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CN104638926A - 一种磁通对消式高效率反激式dc-dc转换器 - Google Patents

一种磁通对消式高效率反激式dc-dc转换器 Download PDF

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CN104638926A
CN104638926A CN201410102108.1A CN201410102108A CN104638926A CN 104638926 A CN104638926 A CN 104638926A CN 201410102108 A CN201410102108 A CN 201410102108A CN 104638926 A CN104638926 A CN 104638926A
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CN
China
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control
transformer
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synchronous rectifier
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CN201410102108.1A
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敬华兵
梁金成
彭力
杨秋良
周洪生
唐友军
周朝阳
杨永龙
亢黎明
郭军建
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Xiangyang CSR Electric Machinery Co Ltd
Original Assignee
Xiangyang CSR Electrical System Technology Co Ltd
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Abstract

本发明的名称是一种磁通对消式高效率反激式DC-DC转换器，涉及一种反激式DC-DC转换器。它主要是解决已知的反激式转换器存在主开关和同步整流器交叉传导过程中功率损耗或同步整流器中二极管反向恢复所导致的损耗的问题。本发明的反激式DC-DC转换器包括主变压器，连接在主变压器初级绕组回路中的串联连接的主开关S1和输入电压源，连接在主变压器次级绕组回路中的同步整流器S2和输出负载R0以及为输出电路滤波的电容C0，其特征是：在同步整流器S2的一个输入端和主变压器次级绕组的一个输出端之间连接有一个驱动电路。本发明在转换器中接入一个由控制变压器构成的驱动电路，不仅能实现消除交叉传导引起的损耗，而且驱动电路简单，成本低。

