专利名称：减小组合变换器原端电容电压差值的方法和组合式变换器的制作方法
减小组合变换器原端电容电压差值的方法和组合式变换器本发明涉及开关电源，尤其涉及一种减小组合式变换器原端电容电压差值的方法和组合式变换器。正激变换电路，由于控制简单、无偏磁等特点，在开关电源领域内大量应用。但是由于受MOSFET耐压及导通电阻的限制，在输入电压为三相时，成本很高，且效率降低。为了解决这个问题，现有组合式变换器的结构如图I(A)和⑶的电路所示。组合式变换器包括两个正激变换电路，每个正激变换电路包括原边电路和副边电路，原边电路和副边电路通过变压器耦合，两个正激变换电路的原边电路串联，副边电路并联；每个原边电路的输入端接有电容。这样就可以把额定电压低的MOSFET应用到高压电路中去。但是由于器件差异等原因，这一方法往往造成原端两个电容的电压不平衡，因而导致工作不正常及器件损坏。虽然有文献试图解决这一问题，但未能见到根本的改进措施。本发明要解决的技术问题是提供一种减小组合式变换器原端两电容电压差值的方法。本发明另一个要解决的技术问题是提供一种原端两个电容的电压差值较小、工作稳定的组合式变换器。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种减小组合变换器原端电容电压差值的方法，利用第一原边电路输入端的电容电压高时经变压器副边附加绕组给第二原边电路输入端的电容充电，第二原边电路输入端的电容电压高时经变压器副边附加绕组给第一原边电路输入端的电容充电，实现两个电容电压平衡。—种组合式变换器的技术方案是，包括第一变换电路、第二变换电路、第一平衡电路和第二平衡电路，第一变换电路包括第一原边电路和第一副边电路，第一原边电路和第一副边电路通过第一变压器耦合；第二变换电路包括第二原边电路和第二副边电路，第二原边电路和第二副边电路通过第二变压器耦合；第一原边电路与第二原边电路串联，第一副边电路与第二副边电路并联；第一原边电路的输入端并接有第一电容，第二原边电路的输入端并接有第二电容，第一变压器和第二变压器各包括副边附加绕组，第一平衡电路包括第二变压器副边附加绕组和第二整流电路，第二平衡电路包括第一变压器副边附加绕组和第一整流电路；第一平衡电路与第二平衡电路串联，第一平衡电路输出端的正极接第一电容的正极，第一平衡电路输出端的负极接第一电容的负极；第二平衡电路输出端的正极接第二电容的正极，第二平衡电路输出端的负极接第二电容的负极；当两原边电路输入端电容有电压差时，第一原边电路输入端电容通过第一变压器副边附加绕组给第二电容充电，或第二原边电路输入端电容通过第二变压器副边附加绕组给第一电容充电，实现两个电容电压平衡。
以上所述的组合式变换器，包括第一电阻，所述的第一电阻接在第一平衡电路与第二平衡电路连接点和第一电容与第二电容连接点之间。以上所述的组合式变换器，所述的第一整流电路和第二整流电路为全桥整流电路，第二变压器副边附加绕组连接第一平衡电路全桥整流电路的两个输入端，第一平衡电路全桥整流电路输出端的正极接第一电容的正极，第一平衡电路全桥整流电路输出端的负极接第一电容的负极；第一变压器副边附加绕组连接第二平衡电路全桥整流电路的两个输入端，第二平衡电路全桥整流电路输出端的正极接第二电容的正极，第二平衡电路全桥整流电路输入端的负极接第二电容的负极。以上所述的组合式变换器，所述的第一整流电路和第二整流电路为整流二极管， 第二变压器副边附加绕组和第一平衡电路的整流二极管串联，第一变压器副边附加绕组和第二平衡电路的整流二极管串联。以上所述的组合式变换器，第一副边电路包括所述第一变压器的副边绕组和第一半波整流电路，第二副边电路包括所述第二变压器的副边绕组和第二半波整流电路；第一半波整流电路的输入端接第一变压器的副边绕组的输出端，第二半波整流电路的输入端接第二变压器的副边绕组的输出端；第一半波整流电路的输出端与第二半波整流电路的输出端并接。以上所述的组合式变换器，第一副边电路包括所述第一变压器的副边绕组和第一全波整流电路，第二副边电路包括所述第二变压器的副边绕组和第二全波整流电路；第一全波整流电路的输入端接第一变压器的副边绕组的输出端，第二全波整流电路的输入端接第二变压器的副边绕组的输出端；第一全波整流电路的输出端与第二全波整流电路的输出端并接。