CN202135056U

CN202135056U - 一种用于电源变换器的均压电路

Info

Publication number: CN202135056U
Application number: CN201120224867U
Authority: CN
Inventors: 钟启豪; 李战伟; 叶盛兵; 陈士政; 唐依兴
Original assignee: SHENZHEN VAPEL POWER SUPPLY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Holdluck-Zyt Supply Technology Ltd By Share Ltd
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2021-06-29

Abstract

本实用新型公开了一种用于电源变换器的均压电路，包括变压器和N个开关管，还包括N个二极管，变压器的原边线圈与开关管串联组成的串联单元，在均压电路的各个均压子单元中，增设二极管，由二极管和上述串联单元组成均压子单元中，这样，在调节变换器输入端电容实现均压的过程中，相对低压一侧的电容并联的均压子单元回路中，因为二极管的单向导通性，无法形成反向回路，使得调节期间该均压子单元中的开关管中没有电流流过，从而减小调节过程中相对低压一侧电容并联的均压子单元中开关管的损耗。

Description

一种用于电源变换器的均压电路

技术领域

本实用新型涉及一种用于电源变换器的均压电路。

背景技术

随着市场对大功率电源的需求，采用单相供电，因输入电压较低，如果需输出功率较大，则需要输入电流较大，这样会造成供电设备损耗大。为了解决此问题，目前市场上很多大功率电源采用高压输入供电，但在输入高压情况下，电源变换器内部元器件（例如输入电容等）电压应力相应增大。因此，通常采用N个（N为大于等于2的整数）相同的变换器单元原边串联（副边可并联或单独输出）组成电源变换器，如图1所示，为两个相同的DC/DC变换器单元原边串联组成的电源变换器，电源变换器输入电压Vin，输出电压Vout，电源变换器中，两个DC/DC变换器单元的正负输入端之间分别跨接有电容C1和C2，输入端电容C1、C2相等且串联，DC/DC变换器单元的参数一致，这样每个变换器原边的输入电压Vdc1、Vdc2由于电容分压降低到一半，相应开关电压应力可以同样减低。但实际电路中,由于输入端电容本身内部参数（如ESR等）差异、变换器中控制电路参数的离散性导致驱动脉宽不一致、每路变换器的效率不一致时，使得输入端电容上的电压不能均压。特别在每路参数差异很大，变换器工作与轻载下，有可能造成输入电容严重不均压，会使得电容、开关管、输出整流二极管等元器件耐压不够而损坏变换器。因此，在采用变换器原边串联技术的电源中通常需要增加均压电路，来确保电容的均压。

如图2所示，为现有的用于电源变换器的均压电路，专利文献CN1335668A，名称为一种用于电源变换器的均压电路中也有相关记载，均压电路包括变压器T1，变压器T1包括两个共磁芯的原边线圈，两个原边线圈的匝数相同，分别与第五、六功率开关管Q5、Q6相串联后再串联；两个原边线圈的连接点与直流/直流变换器的中线相连，两个原边的另一端分别与变换器的输入正端、输入负端相连。两个功率开关管Q5、Q6与同相脉冲相连。图中，主电路部分仅示出了两个电容C1、C2。该均压电路存在的一个缺陷就是，当图1中两个变换器存在不均压时，假设Vdc1>Vdc2，此时均压电路动作，使得Vdc1与Vdc2趋于相等，但在均压电路调节Vdc1与Vdc2趋于相等的工作过程中，根据电磁感应定律可知，低压一路，即与电容C2并联的原边线圈会形成反向回路，导致第六开关管Q6产生损耗，影响变换器效率产生不利因数。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种用于电源变换器的均压电路，在调节变换器单元输入端电容实现均压的过程中，均压电路中开关管的损耗减小。

本实用新型的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种用于电源变换器的均压电路，所述电源变换器包括N个变换器单元，其中N为大于等于2的整数；各个变换器单元的正负输入端之间跨界有一个电容，各个电容相同且串联；所述均压电路包括变压器和N个开关管，所述变压器包括N个共磁芯的原边线圈，各个原边线圈匝数相同，同名端相同；所述N个原边线圈分别与所述N个开关管串联组成N个串联单元，所述N个开关管的控制端接收同一驱动控制信号；所述均压电路还包括N个二极管，所述N个二极管与N个串联单元组成N个均压子单元，所述N个均压子单元分别与N个电容并联；各个均压子单元中，二极管的阳极作为均压子单元的输入端与电容的正端相连，阴极与串联单元的一端相连，串联单元的另一端作为均压子单元的输出端与所述电容的负端相连；或者，串联单元的一端作为均压子单元的输入端与电容的正端相连，另一端与二极管的阳极相连，二极管的阴极作为均压子单元的输出端与所述电容的负端相连。

