專利名稱：一種用于dc－dc變換器的輸出濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種DC-DC變換器輸出濾波器。
背景技術(shù)：
DC/DC變換器輸出濾波器的輸出濾波電感存在直流磁化問題，尤其是在低壓大電流的開關(guān)電源中，直流磁化的影響十分嚴(yán)重。濾波電感的磁芯材料多為鐵氧體等軟磁材料。由于磁芯存在直流磁化，工作在飽和區(qū)，磁導(dǎo)率很低，電感量變小。并且電感量隨著電流大小的變化而變化。
為了減小濾波電感磁芯的直流磁化，經(jīng)常采用的手段是把磁芯切口，相當(dāng)于增大了磁路的磁阻Rm，根據(jù)磁通量Φ=NiRm,]]>這樣可以使磁芯在較大直流電流磁化時不飽和。另外的方法是采用粉末磁芯。粉末磁芯一般是用軟磁材料的粉末和粘接劑、絕緣劑壓制成的。由于粉末顆粒之間被粘接劑和絕緣劑隔離開來，磁芯雖然被壓制成了一個整體，但實際上磁路是斷開的，就好像在磁芯的磁路上開了許多小小的切口，這樣也就防止了磁芯的磁飽和。
經(jīng)過切口的磁芯或者粉末磁芯磁導(dǎo)率下降，因而電感量隨之下降。要達(dá)到較大的電感量，必須增加磁芯的截面積，使輸出濾波電感的體積變大，不利于DC-DC變換器小型化輕型化的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決DC-DC變換器輸出濾波電感的直流磁化問題，減小濾波電感的體積。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下將第一，第二兩路DC-DC變換器并聯(lián)聯(lián)接，每一路DC-DC變換器主電路由斬波電路，隔離變壓器，整流電路以及兩級濾波電路組成；控制信號由DSP處理器產(chǎn)生，第一，第二兩路變換器的控制信號互補(bǔ)，即在相位上相差180度；第一，第二DC-DC變換器的輸出濾波器均采用兩級的LC濾波結(jié)構(gòu)，其特征在于第一，第二DC-DC變換器的第二級濾波電感的線圈反向集成在同一個磁芯上，磁芯的結(jié)構(gòu)為EI型或EE型磁芯，中間的磁芯柱留有氣隙，兩個線圈繞在兩個側(cè)芯柱上。
由于第一，第二DC-DC變換器的控制信號互補(bǔ)，所以主電路電壓經(jīng)過斬波之后，成為相位上相差180度的方波電壓加在后面的濾波電路上。第一級LC濾波器的濾波電感為分立的，主要濾除頻率高于DC-DC變換器工作頻率的諧波分量，其截止頻率可以提高為原來的二倍，所以濾波電感可以采用比原來的濾波電感量小的電感；經(jīng)過第一級的濾波，第一，第二DC-DC變換器的輸出電壓的交流分量為相位相差180度的基波分量，第二級的LC濾波器主要濾除頻率為工作頻率的基波分量，該結(jié)構(gòu)的電感可以達(dá)到基本消除直流磁化的目的，并且能很好的濾除交流分量，該電感由于基本消除了直流磁化，因此體積可以做得很小。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的目的是通過將第一，第二DC-DC變換器的第二級輸出濾波電感的線圈反向集成在同一個磁芯上，使兩線圈產(chǎn)生的直流磁場基本上相互抵消，基本消除輸出濾波電感磁芯的直流磁化，可以減小輸出濾波電感的體積，達(dá)到小型化，輕型化的目的。


圖1為一種用于DC-DC變換器的輸出濾波器電路圖。
圖2為第二級濾波電感的磁芯結(jié)構(gòu)及線圈的繞法示意圖。
圖3為磁路的等效電路模型。
圖4為第一，第二變換器未經(jīng)濾波時輸出電壓波形示意圖。
圖5為經(jīng)過第一級濾波之后的電壓波形。
具體實施例方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明一種用于DC-DC變換器的輸出濾波器，見圖1，第一，第二兩路DC-DC變換器并聯(lián)聯(lián)接，給負(fù)載電阻Rd供電。每一路DC-DC變換器主電路包括由四個IGBT T11-T14(T21-T24)組成的斬波電路，隔離變壓器T1(T2)，二極管D1-D3(D4-D6)組成的整流電路以及L1C1，L3C3(L2C2，L4C4)構(gòu)成的兩級濾波電路；控制信號由TI公司的DSP處理器TMS320LF2407處理器產(chǎn)生，第一，第二DC-DC變換器的控制信號互補(bǔ)，即在相位上相差180度；第一，第二DC-DC變換器的輸出濾波器均采用兩級的LC濾波結(jié)構(gòu)；所述的第一，第二DC-DC變換器的第二級濾波電感的線圈反向集成在同一個磁芯上，磁芯的結(jié)構(gòu)為EI型或EE型磁芯，中間的磁芯柱留有氣隙，兩個線圈繞在兩個側(cè)芯柱上。
圖2為第二級濾波電感的磁芯結(jié)構(gòu)及線圈繞法的示意圖。