以上所述的组合式变换器，第一原边电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管，第一开关管的一端接第一二极管的阴极，另一端接第二二极管的阴极；第二开关管的一端接第一二极管的阳极，另一端接第二二极管的阳极；所述第一变压器原边绕组的一端接第一二极管的阳极，另一端接第二二极管的阴极；第一二极管的阴极接所述第一电容的正极，第二二极管的阳极接第一电容的负极；第二原边电路包括第三开关管、第四开关管、第三二极管和第四二极管，第三开关管的一端接第三二极管的阴极，另一端接第四二极管的阴极；第四开关管的一端接第三二极管的阳极，另一端接第四二极管的阳极； 所述第二变压器原边绕组的一端接第三二极管的阳极，另一端接第四二极管的阴极；第三二极管的阴极接所述第二电容的正极，第四二极管的阳极接第二电容的负极。以上所述的组合式变换器，第一原边电路包括第一开关管、第二开关管，所述的第一电容包括串接的第一分电容和第二分电容；第一开关管与第二开关管串联后与第一电容并联；所述第一变压器原边绕组的一端接第一开关管与第二开关管的连接点，另一端接第一分电容与第二分电容的连接点；第二原边电路包括第三开关管、第四开关管，所述的第二电容包括串接的第三分电容和第四分电容；第三开关管与第四开关管串联后与第二电容并联；所述第二变压器原边绕组的一端接第三开关管与第四开关管的连接点，另一端接第三分电容与第四分电容的连接点。以上所述的组合式变换器，第一原边电路包括由4个开关管组成的第一全桥电路，所述第一变压器原边绕组的两端接第一全桥电路的两个输出端，第一全桥电路的两个输入端接第一电容的两端；第二原边电路包括由4个开关管组成的第二全桥电路，所述第二变压器原边绕组的两端接第二全桥电路的两个输出端，第二全桥电路的两个输入端接第二电容的两端。本发明组合式变换器原端两个电容的电压差值较小、工作稳定，并且可将耐压较低的MOSFET应用在高压输入上，本发明可以应用到电焊机、切割机、电力电源、通讯电源、 电镀电源、电动车辆充电电源等领域。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1 (A)是现有技术组合式变换器原理图之一。图1 (B)是现有技术组合式变换器原理图之二。图2(A)是本发明组合式变换器实施例1原理图。图2(B)是本发明组合式变换器实施例2原理图。图3(A)是本发明组合式变换器实施例3原理图。图3(B)是本发明组合式变换器实施例4原理图。图4是本发明组合式变换器实施例5原理图。图5是本发明组合式变换器实施例6原理图。在本发明以下各实施例中，组合式变换器包括第一变换电路、第二变换电路、第一平衡电路和第二平衡电路，第一变换电路包括第一原边电路和第一副边电路，第一原边电路和第一副边电路通过第一变压器TRl耦合；第二变换电路包括第二原边电路和第二副边电路，第二原边电路和第二副边电路通过第二变压器TR2耦合；第一原边电路与第二原边电路串联，第一副边电路与第二副边电路并联；第一原边电路的输入端并接有第一电容 Cl，第二原边电路的输入端并接有第二电容C2，第一变压器TRl和第二变压器TR2各包括副边附加绕组，第一平衡电路包括第二变压器副边附加绕组TR2 :3和第二整流电路，第二平衡电路包括第一变压器副边附加绕组TRl :3和第一整流电路；第一平衡电路与第二平衡电路串联，第一平衡电路输出端的正极接第一电容Cl的正极，第一平衡电路输出端的负极接第一电容Cl的负极；第二平衡电路输出端的正极接第二电容C2的正极，第二平衡电路输出端的负极接第二电容C2的负极。第一电阻Rl接在第一平衡电路与第二平衡电路的连接点和第一电容Cl与第二电容C2的连接点之间。变换电路可以是双管正激变换电路、半桥变换电路或全桥变换电路。