一種帶rcd箝位的單管變換器的制造方法
【專利摘要】一種帶RCD箝位的單管變換器，本申請變壓器Tr有原邊N1和副邊N2，開關(guān)管Q1內(nèi)有二極管D1，開關(guān)管Q1的源極端與輸入電源負(fù)極相連，開關(guān)管Q1的漏極端與電感Lr、二極管Db陽極端相連，變壓器Tr的原邊N1的同名端與電容Cb、電阻Rb共同與輸入電源正極相連，變壓器Tr的原邊N1的異名端與電感Lr相連，二極管Db陽極端與電容Cb、電阻Rb相連，變壓器Tr的同名端與二極管D2陽極相連，變壓器Tr的異名端與輸出端相連，二極管D2陰極與濾波電容Co相連，輸出濾波的電容Co與負(fù)載電阻Ro并聯(lián)在輸出端。本實用新型解決了傳統(tǒng)帶RCD箝位的單端正激變換器的輸出整流二極管的寄生振蕩、反向恢復(fù)的問題，減少了磁性元件的使用。
【專利說明】
一種帶RCD箝位的單管變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電力電子變換器領(lǐng)域，特別是涉及一種帶RCD箝位的單管變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]帶RCD箝位的單端正激變換器電路結(jié)構(gòu)簡單、輸入輸出電氣隔離、易于多路輸出、占空比可大于0.5、功率開關(guān)電壓應(yīng)力低等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于中小功率電源變換。但是傳統(tǒng)帶RCD箝位的單端正激變換器存在輸出整流二極管反向恢復(fù)、電壓振蕩等缺點，而且由于濾波單元采用大電感與電容結(jié)合的電路，使得變換器的體積普遍較大，占用空間大。傳統(tǒng)雙管正激變換器通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比來進行調(diào)節(jié)控制，調(diào)節(jié)方式單一，無法有針對性地進行調(diào)節(jié)以提高變換器的效率，因此需要設(shè)計一種帶RCD箝位的單管變換器及其控制方法來解決以上問題。
[0003]與現(xiàn)有技術(shù)相比授權(quán)公告號:CN100511942，專利名稱正反激雙向DC-DC變換器的控制方法，對比專利正反激雙向DC-DC變換器的控制方法主要側(cè)重于變換器傳輸能量的方式以及雙向控制方法，而本申請所寫專利主要側(cè)重于提出新的拓?fù)?，解決變換器體積大以及輸出整流二極管寄生振蕩問題的問題。提出控制方法也不是針對雙向變換器。
[0004]與現(xiàn)有技術(shù)相比授權(quán)公告號:CN104143919A，專利名稱雙向直流變換器，對比專利雙向直流變換器主要提出一種雙向直流變換器，解決開關(guān)元件的軟開關(guān)問題的同時提高變壓器的效率。而所寫專利提出變換器主要解決變換器體積大以及輸出整流二極管寄生振蕩問題的問題，本申請所解決問題不同，同時，提出控制方法、拓?fù)湟膊煌?，?yīng)用場合也不同。
[0005]與現(xiàn)有技術(shù)相比授權(quán)公告號:CN101030732，專利名稱輸出電流紋波最小化正激式磁集成變換器，對比專利輸出電流紋波最小化正激式磁集成變換器針對正激式變換器輸出電流紋波大的缺點，給出一種變壓器和電感的磁集成方案，該專利側(cè)重于變換器的磁集成方案，副邊仍存在輸出濾波電感，且并未變換器的控制方案并未在專利中提及。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比授權(quán)公告號:CN201008125，專利名稱有源鉗位磁集成變換器，對比文件有源鉗位磁集成變換器針對有源箝位正激變換器輸出電流紋波大的缺點，給出一種變壓器和電感的磁集成方案。該專利側(cè)重于變換器的磁集成方案，副邊仍存在輸出濾波電感，且并未變換器的控制方案并未在專利中提及。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]為了解決上述存在的問題，本實用新型提供一種帶RCD箝位的單管變換器，輸出濾波電路只保留一個電容濾波，一方面減少了磁性元件的使用，使得濾波電路的體積減小，另一方面解決了整流二極管的寄生振蕩、反向恢復(fù)的問題。同時對變換器分段優(yōu)化組合控制方案，該控制方案可以結(jié)合不同的優(yōu)化目標(biāo)，有針對性地調(diào)節(jié)控制方式，使變換器工作更為高效，為達此目的，本實用新型提供一種帶RCD箝位的單管變換器，包括變壓器Tr、開關(guān)管&、二極管Db、二極管D2,電感Lr、電容Cb、電容C。、電阻Rb和電阻R。，其特征在于:所述變壓器Tr有原邊N1和副邊N2,所述開關(guān)管Q1內(nèi)有二極管D1，所述開關(guān)管Q1的源極端與輸入電源負(fù)極相連，所述開關(guān)管&的漏極端與電感Lr、二極管Db陽極端相連，所述變壓器Tr的原邊N1的同名端與電容Cb、電阻Rb共同與輸入電源正極相連，所述變壓器Tr的原邊見的異名端與電感Lr相連，所述二極管Db陽極端與電容Cb、電阻Rb相連，所述變壓器Tr的同名端與二極管出陽極相連，所述變壓器Tr的異名端與輸出端相連，所述二極管02陰極與濾波電容C。相連，輸出濾波的電容C。與負(fù)載電阻R。并聯(lián)在輸出端。