本实用新型与现有技术对比的有益效果是：

本实用新型的用于电源变换器的均压电路，原边线圈与开关管串联组成的串联单元，在均压电路的各个均压子单元中，增设二极管，由二极管和上述串联单元组成均压子单元中，这样，在调节变换器输入端电容实现均压的过程中，相对低压一侧的电容并联的均压子单元回路中，因为二极管的单向导通性，无法形成反向回路，使得调节期间该均压子单元中的开关管中没有电流流过，从而减小调节过程中相对低压一侧电容并联的均压子单元中开关管的损耗。

附图说明

图1是现有技术中由两个相同的DC/DC变换器单元原边串联组成的电源变换器的电路结构图；

图2是现有技术中均压电路的电路结构图；

图3是本实用新型具体实施方式一中均压电路所适用的电源变换器的电路结构图；

图4是本实用新型具体实施方式一中均压电路的电路结构图；

图5是本实用新型具体实施方式一中均压电路在电源变换器的输入端电容的电压均压时电路工作示意图；

图6是本实用新型具体实施方式一中均压电路在电源变换器的输入端电容的电压Vdc1＞Vdc2时电路工作示意图；

图7是本实用新型具体实施方式一中均压电路在电源变换器的输入端电容的电压Vdc1＜Vdc2时电路工作示意图；

图8是本实用新型具体实施方式二中均压电路的电路结构图；

图9是本实用新型具体实施方式三中均压电路的电路结构图；

图10是本实用新型具体实施方式四中均压电路的电路结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本实用新型做进一步详细说明。

具体实施方式一

如图3所示，为本具体实施方式中均压电路针对适用的电源变换器的电路结构图。本具体实施方式中的均压电路适用于的电源变换器（与图1中所示现有均压电路适用的电源变换器相同），包括两个变换器单元，第一变换器单元100和第二变换器单元200，第一变换器单元100的正负输入端之间跨接有第一电容C1，第二变换器单元200的正负输入端之间跨接有第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2相同且串联。图3中所示第一变换器单元100和第二变换器单元200均为DC/DC变换器，其也可为DC/AC变换器或AC/DC变换器。

如图4所示，为本具体实施方式中的均压电路的电路结构图。主电路部分仅示出第一电容C1和第二电容C2。其中，均压电路包括变压器T、第一开关管Q1、第二开关管Q2,、第一二极管D1和第二二极管D2。变压器T包括共磁芯的第一原边线圈T-A和第二原边线圈T-B，第一原边线圈T-A和第二原边线圈T-B匝数相同，同名端相同。图4中所示变压器T副边仅包括一个副边线圈T-C，其输出电压提供给负载Load。在实际应用中，也可包括两个或者更多副边线圈。第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端接收同一驱动控制信号，两开关管同时导通同时关断。

均压电路包括两个均压子单元：第一均压子单元1和第二均压子单元2，第一均压子单元1与第一电容C1并联，第二均压子单元2与第二电容C2并联。

其中，第一均压子单元10中具体电路连接为：第一原边线圈T-A与第一开关管Q1串联组成第一串联单元1，第一二极管D1与第一串联单元1组成第一均压子单元10，具体为：第一二极管D1的阳极作为第一均压子单元10的输入端与第一电容C1的正端相连，阴极与第一串联单元1的一端相连，第一串联单元1的另一端作为第一均压子单元10的输出端与第一电容C1的负端相连。

第二均压子单元20中具体电路连接为：第二原边线圈T-B与第二开关管Q2串联组成第二串联单元2，第二二极管D2与第二串联单元2组成第二均压子单元20，具体为：第二二极管D2的阳极作为第二均压子单元20的输入端与第二电容C2的正端相连，阴极与第二串联单元2的一端相连，第二串联单元2的另一端作为第二均压子单元20的输出端与第二电容C2的负端相连。

均压电路的均压调节工作原理为：当两输入端电容C1和C2电压均压时，上下两个均压子单元（反激电路）工作一致，没有能量交换，其电路图如图5所示（图5中仅示出均压电路变压器原边一侧的电路图）。