在图2㈧所示的本发明实施例1中，变换电路是双管正激变换电路，第一原边电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管Dl和第二二极管D2，第一开关管Ql的一端接第一二极管Dl的阴极，另一端接第二二极管D2的阴极；第二开关管Q2的一端接第一二极管Dl的阳极，另一端接第二二极管D2的阳极；第一变压器原边绕组TRl 1的一端接第一二极管Dl的阳极，另一端接第二二极管D2的阴极；第一二极管Dl的阴极接第一电容 Cl的正极，第二二极管D2的阳极接第一电容Cl的负极；第二原边电路包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第三二极管D3和第四二极管D4，第三开关管Q3的一端接第三二极管D3的阴极，另一端接第四二极管D4的阴极；第四开关管Q4的一端接第三二极管D3的阳极，另一端接第四二极管D4的阳极；第二变压器原边绕组TR2 1的一端接第三二极管D3的阳极，另一端接第四二极管D4的阴极；第三二极管D3的阴极接第二电容C2的正极，第四二极管D4 的阳极接第二电容C2的负极。第一整流电路和第二整流电路分别为整流二极管D9和D10，第二变压器副边附加绕组TR2 :3和第一平衡电路的整流二极管D9串联，第一变压器副边附加绕组TRl :3和第二平衡电路的整流二极管DlO串联。第一副边电路包括第一变压器副边绕组TRl :2、整流二极管D5、续流二极管D6和滤波电感Ll，整流二极管D5构成第一半波整流电路；第二副边电路包括第二变压器副边绕组TR2 :2、整流二极管D7、续流二极管D8和滤波电感L2，整流二极管D7构成第二半波整流电路；第一半波整流电路的输入端接第一变压器副边绕组TRl :2，第二半波整流电路的输入端接二变压器副边绕组TR2 2 ；第一半波整流电路的输出端与第二半波整流电路的输出端以及滤波电容C3并接。本发明实施例1是在两个交替工作的主变压器TR1、TR2上增加一个副边附加绕组。并对附加绕组进行整流。把上路变压器TRl附加绕组经过整流后的电压接到下路的电容C2上。把下路变压器TR2附加绕组整流后的电压接到上路电容Cl上。图中上下两个变换器交替工作，各工作50%的时间。如果电容Cl、C2上电压不平衡，例如，当VCl > VC2，当开关管Q1、Q2导通时，在TRl 3上感应的电压会超过VC2，这时DlO导通，因而Cl上的电压通过TRl :1—TR1 :3—D10给C2充电。使Cl上电压降低，C2上的电压上升。当VCl > VC2， 在开关管Ql、Q2截止，开关管Q3、Q4导通时，在TR2 3上感应的电压低于Cl上的电压，所以D9不导通。因而C2不会通过TR2 :3向Cl充电。这样周而复始，就使Cl上的电压VCl 趋近于C2上的电压VC2，起到了平衡C1、C2上的电压的作用。也就保证开关管Q1、Q2不会因为过压而损坏。反之，如果VC2 > VC1，平衡过程也是类似的。图2(B)所示的本发明实施例2与实施例1的不同点仅仅在于减少了续流二极管 D8和滤波电感L2，第一半波整流电路和第二半波整流电路共用续流二极管D6和滤波电感 Ll进行续流和滤波。图3㈧所示的本发明组合式变换器实施例3与实施例1的区别在于，第一整流电路和第二整流电路分别为4个整流二极管D9-D12、4个整流二极管D13-D16组成的全桥整流电路，第二变压器副边附加绕组TR2:3接在D9-D12组成的全桥整流电路的两个输入端之间，D9-D12组成的全桥整流电路的两个输出端接第一电容Cl的两极；第一变压器副边附加绕组TRl 3接在D13-D16组成的全桥整流电路的两个输入端之间，D13-D16组成的全桥整流电路的两个输出端接第二电容C2的两极。图3(B)所示的本发明组合式变换器实施例4与实施例3的区别在于，减少了续流二极管D8和滤波电感L2，第一半波整流电路和第二半波整流电路共用续流二极管D6和滤波电感Ll进行续流和滤波。实施例3和4采用4个整流二极管D9_D12、4个整流二极管D13-D16组成的全桥整流电路，与实施例1、实施例2相比，对整流二极管的耐压要求降低了 50%。为了防止在电路工作前，电容Cl、C2有一定压差，开关管Ql、Q2(或Q3、Q4)导通时给Cl (或C2)充电电流过大，引起开关管Q1、Q2(或Q3、Q4)的损坏。