[發明專利]一種開關變換器

有效

• 申請號: 201810725344.7
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN108988632B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 吳輝;王志燊;李永昌
• 申請（專利權）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種開關變換器，采用有源鉗位電路，通過引入組合電感電路，利用其中一個電感來承受大部分輸入電壓，再通過另外一個電感來給輸出傳遞能量。經控制電路來控制有源鉗位電路中的兩個功率管的開通與關斷，實現調節輸出電壓的功能，既能滿足大降壓比要求，又可以避免過小、過窄的占空比現象，極大地提高了電路的性能。

技術領域

本發明涉及一種開關變換器，特別涉及一種大降壓比的非隔離型降壓變換器。

背景技術

在常規的非隔離型降壓變換器中，當其工作在CCM(CCM：連續導電模式)，變換器的增益M＝D＝Vo/Vin(D：占空比，Vo：輸出電壓，Vin：輸入電壓)；若電路工作在DCM(DCM：斷續導電模式)，則其占空比D<Vo/Vin，即所需的占空比較CCM狀態下的占空比要小。在一些對隔離沒有要求的應用場合，為了追求低成本和小體積，需要將整流后的市電直接轉換為低壓電給負載供電，比如輸出電壓為5V。

一般地，變換器的輸入交流電壓范圍為85V～265V，經整流濾波后的直流電壓約為100V～375V。若采用常規的降壓變換器拓撲，為了實現輸出電壓5V的功能，則其占空比在穩態時的變化范圍為1.3％～5％(假設電路工作在CCM)。然而，過小、過窄的占空比會導致控制不穩定，功率管無法可靠開通等問題，從而使得電路性能難以滿足設計要求。

為了解決降壓變換器的大降壓比問題，目前也有相關的研究文獻及專利(下面計算均假設電路工作在CCM，輸入電壓整流后的直流電壓范圍為100V～375V，輸出電壓為5V)。(1)、非隔離版反激拓撲，其占空比為(其中，N為變壓器原副邊匝比)，依據占空比表達式可知，在全電壓范圍內，電路工作在穩態時，通過合理設計變壓器的匝比，可避免過小、過窄的占空比問題。但是采用變壓器會相應地增加成本和體積；(2)、采用中心抽頭電感的降壓拓撲，其占空比為依據占空比表達式可知，在全電壓范圍內，電路工作在穩態時，也可通過合理設計中心抽頭電感的匝比，避免過小、過窄的占空比問題。同樣，采用中心抽頭電感會相應地增加成本和體積，并且需要根據設計需求來設計不同的匝比，難以實現標準化；(3)、二次降壓拓撲，其占空比為依據占空比表達式可知，在全電壓范圍內，電路工作在穩態時，其占空比的變化范圍為11％～22％。雖然可實現大降壓比功能，但目前并沒有相關的產品，說明還是存在一定的問題；(4)、LD網絡降壓拓撲[專利號：CN201310027875]，其占空比為依據占空比表達式可知，在全電壓范圍內穩態時，其占空比的變化范圍為2.6％～9.5％，僅是比常規降壓拓撲的占空比拓寬了1倍而已，難以滿足大降壓比要求；(5)、開關電容降壓拓撲[專利號：CN201610236632.7]，通過多級開關電容級聯來實現降壓，級聯的級數越多，降壓比越大，但所需的開關電容和功率管也相應地增加，并且功率管驅動難度大。因此，該方案的成本較高，且實現難度較大；(6)、多電平降壓拓撲[專利號：CN201610209401.7]，比如三電平降壓拓撲，其占空比為依據占空比表達式可知，在全電壓范圍內穩態時占空比的變化范圍為2.6％～9.5％，也僅是比常規降壓拓撲的占空比拓寬了1倍而已，還是難以滿足大降壓比要求，并且電路拓撲及控制較為復雜，成本也較高。

上述方案存在成本高或降壓比小等問題，難以滿足實際應用要求。

發明內容

有鑒于此，本發明解決的技術問題是克服現有方法的不足，提出一種開關變換器方案，電路控制難度小，可以實現大降壓比功能，并且能夠避免過小、過窄的占空比問題，從而滿足應用需求。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：