專利名稱：具有全橋電路和大調(diào)節(jié)范圍的電源單元的制作方法
具有全橋電路和大調(diào)節(jié)范圍的電源單元
本發(fā)明涉及一種電源單元，該電源單元由至少一個ffi器、至少一個全橋 電路、次級繞組和放電電路組成，變壓器的初級繞組通過所述至少一個全橋電
路被連接到直流電壓輸入(Eingangsgleichspannung)，借助該次級繞組M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，用于減小次級側(cè)的峰值電壓。
不同結構形式的電源單元的數(shù)目在近幾十年急劇增加。同時，對于電源單 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 行的結構形式是開關電源單元，該開關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。為了減少在開關電源單元中出現(xiàn)的開關損耗和限 制電流峰值或者電壓峰值，按照現(xiàn)有技術使用所謂的放電電路(也稱為緩沖電 路)。因此保護靈敏的開關元件并改善了 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還由電阻 器組成。
在被實施為全橋變換器的開關電源單元中，按照現(xiàn)有技術使用放電電路， 以便將在整流過程中形成的寄生電壓峰值排出到該放電電路(參見圖O。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)有技術設計放電電路， 以致幾乎所有被存儲在放電電路的電容器中的能量被弓I向輸出電容器，并且因 此沒有損失。
對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，設計用于進行電流峰働蹄脷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，在通過變壓器進行功率傳輸?shù)臅r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 直流電壓輸出。按照現(xiàn)有技術，M該電壓差，被存儲在放電電路的電容器中 的能量接著僅艦電阻器消耗，或者通過直流斬波變換器(TMsetzsteller)發(fā)出 給輸出電^器。為了保持部件數(shù)目和制造成本小，在ltbffi常采用電阻器，并且忽略與其相關聯(lián)的損耗。
可是， 用用于交變能源的電源單元時，為了優(yōu)化總效率，在輸入側(cè)設 置大調(diào)節(jié)范圍越來越重要。在放電電路的電阻器中損耗的能量于是不再能被忽 略。
因]t體發(fā)明所基于的任務在于，針對開頭所皿類型的電源單元給出對于 現(xiàn)有技術的艦。
根據(jù)本發(fā)明，該任務M51—種電源單元來實現(xiàn)，該電源單元由至少一個變 壓器、至少一個全橋電路、次級繞組和放電電路組成，變壓器的初級繞組通過 所述至少一個全橋電路被連接到直流電壓輸入，借助該次級繞組通過橋式整流
電路以及輸出扼流圈和輸出電容器給輸出電路加u:流電壓輸出，所述放電電
路由二極管、電容器和電阻器組成，用于減小次級側(cè)的峰值電壓，其中設置另 一次級繞組、另一橋式整流電路和另一放電電路，借助該另一次級繞組、另一 橋式整流電路和另一放電電路，通過輸出扼流圈和輸出電容器給輸出電路加載 部^^直流電壓輸出。
ffl31布置兩個次級支路，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。M51開關過程弓胞的電壓峰值的排出的能量分布在兩個放電 電路上，并且因此減小電容器在放電電路中的充電。因此，在兩個電阻器中損 耗S^、的育瞳，并且提高電源單元的效率。
在本發(fā)明的一種M方案中，在此給^il器設置兩個次級繞組。在此，釆 用單個變壓器有利地對電源單元的結構大小和制造成本產(chǎn)生作用。
