[實用新型]一種寬范圍變換器

有效

• 申請號: 201820386799.6
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN207968331U
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 黃貴松
• 申請（專利權）人: 上海鈞功電子科技有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

本實用新型涉及高頻開關電源。一種寬范圍變換器，包括一變壓器，變壓器的原邊側設有一輸入電容Cin，寬范圍變換器的輸入電壓Vin施加在Cin兩端；變壓器的原邊側還設有一個開關管S1與開關管S2串聯構成的半橋電路，并且半橋電路連接在輸入電容Cin兩端；變壓器的原邊側還設有一個電感Ls、激磁電感Lm、與電容Cb依次串聯構成的諧振回路，諧振回路的兩端分別連接到半橋電路的中點A和輸入的地線B；變壓器的副邊側的繞組通過一個二極管D連接到輸出電容Co，在Co兩端得到寬范圍變換器的輸出電壓Vo。本實用新型適合寬輸出范圍的軟開關電路拓撲，該電路的輸出調節關系是線性的。

技術領域

本實用新型涉及高頻開關電源，尤其涉及直流變換器。

背景技術

高頻開關電源中的DC-DC變換器一般分為脈沖寬度(PWM)調節模式和變頻諧振(Resonant)調節模式。這兩種調節模式各有其優缺點，脈沖寬度調節模式的輸出電壓與占空比成線性關系，具有較寬的調節范圍，在輸入或輸出需要較大范圍調節時，這種電路具有很好的調節性能，但是這種調節模式的變換器很難在全電壓范圍內實現軟開關，特別是在寬輸入電壓范圍的情況下有較大的開關損耗；變頻諧振式的電路是依靠諧振回路的阻抗來調節輸出電壓，很容易實現功率器件的零電壓開通(ZVS)或零電流關斷(ZCS)，即軟開關工作條件，但它的輸出調節關系是非線性的，往往只在一個很小的范圍內起作用，不適合寬輸入或輸出范圍的調節。

在很多應用場合，往往需要兼容較寬的輸入電壓，比如通訊設備要兼容12V、24V和48V多種直流輸入電壓，交流供電的設備要兼容110V、220V、380V等多種供電情況，往往要求一些DC-DC變換器的設計需要兼容3～4倍甚至更高的輸入電壓范圍，比如18～75V輸出，200～800V輸入等等，這就需要一個適合寬輸入電壓范圍的變換拓撲。

另外一個技術難題是高壓器件的選擇，常規開關器件(MOSFET)耐壓在500～600V，800V甚至更高耐壓的器件性能往往比較差，特別是開關特性上比低壓器件差很多。如何將低壓器件使用在高壓環境中是一個很有價值的工作，有一些諸如三電平橋式電路，開關串聯技術等能夠解決這個問題，但電路往往比較復雜，需要引入一些輔助電路或控制方式；如果采用變換器輸入側直接串聯的方式，又會面臨空載時輸入電壓平衡的問題，只有當副邊采用同步整流的情況下，這種方案可以取得比較好的效果，能夠實現原邊電壓的自動平衡。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種寬范圍變換器，以解決上述至少一個技術問題。

一種寬范圍變換器，包括一變壓器，其特征在于，所述變壓器的原邊側設有一輸入電容Cin，寬范圍變換器的輸入電壓Vin施加在Cin兩端；

所述變壓器的原邊側還設有一個開關管S1與開關管S2串聯構成的半橋電路，并且所述半橋電路連接在輸入電容Cin兩端；

所述變壓器的原邊側還設有一個電感Ls、激磁電感Lm、與電容Cb依次串聯構成的諧振回路，所述諧振回路的兩端分別連接到半橋電路的中點A和輸入的地線B；

所述變壓器的副邊側的繞組通過一個二極管D連接到輸出電容Co，在Co兩端得到寬范圍變換器的輸出電壓Vo；

所述電感Ls的電感值小于所述激磁電感Lm的電感。

本實用新型適合寬輸出范圍的軟開關電路拓撲，本專利所揭露的電路拓撲結合了半橋電路和反激電路的特點，原邊是一個半橋電路，上下開管互補控制，以方便實現原邊開關的ZVS，變壓器的原邊引入了諧振元件，采用諧振方式傳遞能量，同時通過適當的參數選擇，使得輸出電壓的調節關系正比于輸入電壓和占空比，輸出是一個簡單的二極管整流模式，它的連接特點是二極管在占空比D的時間內截止而在1-D的時間內導通。類似于反激電路，變壓器的激磁電感必需提供一定的激磁電流，以實現功率的傳遞，并實現原邊開關的ZVS，不同于反激電路，該電路的輸出調節關系是線性的。