Description

一种磁通对消式高效率反激式DC-DC转换器
技术领域
本发明涉及一种DC-DC转换器，具体的是涉及一种利用电感和电容等元件作为储能元件完成电压转换功能的一种磁通对消式高效率反激式DC-DC转换器。
背景技术
DC-DC转换器最小系统由只有一个开关，一个变压器，一个二极管和两个电容（一个在输入端口和第二个在输出端口）组成。低输出电压的转换器，整流二极管正向压降的传导损耗成为主导损失，这种损失在某些情况下可以达到50％的总功率损耗；现有的反激式DC-DC转换器的技术是：用具有低的导通电阻的MOSFET代替同步整流二极管，并通过反相初级控制信号可以控制用作同步整流MOSFET反激式转换器的正常操作；图1是已知反激式DC-DC转换器的基本原理图，一个输入电压源提供有两个串联连接的初级绕组1的变压器和一个主开关S1，主开关S1的控制信号Vc（S1）有一个可变占空比周期，以确保稳定的输出电压是恒定的频率控制信号，对输出电路来说，由主变压器2次级绕组3提供一个极性交替电压，在主开关S1的开关的关断周期中，同步整流器S2耦合输出电路包括一个负载R0和滤波电容器C0；同步整流器S2接收通过一个反相器4的控制信号Vc（S2）。其缺点是： 该反激式DC-DC转换器工作在CCM、DCM或临界导通模式下，都不可避免存在主开关S1和同步整流器S2交叉传导过程中功率损耗或同步整流器S2中二极管反向恢复所导致的损耗。
 浙江大学申请的发明专利零电压开关反激式直流-直流电源转换装置，包括一个反激电路，反激电路设有一个箝位电路，箝位电路包括一个辅助开关，一个电容以及一个辅助二 极管，辅助开关与辅助二极管并联 辅助开关与电容串联组成辅助支路，辅助支路并联在反激电路的变压器原边绕组两端或并联在原边开关两端，原边开关与辅助开关不是互补工作的，辅助开关仅在原边开关导通前导通一段时间，在原边开关导通时，原边开关承受的电压接近为零。该发明有一定局限性，主要是降低主开关的电源损耗，不能实现降低MOSFET二极管在闭合、断开时的损耗，故其反激式DC-DC转换器只有在空载或轻载的条件下，才能实现高效率的输出。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，而提出的一种可以消除由交叉传导和反向恢复引起的损耗，提高DC-DC转换器效率的高效率反激式DC-DC转换器。
本发明的技术解决方案是：反激式DC-DC转换器包括主变压器，连接在主变压器初级绕组回路中的串联连接的主开关S1和输入电压源，连接在主变压器次级绕组回路中的同步整流器S2和输出负载R0以及为输出电路滤波的电容C0，其特征是：在主变压器的次级边设有一个辅助次级绕组，在同步整流器S2的一个输入端和辅助次级绕组的一个输出端之间连接有一个驱动电路。
本发明的技术解决方案中所述的驱动电路包括一个控制变压器，该控制变压器的控制次级绕组通过一个图腾柱结构电路与主变压器辅助次级绕组的输出端连接，控制次级绕组的另一端接同步整流器S2的输入端，控制变压器的控制初级绕组与一个RC微分电路串联。
本发明的技术解决方案中所述的图腾柱结构电路由两个三极管串联连接构成。
本发明的技术解决方案中所述的控制初级绕组和控制次级绕组分别缠绕在控制变压器的E+I型磁芯组件的外磁通路径上，控制变压器的主绕组缠绕在控制变压器中心腿上。
本发明采用一个控制变压器从主变压器分离出来，在控制变压器上再接入控制初级绕组和控制次级绕组；通过这种方式，只要控制控制初级绕组和控制次级绕组，在驱动磁场不是太的强情况下，驱动磁场不会干扰主变压器产生的主要磁场，结果是控制次级绕组的电流只和控制初级绕组的电流有关；本发明不仅能实现消除或基本消除交叉传导引起的损耗，而且本发明驱动电路简单，成本低。
附图说明
图1是已有技术 的电原理图。
图2是本发明的电原理图。
具体实施方式
如图2所示，主变压器2的初级绕组1通过主开关S1与输入电源Vin 连接，主变压器2次级绕组3的输出端通过同步整流器S2与一个负载R0 和滤波电容器C 0并联电路耦合，在主变压器2的次级边设有一个辅助次级绕组14，在同步整流器S2的一个输入端和辅助次级绕组14的一个输出端之间连接有一个驱动电路；该驱动电路是从主变压器2分离出来的一个控制变压器，该控制变压器可以是一个分立的变压器或一个平面变压器嵌入在印刷电路板上；该控制变压器的控制次级绕组16通过一个图腾柱结构电路与主变压器2辅助次级绕组14的输出端连接，图腾柱结构电路由串联连接的两个三极管11、12构成，三极管11是NPN晶体管，三极管12是PNP晶体管，由图腾柱结构电路为同步整流器S2提供控制信号，两个三极管11、12的基极接控制变压器控制次级绕组16的一端，控制变压器控制次级绕组16 的另一端接同步整流器S2 的输入端，该图腾柱结构电路的直流偏置电压由主变压器2次级边上增加的辅助绕组14提供，该辅助绕组14通过整流二极管13与三极管11的集电极连接，三极管12的集电极接地。通过该驱动方式，可以保证由主开关S1控制信号来控制同步整流器S2的开启和闭合，从而消除或基本消除由主开关S1和同步整流器S2交叉传导引起的损耗，提高DC-DC转换器效率；主变压器2初级回路中主开关S1控制信号的信号源17，通过一个RC微分电路串联在控制变压器的初级绕组15上。
本发明中的控制变压器的控制初级绕组15缠绕在E+I型铁芯的外磁通路径5，7上，控制变压器的主绕组8缠绕在控制变压器的中心腿6上，控制变压器的控制次级绕组16同样缠绕在E+I型磁芯组件9,10的外磁通路径5，7上。控制次级绕组16被卷绕在外磁通路径5，7，使得磁通从中心腿部6传递到外部磁通路径，从而使控制次级绕组16上基本无电流流过；图2中，控制初级绕组15以相同的方式缠绕，使在外磁通路径5，7产生的磁通和中心腿6产生的磁通相互抵消，通过这种方式，只要控制控制初级绕组15和控制次级绕组16的驱动磁场不是太强，驱动磁场不会干扰控制变压器产生的主要磁场，结果是控制次级绕组16的电流只和控制初级绕组15的电流有关；控制次级绕组16产生输出信号作为一个图腾柱结构电路的输入，并且给同步整流器S2提供控制信号。

Claims (4)

1.一种磁通对消式高效率反激式DC-DC转换器，包括主变压器（２），连接在主变压器（２）初级绕组（１）回路中的串联连接的主开关S1和输入电压源，连接在主变压器（２）次级绕组（３）回路中的同步整流器S2和输出负载R0以及为输出电路滤波的电容C0，其特征是：在主变压器(2)的次级边设有一个辅助次级绕组(14)，在同步整流器S2的一个输入端和辅助次级绕组14的一个输出端之间连接有一个驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种磁通对消式高效率反激式DC-DC转换器，其特征是：所述的驱动电路包括一个控制变压器，该控制变压器的控制次级绕组(16)通过一个图腾柱结构电路与主变压器（2）辅助次级绕组（14）的输出端连接，控制次级绕组(16)的另一端接同步整流器S2 的输入端，控制变压器的控制初级绕组（15）与一个RC微分电路串联。
3.根据权利要求2所述的一种磁通对消式高效率反激式DC-DC转换器，其特征是：所述的图腾柱结构电路由两个管三极管（11、12）串联连接构成。
4.根据权利要求2所述的一种磁通对消式高效率反激式DC-DC转换器，其特征是：所述的控制初级绕组（15）和控制次级绕组（16）分别缠绕在控制变压器的E+I型铁芯（9,10）的外磁通路径(5，7)上，控制变压器的主绕组(8)缠绕在控制变压器中心腿（6）上。
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