但是，如果給兩個變壓，卩設置有初級繞組和次級繞組，并且這兩個初級 繞組中的每一個初級繞組都通過全橋電路被連接至喧流電壓輸入，則也是有利 的。M31采用兩個頓器，電Mil輸AM流圈的電流脈動(Stromnppel)和電 流通過輸出扼流圈的電流脈動顯著更小，這能夠顯著減小輸入側(cè)和輸出側(cè)的濾 波。
此外，如果由四個開關組成至少一個全橋電路并且設置用于控制開關的電 子控制裝置，則是有利的。這些開關于是能利用相移調(diào)制來控制，其中時滯是 可調(diào)制的。
此外，將開關構造為晶體管是適宜的，因為在此涉及通用的、故障安全性 更高的開關。下面參考附圖舉例說明本發(fā)明。其中.-


圖1以示意圖示出按照現(xiàn)有技術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的次級繞組的全橋變換器， 圖3以示意圖示出具有兩個變壓器的全橋變換器。
在圖1中示出作為按照現(xiàn)有技術的具有次級側(cè)的放電電路的全橋變換器的
電源單元。在初級側(cè)，包括四個晶體管T1、 T2、 T3和T4的全橋通過輸入扼流 圈L1和輸入電容器C1被連接到直流電壓輸入UE。該全橋的輸出端與變壓器 TR1的初級繞組連接。在次級側(cè)，在變壓器TR1上布置同向繞制的次級繞組， 在該次級繞組上連接橋式整流電路。該橋式整流電路包括四個二極管D1、 D2、 D3和D4。通31輸出扼流圈L2和兩，出電容器C2和C3給輸出電路加載直 流電壓輸出UA。在此，第二輸出電容器C3示例性地被構造為極化的電解電容 器。
在次級側(cè)，另夕卜布置放電電路，該放電電路具有二極管D5、電容器C4和 電阻器R1。在此，二極管D5的陽極與橋式整流電路的電壓輸出端連接，而二 極管D5的陰極與放電電路的電容器C4和電阻器R1連接。電容器C4和電阻器 Rl的第二連接端位于直流電壓輸出UA上。
在接通第一對晶體管Tl和T4時形成電流脈沖。該脈沖的上升由ffi器 TR1的漏感來限制，并且歸因于整流過程和導通的二極管D3和D2的寄生電容。 該電流脈沖在輸出側(cè)產(chǎn)生電壓的過沖。在此，電壓峰值能夠采取直流電壓輸入 UE乘以變壓器TR1的變換比的兩倍的值。該過電壓ffl31放電電路限制。在此， 放電電路的無源器件的規(guī)格既取決于直流電壓輸入UE的所選范圍，又取決于 直流電壓輸出UA的所選范圍。在接通第二對晶體管T3和T2時也形成電流脈 沖，并且利用兩個導通的二極管D1和D4進行相同的過程。
在放電電路的電容器C4中建立的電壓與直流電壓輸出UA之間的差降落 在電阻器R1上。在此，該電壓差越大，形成的損耗越大。
因此，在圖2中示出的示例性的根據(jù)本發(fā)明的實施方式中，為了減少電壓 差而布置具有第二放電電路的第二次級分支。在初級側(cè)，該裝置對應于圖1中 所示的裝置。在次級側(cè)，在變壓器TR1上設置分開的次級繞組，其中兩個繞組 都連接到橋式整流電路上。在此，第一橋式整流電路包括四個二極管Dll、 D12、 D13和D14，同樣第二橋式整流電路具有四個二極管D21、 D22、 D23和D24。在此，輸出扼流圈L2以如下方式被布置在兩個橋式整流電路之間，即第一橋式 整流電路的輸出端與輸出扼流圈L2的第一連接端和直流電壓輸出UA連接，而 第二橋式整流電路的輸出端與輸出扼流圈L2的第二連接端和次級側(cè)的參考電 艦接。如對圖1所說明的那樣，這里，輸出側(cè)的過電壓也由于電流脈沖而出現(xiàn)。 這些過電壓通過兩個被布置在橋式整流電路的輸出上的放電電路來限制。第一 放電電路包括二極管D15、兩個電容器C11和C12以及電阻器Rll。 二極管15 的陰極與橋式整流電路的二極管12和14的陽極連接。二極管15的陽極與電容 器C11和C12連接，其中第一電容器Cll的第二連接端與直流電壓輸出UA連 接，而第二電容器C12的第二連接端與次級側(cè)的參考電辦接。電阻器R11與 第二電容器C12并聯(lián)布置。第二放電電路同樣包括二極管25、兩個電容器C21和C22以及電阻器R21。 在此，二極管25的陽極與第二橋式整流電路的二極管D21和D23的陰極連接。 