[發(fā)明專利]具有全橋電路和大調(diào)節(jié)范圍的電源單元

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680023505.3
• 申請(qǐng)日: 2006-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101228682A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: L·塞斯納克;M·科加德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 奧地利西門子公司
• 主分類號(hào): H02M1/14
• 分類號(hào): H02M1/14
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧江;劉春元

本發(fā)明涉及一種電源單元，該電源單元由至少一個(gè)變壓器、至少一個(gè)全橋電路、次級(jí)繞組和放電電路組成，變壓器的初級(jí)繞組通過(guò)所述至少一個(gè)全橋電路被連接到直流電壓輸入(Eingangsgleichspannung)，借助該次級(jí)繞組通過(guò)橋式整流電路以及輸出扼流圈和輸出電容器給輸出電路加載直流電壓輸出，所述放電電路由二極管、電容器和電阻器組成，用于減小次級(jí)側(cè)的峰值電壓。

不同結(jié)構(gòu)形式的電源單元的數(shù)目在近幾十年急劇增加。同時(shí)，對(duì)于電源單元提出的要求也增加。在此，低故障率和高效率是最重要的要求。一種廣泛流行的結(jié)構(gòu)形式是開(kāi)關(guān)電源單元，該開(kāi)關(guān)電源單元通常比線性電源單元更小和更輕，并且產(chǎn)生更少的損耗熱。為了減少在開(kāi)關(guān)電源單元中出現(xiàn)的開(kāi)關(guān)損耗和限制電流峰值或者電壓峰值，按照現(xiàn)有技術(shù)使用所謂的放電電路(也稱為緩沖電路)。因此保護(hù)靈敏的開(kāi)關(guān)元件并改善了EMC特性。

這種放電電路通常由電容器以及二極管和/或電感器以及必要時(shí)還由電阻器組成。

在被實(shí)施為全橋變換器的開(kāi)關(guān)電源單元中，按照現(xiàn)有技術(shù)使用放電電路，以便將在整流過(guò)程中形成的寄生電壓峰值排出到該放電電路(參見(jiàn)圖1)。在具有恒定的輸入電壓和輸出電壓的全橋變換器中，按照現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)放電電路，以致幾乎所有被存儲(chǔ)在放電電路的電容器中的能量被引向輸出電容器，并且因此沒(méi)有損失。

對(duì)于具有用于連接到例如交變能量發(fā)生器(燃料電池、光電元件)的輸入電壓范圍的全橋變換器，設(shè)計(jì)用于進(jìn)行電流峰值限制和電壓峰值限制的放電電路更困難。在變換器的輸出扼流圈中，在通過(guò)變壓器進(jìn)行功率傳輸?shù)臅r(shí)間內(nèi)建立電壓，該電壓取決于直流電壓輸入乘以變壓器的變換比與直流電壓輸出之間的差。該電壓接著也供給放電電路，由此放電電路的電容器中的電壓上升超過(guò)直流電壓輸出。按照現(xiàn)有技術(shù)，通過(guò)該電壓差，被存儲(chǔ)在放電電路的電容器中的能量接著僅通過(guò)電阻器消耗，或者通過(guò)直流斬波變換器(Tiefsetzsteller)發(fā)出給輸出電容器。為了保持部件數(shù)目和制造成本小，在此通常采用電阻器，并且忽略與其相關(guān)聯(lián)的損耗。

可是，在采用用于交變能源的電源單元時(shí)，為了優(yōu)化總效率，在輸入側(cè)設(shè)置大調(diào)節(jié)范圍越來(lái)越重要。在放電電路的電阻器中損耗的能量于是不再能被忽略。

因此本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，針對(duì)開(kāi)頭所提及類型的電源單元給出對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)。

根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過(guò)一種電源單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，該電源單元由至少一個(gè)變壓器、至少一個(gè)全橋電路、次級(jí)繞組和放電電路組成，變壓器的初級(jí)繞組通過(guò)所述至少一個(gè)全橋電路被連接到直流電壓輸入，借助該次級(jí)繞組通過(guò)橋式整流電路以及輸出扼流圈和輸出電容器給輸出電路加載直流電壓輸出，所述放電電路由二極管、電容器和電阻器組成，用于減小次級(jí)側(cè)的峰值電壓，其中設(shè)置另一次級(jí)繞組、另一橋式整流電路和另一放電電路，借助該另一次級(jí)繞組、另一橋式整流電路和另一放電電路，通過(guò)輸出扼流圈和輸出電容器給輸出電路加載部分直流電壓輸出。

通過(guò)布置兩個(gè)次級(jí)支路，在輸入電壓的上臨界范圍內(nèi)明顯減小了降落在電阻器上的電壓差。通過(guò)開(kāi)關(guān)過(guò)程引起的電壓峰值的排出的能量分布在兩個(gè)放電電路上，并且因此減小電容器在放電電路中的充電。因此，在兩個(gè)電阻器中損耗較少的能量，并且提高電源單元的效率。

在本發(fā)明的一種改進(jìn)方案中，在此給變壓器設(shè)置兩個(gè)次級(jí)繞組。在此，采用單個(gè)變壓器有利地對(duì)電源單元的結(jié)構(gòu)大小和制造成本產(chǎn)生作用。

但是，如果給兩個(gè)變壓器都設(shè)置有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組，并且這兩個(gè)初級(jí)繞組中的每一個(gè)初級(jí)繞組都通過(guò)全橋電路被連接到直流電壓輸入，則也是有利的。通過(guò)采用兩個(gè)變壓器，電流通過(guò)輸入扼流圈的電流脈動(dòng)(Stromrippel)和電流通過(guò)輸出扼流圈的電流脈動(dòng)顯著更小，這能夠顯著減小輸入側(cè)和輸出側(cè)的濾波。

此外，如果由四個(gè)開(kāi)關(guān)組成至少一個(gè)全橋電路并且設(shè)置用于控制開(kāi)關(guān)的電子控制裝置，則是有利的。這些開(kāi)關(guān)于是能利用相移調(diào)制來(lái)控制，其中時(shí)滯是可調(diào)制的。

此外，將開(kāi)關(guān)構(gòu)造為晶體管是適宜的，因?yàn)樵诖松婕巴ㄓ玫?、故障安全性更高的開(kāi)關(guān)。

下面參考附圖舉例說(shuō)明本發(fā)明。其中：

圖1以示意圖示出按照現(xiàn)有技術(shù)的具有放電電路的全橋變換器，

圖2以示意圖示出具有分開(kāi)的次級(jí)繞組的全橋變換器，

圖3以示意圖示出具有兩個(gè)變壓器的全橋變換器。