当两输入端电容C1和C2电压出现不均压时，假设Vdc1>Vdc2，根据电磁感应定律，第一均压子单元10回路与第二均压子单元20回路存在能量交换，能量从输入电压高的一路灌到输入电压低的那一路，即第二均压子单元20中变压器第二原边线圈T-B会感应产生一个相应于Vdc1的电压。如果没有第二二极管D2的存在，该感应产生的电压会在回路中产生沿第二原边线圈T-B→第二电容C2→第二开关管Q2方向的电流，从而导致调节不均压过程中第二开关管Q2上的损耗。而本具体实施方式中的均压电路，因增设二极管，其单向导通特性阻止上述电流回路的导通，从而较少第二开关管Q2上的损耗。此时第二原边线圈T-B没有参与能量交换，只有输入电压高的那一路（T-A）才能向变压器T储存能量，其电路如图6所示。当开关管驱动控制信号控制开关管关断后，输入高压那路（第一均压子单元10）存储于变压器T中的能量向副边供能，此路电压下降，当下降到与输入电压低的那路（第二均压子单元20）相同时，两路又同时工作，达到动态均压效果，如果副边带载越大，均压效果越好。假如Vdc1<Vdc2，开关管导通时，其电路如图7所示，开关管关断时的原理同前述，此时为第二均压子单元20存储于变压器T中的能量向副边供能，此路电压下降，当下降到与第一均压子单元10相同时，两路又同时工作，从而达到均压效果。

如上分析，本具体实施方式的均压电路，增设二极管，从而在调节变换器输入端电容从不均压到均压的过程中，因为二极管的单向导通性，相对低压一侧的电容并联的均压子单元回路中无法形成反向回路，使得调节期间该均压子单元中的开关管中没有电流流过，从而能减小调节过程中该均压子单元中开关管的损耗。

具体实施方式二

本具体实施方式的均压电路与具体实施方式一的不同之处在于：本实施方式中的均压子单元电路中二极管与串联单元的连接不同。

如图8所示，为本具体实施方式中的均压电路的电路结构图。均压电路所适用的电源变换器同具体实施方式一，均压电路中元器件也同具体实施方式一中，在此不重复描述。

其中，第一均压子单元10中具体电路连接为：第一原边线圈T-A与第一开关管Q1串联组成第一串联单元1，第一二极管D1与第一串联单元1组成第一均压子单元10，具体为：第一串联单元1的一端作为第一均压子单元10的输入端与第一电容C1的正端相连，第一串联单元1的另一端与第一二极管D1的阳极相连，第一二极管D1的阴极作为第一均压子单元10的输出端与第一电容C1的负端相连。

第二均压子单元20中具体电路连接为：第二原边线圈T-B与第二开关管Q2串联组成第二串联单元2，第二二极管D2与第二串联单元2组成第二均压子单元20，具体为：第二串联单元2的一端作为第二均压子单元20的输入端与第二电容C2的正端相连，第二串联单元2的另一端与第二二极管D2的阳极相连，第二二极管D2的阴极作为第二均压子单元20的输出端与第二电容C2的负端相连。

本具体实施方式的均压子单元电路中二极管与串联单元的连接，在调节变换器输入端电容从不均压到均压的过程中，同具体实施方式一中一样能利用二极管的单向导通性，使得相对低压一侧的电容并联的均压子单元回路中无法形成反向回路，则同样能减小调节过程中该均压子单元中开关管的损耗。

具体实施方式三

本具体实施方式的均压电路与具体实施方式一的不同之处在于：本实施方式中的均压子单元电路中还包括一个电阻和一个电容，所述电阻和电容串联后与所述均压子单元中的原边线圈并联。

如图9所示，为本具体实施方式中的均压电路的电路结构图。均压电路所适用的电源变换器同具体实施方式一，在此不重复描述。均压电路中，第一均压子单元10中还包括第一电阻R1和第三电容C3，第一电阻R1和第三电容C3串联后与第一均压子单元10中的第一原边线圈T-A并联。第二均压子单元20中还包括第二电阻R2和第四电容C4，第二电阻R2和第四电容C4串联后与第二均压子单元20中的第二原边线圈T-B并联。增设的电阻和电容可以吸收由变压器T漏感和匝间电容、PCB走线之间电容、半导体结电容产生的尖峰，可以减低开关管的电压应力。