磁芯的結(jié)構(gòu)為EI型或EE型磁芯，在磁芯中間的磁芯柱上留有氣隙，氣隙長度為lg，形成一個高磁阻的磁路，設(shè)磁阻為Rc，兩邊的磁芯柱的磁阻為R1＝R2＝R。兩線圈的匝數(shù)分別為N1，N2，流入的電流分別為i1，i2。
圖3為磁路的等效電路模型，從等效模型可以推出兩個繞組之間的耦合系數(shù)為k=11+RRc.]]>磁路磁阻的計算公式為Ri=ΣmlmμmAm,]]>其中，lm為磁路的長度，Am為磁路的截面積，μm為磁性材料的磁導(dǎo)率。
所以只要調(diào)節(jié)氣隙的長度lg，就可以調(diào)節(jié)中間磁芯柱的磁阻，從而改變兩個線圈之間的耦合系數(shù)。
兩電源并聯(lián)聯(lián)接，必須進(jìn)行并聯(lián)均流，使兩線圈中的電流的直流分量I1＝I2。取兩個線圈的匝數(shù)相同，即N1＝N2，則線圈的自感L1＝L2＝L。設(shè)直流磁場的磁場強(qiáng)度為H，根據(jù)磁路的環(huán)路安培定律可得H=N1I1+N2I2Σli,]]>由于兩個線圈反向耦合，N1I1+N2I2≈0，所以直流磁場的磁場強(qiáng)度約為0。而對于交流磁場來說，兩路電壓的交流分量正好反相，所以產(chǎn)生的磁場相互加強(qiáng)，能夠起到很好的濾波效果，其等效電感量約為原來的2倍。
第一，第二DC-DC變換器經(jīng)過斬波及整流之后，輸出的電壓波形如圖4所示，為相位上相差180度的方波電壓u1，u2。
假設(shè)DC-DC變換器的工作頻率為fk(為IGBT開關(guān)頻率的2倍)，在如圖1所示的電路中，利用第一級的L3C3，L4C4濾波器將頻率為≥2fk的諧波濾掉，即12πL3C3=12πL4C4<2fk.]]>所以，對于相同大小的濾波電容，濾波電感的電感量變?yōu)樵瓉淼?/4，從而使濾波電感的體積變小。
圖5為經(jīng)過第一級濾波之后的電壓波形。
經(jīng)過第一級的L3C3，L4C4濾波之后，第二級的L1C1，L2C2濾波器的輸入電壓的交流分量為頻率與DC-DC變換器工作頻率相等的正弦基波電壓。正弦基波電壓的占空比為50％，因此可以通過上述的第二級濾波電感進(jìn)行濾波。所以12πL1C1=12πL2C2<fk,]]>由于第二級的L1C1，L2C2濾波器采用的電感線圈反向集成在同一磁芯上，基本消除了電感磁芯的直流磁化，具有很高的磁導(dǎo)率，所以電感的電感量在不增加磁芯體積的前提下可以做的很大。
在實際設(shè)計過程當(dāng)中，可以根據(jù)公式進(jìn)行電感，電容參數(shù)的計算，并且在實際試驗當(dāng)中不斷調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種用于DC-DC變換器的輸出濾波器，將第一，第二兩路DC-DC變換器并聯(lián)聯(lián)接，每一路DC-DC變換器主電路由斬波電路，隔離變壓器，整流電路以及兩級濾波電路組成；控制信號由DSP處理器產(chǎn)生，第一，第二兩路變換器的控制信號互補(bǔ)，即在相位上相差180度；第一，第二DC-DC變換器的輸出濾波器均采用兩級的LC濾波結(jié)構(gòu)，其特征在于第一，第二DC-DC變換器的第二級濾波電感的線圈反向集成在同一個磁芯上，磁芯的結(jié)構(gòu)為EI型或EE型磁芯，中間的磁芯柱留有氣隙，兩個線圈繞在兩個側(cè)芯柱上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于DC－DC變換器的輸出濾波器。將第一，第二兩路DC－DC變換器并聯(lián)聯(lián)接，輸出濾波器均采用兩級的LC濾波結(jié)構(gòu)，第二級濾波電感的線圈反向集成在同一個磁芯上，磁芯的結(jié)構(gòu)為EI或EE型磁芯，中間磁芯柱留有氣隙，兩個線圈繞在兩個側(cè)芯柱上。由DSP處理器產(chǎn)生互補(bǔ)的控制信號分別控制第一、二兩路變換器；第一級的LC濾波器主要濾除頻率高于工作頻率的諧波分量；經(jīng)過第一級濾波，第一，第二變換器的輸出電壓的交流分量為相位相差180度的正弦波，所以第二級的LC濾波器主要濾除頻率為工作頻率的基波分量，第二級濾波電感反向集成在同一個磁芯上，基本消除濾波電感磁芯的直流磁化，并能很好的濾除交流分量。
文檔編號H02M1/14GK101056050SQ20071006443
公開日2007年10月17日 申請日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者鄭瓊林, 游小杰, 胡廣艷, 孫湖, 楊中平, 黃先進(jìn), 郝瑞祥, 張立偉, 林飛 申請人:北京交通大學(xué)