在实施例1_4中，将第一电阻Rl接在第一平衡电路与第二平衡电路的连接点和第一电容Cl与第二电容C2的连接点之间。图4所示的本发明组合式变换器实施例5与实施例3的区别在于，变换电路是全桥变换电路，第一原边电路包括由4个开关管Q1-Q4组成的第一全桥电路，第一变压器原边绕组TRl 1的两端接第一全桥电路的输出端，第一全桥电路的输入端接第一电容Cl的两端；第二原边电路包括由4个开关管Q5-Q8组成的第二全桥电路，第二变压器原边绕组 TR2 1的两端接第二全桥电路的输出端，第二全桥电路的输入端接第二电容C2的两端。另外，实施例5与实施例3的区别还在于副边电路不同。在实施例5中，第一副边电路包括带中心抽头的第一变压器副边绕组TRl 2和由整流二极管D5、D6组成的第一全波整流电路，第二副边电路包括带中心抽头的第二变压器副边绕组TR2 2和由整流二极管 D7、D8组成的第二全波整流电路；第一全波整流电路的输入端接第一变压器副边绕组TRl 2，第二全波整流电路的输入端接第二变压器副边绕组TR2 2 ；第一全波整流电路的输出端与第二全波整流电路的输出端并接。图5所示本发明组合式变换器实施例6与实施例5的区别在于，变换电路是半桥变换电路，第一原边电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2。第一电容由串接的第一分电容C5和第二分电容C6组成；第一开关管Ql与第二开关管Q2串联后与第一电容并联；第一变压器原边绕组TRl 1的一端接第一开关管Ql与第二开关管Q2的连接点，另一端接第一分电容C5与第二分电容C6的连接点；第二原边电路包括第三开关管Q3、第四开关管Q4，第二电容由串接的第三分电容C7和第四分电容C8组成；第三开关管Q3与第四开关管Q4串联后与第二电容并联；第二变压器原边绕组TR2 1的一端接第三开关管Q3与第四开关管 Q4的连接点，另一端接第三分电容C7与第四分电容C8的连接点。副边电路与实施例5相同。本发明以上实施例已成功用于本申请人研发的三相380V输入、输出为40V-60V、 100A-150A的整流电源之中。该方法可用于电焊机、切割机、电力电源、通讯电源、电镀电源、 电动车辆充电电源等领域。应用效果是完全可将耐压500V的MOSFET应用在高压输入上。 实际结果表明。电容Cl、C2上的电压差可小于5伏。
权利要求
1.一种减小组合变换器原端电容电压差值的方法，其特征在于，第一原边电路变压器输入端的电容电压高时经副边附加绕组给第二原边电路输入端的电容充电，第二原边电路变压器输入端的电容电压高时经副边附加绕组给第一原边电路输入端的电容充电，实现两个电容电压平衡。
2.一种组合式变换器，包括第一变换电路和第二变换电路，第一变换电路包括第一原边电路和第一副边电路，第一原边电路和第一副边电路通过第一变压器耦合；第二变换电路包括第二原边电路和第二副边电路，第二原边电路和第二副边电路通过第二变压器耦合；第一原边电路与第二原边电路串联，第一副边电路与第二副边电路并联；第一原边电路的输入端并接有第一电容，第二原边电路的输入端并接有第二电容，其特征在于，包括第一平衡电路和第二平衡电路，第一变压器和第二变压器各包括副边附加绕组，第一平衡电路包括第二变压器副边附加绕组和第二整流电路，第二平衡电路包括第一变压器副边附加绕组和第一整流电路；第一平衡电路与第二平衡电路串联，第一平衡电路输出端的正极接第一电容的正极，第一平衡电路输出端的负极接第一电容的负极；第二平衡电路输出端的正极接第二电容的正极，第二平衡电路输出端的负极接第二电容的负极；当两原边电路输入端电容有电压差时，第一原边电路输入端电容通过第一变压器副边附加绕组给第二电容充电，或第二原边电路输入端电容通过第二变压器副边附加绕组给第一电容充电，实现两个电容电压平衡。
3.根据权利要求2所述的组合式变换器，其特征在于，包括第一电阻，所述的第一电阻接在第一平衡电路与第二平衡电路连接点和第一电容与第二电容连接点之间。