[0008]本實用新型的進一步改進，所述電感Lr為外加電感或由變壓器Tr漏感提供，本實用新型可根據(jù)實際安裝需要采用外加電感或由變壓器Tr漏感提供。
[0009]本實用新型的進一步改進，所述開關(guān)管Q1Smos管或晶體管IGBT或三極管，本實用新型使用時候所述MOS管可由IGBT、三極管替換，替換原則如下:MOS管的漏極對應(yīng)三極管、IGBT的集電極，MOS管的源極對應(yīng)三極管、IGBT的發(fā)射極，使用者可根據(jù)實際情況進行選擇。
[0010]本實用新型一種帶RCD箝位的單管變換器的控制方法，所述控制方法采用第一電壓傳感器米樣輸入電壓Vinf，作為分段控制器的一個輸入信號，同時，米用第二電壓傳感器采樣輸出電壓Vclf，與參考電壓Vref經(jīng)過減法器產(chǎn)生誤差信號Ve，再經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生輸出信號為Vcie,與三角載波發(fā)生器產(chǎn)生的輸出信號V。，通過比較器產(chǎn)生信號Vr，作為分段控制器的另一個輸入信號。通過分段控制器對該信號進行判斷，為開關(guān)管Q1提供驅(qū)動信號UQ1，再設(shè)定輸入電壓參考值Vinl、Vin2，其中Vinl〈Vin2。當(dāng)輸入電壓Vin大于Vin2或小于Vin^，控制方式選擇器保持占空比D大小不變，通過變頻調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)開關(guān)頻率fs得出調(diào)制信號；當(dāng)輸入電壓Vln大小在兩個標(biāo)準(zhǔn)值Vlnl、Vln2之間時，控制方式選擇器保持頻率fs不變，通過恒頻脈寬調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)占空比D的大小得出調(diào)制信號。最后通過或門電路對上述產(chǎn)生的兩種調(diào)制信號進行選擇，為開關(guān)管&提供驅(qū)動信號UQ1。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下有益效果:
[0012]1、該電路結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的變換器結(jié)構(gòu)減少了一個大電感和一個二極管，減少了元器件，特別是磁性元件的使用，減小了變換器的體積、重量；
[0013]2、從根本上解決了輸出整流二極管反向恢復(fù)、寄生振蕩的問題；
[0014]3、組合控制方案可以針對不同的優(yōu)化目標(biāo)，使用變換器更加高效；
[0015]4、靈活度高可針對不同變換器、不同的優(yōu)化目標(biāo)，劃分不同工作模式的邊界點，有針對性的研究更加高效的控制策略。
【附圖說明】
[0016]圖1為帶R⑶箝位的單管變換器的電路圖；
[0017]圖1中符號名稱:變壓器Tr，開關(guān)管Q1，二極管Db、D2，電感Lr、電容Cb、Co，電阻Rb、Ro ；
[0018]圖2為帶R⑶箝位的單管變換器的工作波形；
[0019]圖3為帶R⑶箝位的單管變換器的工作模態(tài)；
[0020]圖4為帶RCD箝位的單管變換器的控制調(diào)制策略示意圖；
[0021]圖5為帶RCD箝位的單管變換器的控制策略示意圖(分段控制器)。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細(xì)描述:
[0023]本實用新型提供一種帶RCD箝位的單管變換器，輸出濾波電路只保留一個電容濾波，一方面減少了磁性元件的使用，使得濾波電路的體積減小，另一方面解決了整流二極管的寄生振蕩、反向恢復(fù)的問題。同時對變換器分段優(yōu)化組合控制方案，該控制方案可以結(jié)合不同的優(yōu)化目標(biāo)，有針對性地調(diào)節(jié)控制方式，使變換器工作更為高效。
[0024]帶RCD箝位的單管變換器電路拓?fù)淙鐖D1所示，包括變壓器Tr(原邊N1、副邊N2),開關(guān)管01(01為其體二極管)，二極管0^02，電感1^(可由變壓器漏感提供)、電容(^、(:。，電阻辦、R。。所述開關(guān)管可為MOS管。開關(guān)管^⑶工為其體二極管)源極端與輸入電源負(fù)極相連，漏極端與電感U、二極管Db陽極端相連。變壓器原邊同名端與電容Cb、電阻Rb共同與輸入電源正極相連，異名端與電感Lr相連。二極管Db陽極端與電容Cb、電阻Rb相連。變壓器同名端與二極管D2陽極相連，異名端與輸出端相連。二極管02陰極與濾波電容C。相連，輸出濾波電容C。與負(fù)載電阻R。并聯(lián)在輸出端。所述MOS管可由IGBT、三極管替換，替換原則如下:所述MOS管的漏極對應(yīng)三極管、IGBT的集電極，所述MOS管的源極對應(yīng)三極管、IGBT的發(fā)射極。所述變換器原邊電感Lr可以是外加電感，也可由變壓器漏感提供。內(nèi)電感雙管正激變換器的工作波形如圖2所示。
