并联降压变换电路包括输出滤波电容和错相工作、相互并联的至少两个降压变换电路；所述的降压变换电路包括功率开关管、续流ニ极管和滤波电感，功率开关管的输入端与前级谐振变换电路输出端的正极相连，输出端与滤波电感的第一端相连，滤波电感的第二端接输出直流母线正扱；续流ニ极管的阳极接输出直流母线负极、阴极接功率开关管的输出端；输出滤波电容的一端接输出直流母线正极，另一端接输出直流母线负扱。本实用新型宽范围高压输出变换器结合了谐振变换电路高效隔离电能变换以及错相并联降压变换电路效率高、控制简单、输出纹波电流小和易于实现宽范围输出的特点，构造了一种整体高效率的宽范围高压输出变换电路。
以下结合附图
和具体实施方式
对本实用新型作进ー步详细的说明。图I是本实用新型宽范围高压输出变换器实施例I的原理图。图2是本实用新型宽范围高压输出变换器实施例2的原理图。图3是本实用新型宽范围高压输出变换器实施例3的原理图。本实用新型宽范围高压输出变换器实施例I的结构如图I所示，包括前级谐振变换电路I和后级错相并联降压变换电路2。前级谐振变换电路I的输入端接输入直流母线，输出端作为后级错相并联降压变换电路2的输入端，后级错相并联降压变换电路2的输出端接输出直流母线。前级谐振变换电路I开环工作，起到隔离输入电压的目的，后级错相并联降压变换电路2闭环工作，将前级谐振变换电路I的输出电压稳定为最終的输出电压。本实用新型以下实施例中后级错相并联降压变换电路都以2个降压变换电路并联为例，但在实际应用中可以采用多个降压变换电路并联工作。谐振变换电路I是全桥串联谐振变换电路，包括ー个全桥电路、一个谐振电路、一个变压器T11、ー个整流电路和ー个中间滤波电容C11。全桥电路包括第一开关管Q11、第二开关管Q12、第三开关管Q13、第四开关管Q14，该全桥电路的输入耦合至输入直流母线。谐振电路包括串联的谐振电感Lr、谐振电容Cr和并联电感Lm。并联电感Lm与变压器Tll原边绕组耦合，串联电路的两端分别与全桥电路的两个中点耦合。整流电路包括第一整流ニ极管Dll、第二整流ニ极管D12、第三整流ニ极管D13、第四整流ニ极管D14，四个ニ极管组成全桥整流电路。其全桥整流电路的输入与变压器Tll的副边绕组耦合，全桥整流电路的输出则与中间滤波电容Cl I耦合。后级错相并联降压变换电路包括第一降压变换电路21、第二降压变换电路22以及输出滤波电容Co。第一降压变换电路21包括功率开关管Q21、续流ニ极管D21以及滤波电感L21。功率开关管Q21的输入端与中间滤波电容Cll的正极相连，输出端与续流ニ极管D21的阴极、滤波电感L21的一端相连；续流ニ极管D21的阳极与中间滤波电容Cll的负极、输出滤波电容Co的负极相连；第一滤波电感L21的另一端与输出滤波电容Co的正极相连。第二降压变换电路22包括功率开关管Q22、续流ニ极管D22以及滤波电感L22。功率开关管Q22的输入端与中间滤波电容Cll的正极相连，输出端与续流ニ极管D22的阴极、滤波电感L22的一端相连；续流ニ极管D22的阳极与中间滤波电容Cll的负极、输出滤波电 容Co的负极相连；滤波电感L22的另一端与输出滤波电容Co的正极相连。输出滤波电容Co连接在输出直流母线之间。在实际应用中，并联电感Lm可以是实际的器件也可以是变压器的激磁电感，谐振电感Lr可以是实际的器件也可以是变压器的漏感。本实用新型的谐振变换电路可以是串联谐振变换电路、并联谐振变换电路或串并联谐振变换电路，可以是全桥、半桥或三电平结构。图2所示的本实用新型实施例是在实施例I的基础上谐振电路结构改用了对称半桥电路结构形式。图3所示的本实用新型实施例是在实施例I的基础上谐振电路结构改用了三电平电路结构形式。本实用新型宽范围高压输出变换器采用两级变换结构。第一级电路实现电路的电气隔离，采用高效率的谐振变换形式，实现了输入电压到输出中间高电压的变换，控制上采用开环控制的方式，始終保持开关频率略低于谐振频率，满足了输出整流ニ极管实现软恢复的条件，消除了反向恢复损耗。同时，该谐振变换电路恒定输出高压，在恒功率输出情况下不论最终输出电压是多少，都保证了流经电路的电流在一个较小的水平，减小了器件损耗。因此，这ー级谐振变换电路的效率是很高的。