4.根据权利要求2所述的组合式变换器，其特征在于，所述的第一整流电路和第二整流电路为全桥整流电路，第二变压器副边附加绕组连接第一平衡电路全桥整流电路的两个输入端，第一平衡电路全桥整流电路输出端的正极接第一电容的正极，第一平衡电路全桥整流电路输出端的负极接第一电容的负极；第一变压器副边附加绕组连接第二平衡电路全桥整流电路的两个输入端，第二平衡电路全桥整流电路输出端的正极接第二电容的正极， 第二平衡电路全桥整流电路输入端的负极接第二电容的负极。
5.根据权利要求2所述的组合式变换器，其特征在于，所述的第一整流电路和第二整流电路为整流二极管，第二变压器副边附加绕组和第一平衡电路的整流二极管串联，第一变压器副边附加绕组和第二平衡电路的整流二极管串联。
6.根据权利要求2所述的组合式变换器，其特征在于，第一副边电路包括所述第一变压器的副边绕组和第一半波整流电路，第二副边电路包括所述第二变压器的副边绕组和第二半波整流电路；第一半波整流电路的输入端接第一变压器的副边绕组的输出端，第二半波整流电路的输入端接第二变压器的副边绕组的输出端；第一半波整流电路的输出端与第二半波整流电路的输出端并接。
7.根据权利要求2所述的组合式变换器，其特征在于，第一副边电路包括所述第一变压器的副边绕组和第一全波整流电路，第二副边电路包括所述第二变压器的副边绕组和第二全波整流电路；第一全波整流电路的输入端接第一变压器的副边绕组的输出端，第二全波整流电路的输入端接第二变压器的副边绕组的输出端；第一全波整流电路的输出端与第二全波整流电路的输出端并接。
8.根据权利要求2所述的组合式变换器，其特征在于，第一原边电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管，第一开关管的一端接第一二极管的阴极，另一端接第二二极管的阴极；第二开关管的一端接第一二极管的阳极，另一端接第二二极管的阳极； 所述第一变压器原边绕组的一端接第一二极管的阳极，另一端接第二二极管的阴极；第一二极管的阴极接所述第一电容的正极，第二二极管的阳极接第一电容的负极；第二原边电路包括第三开关管、第四开关管、第三二极管和第四二极管，第三开关管的一端接第三二极管的阴极，另一端接第四二极管的阴极；第四开关管的一端接第三二极管的阳极，另一端接第四二极管的阳极；所述第二变压器原边绕组的一端接第三二极管的阳极，另一端接第四二极管的阴极；第三二极管的阴极接所述第二电容的正极，第四二极管的阳极接第二电容的负极。
9.根据权利要求2所述的组合式变换器，其特征在于，第一原边电路包括第一开关管、 第二开关管，所述的第一电容包括串接的第一分电容和第二分电容；第一开关管与第二开关管串联后与第一电容并联；所述第一变压器原边绕组的一端接第一开关管与第二开关管的连接点，另一端接第一分电容与第二分电容的连接点；第二原边电路包括第三开关管、第四开关管，所述的第二电容包括串接的第三分电容和第四分电容；第三开关管与第四开关管串联后与第二电容并联；所述第二变压器原边绕组的一端接第三开关管与第四开关管的连接点，另一端接第三分电容与第四分电容的连接点。
10.根据权利要求2所述的组合式变换器，其特征在于，第一原边电路包括由4个开关管组成的第一全桥电路，所述第一变压器原边绕组的两端接第一全桥电路的两个输出端， 第一全桥电路的两个输入端接第一电容的两端；第二原边电路包括由4个开关管组成的第二全桥电路，所述第二变压器原边绕组的两端接第二全桥电路的两个输出端，第二全桥电路的两个输入端接第二电容的两端。
全文摘要
本发明公开了一种减小组合式变换器原端电容电压差值的方法和组合式变换器。本发明利用第一原边电路输入端的电容电压高时经变压器副边附加绕组给第二原边电路输入端的电容充电，第二原边电路输入端的电容电压高时经变压器副边附加绕组给第一原边电路输入端的电容充电，实现两个电容电压平衡。本发明原端两个电容的电压差值较小、工作稳定，并且可将耐压较低的MOSFET应用在高压输入上。本发明可以应用到电焊机、切割机、电力电源、通讯电源、电镀电源等领域。
文档编号H02M3/335GK102570826SQ201110415579
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者李慧英, 段元兴 申请人:深圳市元正能源系统有限公司