[0025]該變換器在一個周期內(nèi)的工作模態(tài)如圖3所示，具體分析如下:
[0026][td]:電路工作模態(tài)如圖(a)所示。在to時刻，開關(guān)管&，諧振電感電流iLr值為零，S卩。to時刻之后，+V11Jp在變壓器原邊，iLr開始增加，電源能量傳遞給負(fù)載，變壓器被正向磁化。變壓器原邊極性為上正下負(fù)，則變壓器副邊二極管02導(dǎo)通。時刻，Q1關(guān)斷，此模態(tài)結(jié)束。
[0027][。山]:電路工作模態(tài)如圖(b)所示。時刻，Q1關(guān)斷，iLr流經(jīng)電容Cb、電阻Rb和二極管Db組成的RCD吸收電路，此時，iLr開始下降，變壓器進行磁復(fù)位。變壓器原邊始終有電流正向流過，副邊二極管D2繼續(xù)導(dǎo)通。t2時刻，iLr下降至零，此模態(tài)結(jié)束。
[0028][t2，t3]:電路工作模態(tài)如圖(C)所示。t2時刻，iLr下降至零，變壓器原邊沒有電流流過，副邊輸出電容給負(fù)載供電，直到開關(guān)管Q1開通，該模態(tài)結(jié)束，開始下一個周期的工作。
[0029]本專利提出以輸入電壓大小作為變換器工作模式劃分依據(jù)，可針對不同變換器、不同的優(yōu)化目標(biāo)，有針對性的研究更加高效的控制策略。采用第一電壓傳感器I采樣輸入電S(Vinf)，作為分段控制器6的一個輸入信號。同時，米用第二電壓傳感器2米樣輸出電壓(Vcif)，與參考電壓(Vref)經(jīng)過減法器產(chǎn)生誤差信號(Ve)，再經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器3產(chǎn)生輸出信號為(Vcie)，與三角載波發(fā)生器4產(chǎn)生的輸出信號(V。)，通過比較器5產(chǎn)生信號(Vr)，作為分段控制器6的另一個輸入信號。其示意圖如圖4所示。
[0030]分段選擇控制器5工作方式為:設(shè)定輸入電壓參考值Vinl、Vin2，其中Vinl〈Vin2。當(dāng)輸入電壓Vin大于Vin2或小于Vinl時，控制方式選擇器61保持占空比D大小不變，通過變頻調(diào)節(jié)器62調(diào)節(jié)開關(guān)頻率匕得出調(diào)制信號；當(dāng)輸入電壓Vin大小在兩個標(biāo)準(zhǔn)值Vinl、Vin2之間時，控制方式選擇器61保持頻率fs不變，通過恒頻脈寬調(diào)節(jié)器63調(diào)節(jié)占空比D的大小得出調(diào)制信號。最后通過或門電路64對上述產(chǎn)生的兩種調(diào)制信號進行選擇，為開關(guān)管Q1提供驅(qū)動信號(uQ1)。其示意圖如圖5所示。
[0031]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非是對本實用新型作任何其他形式的限制，而依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)所作的任何修改或等同變化，仍屬于本實用新型所要求保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種帶R⑶箝位的單管變換器，包括變壓器Tr、開關(guān)管Q1、二極管Db、二極管D2,電感Lr、電容Cb、電容C。、電阻Rb和電阻R。，其特征在于:所述變壓器Tr有原邊N1和副邊N2,所述開關(guān)管Q1內(nèi)有二極管D1，所述開關(guān)管&的源極端與輸入電源負(fù)極相連，所述開關(guān)管Q1的漏極端與電感Lr、二極管Db陽極端相連，所述變壓器Tr的原邊見的同名端與電容Cb、電阻Rb共同與輸入電源正極相連，所述變壓器Tr的原邊見的異名端與電感Lr相連，所述二極管Db陽極端與電容Cb、電阻Rb相連，所述變壓器Tr的同名端與二極管出陽極相連，所述變壓器Tr的異名端與輸出端相連，所述二極管D2陰極與濾波電容C。相連，輸出濾波的電容C。與負(fù)載電阻R。并聯(lián)在輸出端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶RCD箝位的單管變換器，其特征在于:所述電感Lr為外加電感或由變壓器Tr漏感提供。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶RCD箝位的單管變換器，其特征在于:所述開關(guān)管&為MOS管或晶體管IGBT或三極管。
【文檔編號】H02M1/14GK205544947SQ201620299549
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】趙國樹, 湯雨, 楊忠, 司海飛
【申請人】金陵科技學(xué)院