具体实施方式四

本具体实施方式的均压电路与具体实施方式一的不同之处在于：本实施方式中的均压电路包括多个均压子单元电路，具体实施方式一中的均压电路包括两个均压子单元电路。

本具体实施方式中多个均压子单元电路中各包括一个二极管，在调节变换器输入端电容从不均压到均压的过程中，利用二极管的单向导通性，使得多个相对低压一侧的电容并联的均压子单元回路中均无法形成反向回路，则同样能减小调节过程中该多个均压子单元中开关管的损耗。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种用于电源变换器的均压电路，所述电源变换器包括N个变换器单元，其中N为大于等于2的整数；各个变换器单元的正负输入端之间跨界有一个电容，各个电容相同且串联；所述均压电路包括变压器和N个开关管，所述变压器包括N个共磁芯的原边线圈，各个原边线圈匝数相同，同名端相同；所述N个原边线圈分别与所述N个开关管串联组成N个串联单元，所述N个开关管的控制端接收同一驱动控制信号；其特征在于：所述均压电路还包括N个二极管，所述N个二极管与N个串联单元组成N个均压子单元，所述N个均压子单元分别与N个电容并联；各个均压子单元中，

二极管的阳极作为均压子单元的输入端与电容的正端相连，阴极与串联单元的一端相连，串联单元的另一端作为均压子单元的输出端与所述电容的负端相连；或者，

串联单元的一端作为均压子单元的输入端与电容的正端相连，另一端与二极管的阳极相连，二极管的阴极作为均压子单元的输出端与所述电容的负端相连。

2.根据权利要求1所述的用于电源变换器的均压电路，其特征在于：所述N取2，所述电源变换器包括第一变换器单元和第二变换器单元，所述第一变换器单元的正负输入端之间跨接有第一电容，所述第二变换器单元的正负输入端之间跨接有第二电容，所述第一电容和所述第二电容相同且串联；所述均压电路包括变压器、第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管，所述变压器包括共磁芯的第一原边线圈和第二原边线圈，所述第一原边线圈和所述第二原边线圈匝数相同，同名端相同；所述第一原边线圈与所述第一开关管串联组成第一串联单元，所述第二原边线圈和所述第二开关管串联组成第二串联单元；所述第一开关管和所述第二开关管的控制端接收同一驱动控制信号；所述第一二极管与所述第一串联单元组成所述第一均压子单元，所述第一均压子单元与所述第一电容并联；所述第二二极管与所述第二串联单元组成所述第二均压子单元，所述第二均压子单元与所述第二电容并联；

所述第一均压子单元中，所述第一二极管的阳极作为所述第一均压子单元的输入端与所述第一电容的正端相连，阴极与所述第一串联单元的一端相连，所述第一串联单元的另一端作为所述第一均压子单元的输出端与所述第一电容的负端相连；

所述第二均压子单元中，所述第二二极管的阳极作为所述第二均压子单元的输入端与所述第二电容的正端相连，阴极与所述第二串联单元的一端相连，所述第二串联单元的另一端作为所述第二均压子单元的输出端与所述第二电容的负端相连。

3.根据权利要求1所述的用于电源变换器的均压电路，其特征在于：所述N取2，所述电源变换器包括第一变换器单元和第二变换器单元，所述第一变换器单元的正负输入端之间跨接有第一电容，所述第二变换器单元的正负输入端之间跨接有第二电容，所述第一电容和所述第二电容相同且串联；所述均压电路包括变压器、第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管，所述变压器包括共磁芯的第一原边线圈和第二原边线圈，所述第一原边线圈和所述第二原边线圈匝数相同，同名端相同；所述第一原边线圈与所述第一开关管串联组成第一串联单元，所述第二原边线圈和所述第二开关管串联组成第二串联单元；所述第一开关管和所述第二开关管的控制端接收同一驱动控制信号；所述第一二极管与所述第一串联单元组成所述第一均压子单元，所述第一均压子单元与所述第一电容并联；所述第二二极管与所述第二串联单元组成所述第二均压子单元，所述第二均压子单元与所述第二电容并联；

所述第一均压子单元中，所述第一串联单元的一端作为所述第一均压子单元的输入端与所述第一电容的正端相连，另一端与所述第一二极管的阳极相连，所述第一二极管的阴极作为所述第一均压子单元的输出端与所述第一电容的负端相连；

所述第二均压子单元中，所述第二串联单元的一端作为所述第二均压子单元的输入端与所述第二电容的正端相连，另一端与所述第二二极管的阳极相连，所述第二二极管的阴极作为所述第二均压子单元的输出端与所述第二电容的负端相连。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于电源变换器的均压电路，其特征在于：所述各个均压子单元中还包括一个电阻和一个电容，所述电阻和电容串联后与所述均压子单元中的原边线圈并联。

5.根据权利要求1-3任一所述的用于电源变换器的均压电路，其特征在于：所述变换器单元为DC/DC变换器、DC/AC变换器、AC/DC变换器中的一种。