第二级电路实现输出电压的宽范围调节，采用结构最简单的Buck降压电路形式，将中间高电压变换为最終的输出电压。由于Buck降压电路器件少，所以在宽范围输出情况下都能保持较低的损耗和较高的变换效率。采用错相并联工作的电路形式，则降低了输出纹波电流，减小了输出滤波电感的体积，进ー步提升了电路的整体转换效率。综合考虑，对于宽范围高压输出电源来讲，虽然増加了一级变换，但由于两级变换器都具有很高的变换效率，因此整体变换效率还是比单级变换效率高ー些。同吋，电路的整体损耗更加分散，有利于器件的散热，这在某些自然散热的应用场合也是非常重要的。本实用新型是通过以上实施例进行描述的，本技术领域人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围情况下，可以对这些特征进行等效替换或改变。因此，本实用新型不受上述公开的实施例的限制，所有落入本实用新型权利要求范围内的实施例都属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.ー种宽范围高压输出变换器，其特征在于，包括前级谐振变换电路和后级错相并联降压变换电路，前级谐振变换电路的输入端与输入直流母线耦合，输出端作为后级错相并联降压变换电路的输入端；后级错相并联降压变换电路的输出端与输出直流母线耦合。
2.根据权利要求I所述的宽范围高压输出变换器，其特征在于，前级谐振变换电路为开环电路，后级错相并联降压变换电路为闭环电路。
3.根据权利要求I所述的宽范围高压输出变换器，其特征在于，所述的谐振变换电路是串联谐振变换电路、并联谐振变换电路或串并联谐振变换电路；所述的谐振变换电路是全桥、半桥或三电平结构。
4.根据权利要求I所述的宽范围高压输出变换器，其特征在于，所述后级错相并联降压变换电路包括错相工作、相互并联的至少两个降压变换电路。
5.根据权利要求I所述的宽范围高压输出变换器，其特征在于，所述谐振变换电路是全桥串联谐振变换电路，包括全桥电路、谐振电路、变压器、整流电路和中间滤波电容； 全桥电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管，全桥电路的输入端接输入直流母线； 谐振电路包括谐振电感、谐振电容和并联电感，所述的谐振电感和谐振电容与变压器原边绕组串联，所述的并联电感与变压器原边绕组并联；所述谐振电感、谐振电容、变压器原边绕组组成的串联电路的两端接所述全桥电路的两个中点；其中，并联电感是实际器件或变压器的激磁电感，谐振电感是实际器件或变压器的漏感； 整流电路包括第一整流ニ极管、第二整流ニ极管、第三整流ニ极管、第四整流ニ极管，4个整流ニ极管组成全桥整流电路；所述该全桥整流电路的输入端接变压器副边绕组，中间滤波电容的两端分别接全桥整流电路的两个输出端。
6.根据权利要求I所述的宽范围高压输出变换器，其特征在于，所述的后级错相并联降压变换电路包括输出滤波电容和错相工作、相互并联的至少两个降压变换电路； 所述的降压变换电路包括功率开关管、续流ニ极管和滤波电感，功率开关管的输入端与前级谐振变换电路输出端的正极相连，输出端与滤波电感的第一端相连，滤波电感的第ニ端接输出直流母线正扱；续流ニ极管的阳极接输出直流母线负极、阴极接功率开关管的输出端； 输出滤波电容的一端接输出直流母线正极，另一端接输出直流母线负扱。
专利摘要本实用新型公开了一种宽范围高压输出变换器，包括前级谐振变换电路和后级错相并联降压变换电路，前级谐振变换电路的输入端与输入直流母线耦合，输出端作为后级错相并联降压变换电路的输入端；后级错相并联降压变换电路的输出端与输出直流母线耦合。本实用新型结合了谐振变换电路高效隔离电能变换以及错相并联降压变换电路效率高、控制简单、输出纹波电流小和易于实现宽范围输出的特点，构造了一种整体高效率的宽范围高压输出变换电路。
文档编号H02M3/338GK202424533SQ20112038221
公开日2012年9月5日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者陈利强, 高军 申请人:深圳麦格米特电气股份有限公司