二極管25的陰極與兩個電容器C21和C22連接，其中第一電容器C21的第二 連接端與次級側(cè)的參考電 接，而第二電容器C22的第二連接端與直流電壓 輸出UA連接。電阻器R21與第二電容器C22并聯(lián)布置。在此，對于兩個放電電路都成立的是，能省略兩個被包含在電路中的電容 器中的每一個而不損害其功能?？墒?，每個放電電路采用兩個電容器能夠更簡 單地調(diào)整器件。相對于現(xiàn)有技術，示例性的裝置導致，對于在放電電路中排出過電壓的較 高的直流電壓輸入UE，在電阻器R21和R11中形成較小的損耗，因為過電壓分布在兩個放電電路上。在圖3中所示的實施方式中，次級部分對應于圖2中所示的次級部分，可是，這兩個次級繞組不是被布置在共同的變壓器上而是分別被布置在變壓器 TR1和TR2上。在初級側(cè)，第一變壓器TR1的初級繞組通過由四個晶體管Tll、 T12、T13和T14組成的全橋電路經(jīng)由輸入扼流圈L1被連接到直流電壓輸入UE。 同樣，第二頓器TR2的初級繞組艦由四個晶體管T21、 T22、 T23和T24 組成的全橋電路經(jīng)由所述輸入扼流圈L1被連接到直流電壓輸入UE。另外，在 輸AIS流圈Ll的輸出端與初級側(cè)的參考電勢之間布置濾波電容器C1 。在該拓撲結構中，全橋電路的控制脈沖相互偏移90°。在此，以與在具有分開的次級繞組的頓器中的方式相同的方式，形成要通過放電電路限制的電 壓峰值。可是，通過偏移控制脈沖，輸出電流脈動和輸入電流脈動明顯更小， 由此育^在輸入側(cè)和輸出側(cè)采用更小的濾波器件。這里，在兩個放電電路中的^h放電電路中，也可以省略電容器，而不限制功能性。
權利要求
1.電源單元，其包括1.至少一個變壓器(TR1)，2.至少一個全橋電路，通過所述至少一個全橋電路，變壓器(TR1)的初級繞組被連接到直流電壓輸入(UE)，以及3.次級繞組，借助該次級繞組，通過橋式整流電路以及輸出扼流圈(L2)和輸出電容器(C2)給輸出電路加載直流電壓輸出(UA)，和4.放電電路，該放電電路由二極管(D5)、電容器(C4)和電阻器(R1)組成，用于減小次級側(cè)的峰值電壓，其特征在于，設置另一次級繞組、另一橋式整流電路和另一放電電路，借助所述另一次級繞組、另一橋式整流電路和另一放電電路，通過輸出扼流圈(L2)和輸出電容器(C2)給輸出電路加載部分直流電壓輸出(UA)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電源單元，其特征在于，給艦器(TR1) i體 有兩個次級繞組。
3. 根據(jù)權利要求1所述的電源單元，其特征在于，給兩個頓器(TR1， TR2)都設置有初級繞組和次級繞組，并且兩個初級繞組中的每一個初級繞組都 M31全橋電路被連接到直流電壓輸入(UE)。
4. 根據(jù)權利要求1至3之一所述的電源單元，其特征在于，所述至少一個 全橋電路由四個開關組成，并且設置用于控制開關的電子控制裝置。
5. 根據(jù)權利要求4所述的電源單元，其特征在于，晶體管被設置為開關。
全文摘要
本發(fā)明包含一種電源單元，該電源單元由至少一個變壓器(TR1)、至少一個全橋電路、次級繞組和放電電路組成，變壓器(TR1)的初級繞組通過所述至少一個全橋電路被連接到直流電壓輸入(UE)，借助該次級繞組通過橋式整流電路以及輸出扼流圈(L2)和輸出電容器(C2)給輸出電路加載直流電壓輸出(UA)，該放電電路由二極管(D5)、電容器(C4)和電阻器(R1)組成，用于減小次級側(cè)的峰值電壓，其中，設置另一次級繞組、另一橋式整流電路和另一放電電路，借助該另一次級繞組、另一橋式整流電路和另一放電電路通過輸出扼流圈(L2)和輸出電容器(C2)給輸出電路加載部分直流電壓輸出(UA)。由此，在電阻器(R1，R2)中形成較小的損耗并且提高效率。
文檔編號H02M1/14GK101228682SQ200680023505
公開日2008年7月23日 申請日期2006年5月30日 優(yōu)先權日2005年6月30日
發(fā)明者L·塞斯納克, M·科加德 申請人:奧地利西門子公司