集成磁路多電平開關(guān)電源裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成磁路多電平開關(guān)電源裝置，本發(fā)明使用多個(gè)繞組集成磁路的方式，采用多個(gè)開關(guān)元件串聯(lián)多個(gè)集成磁路的繞組，使磁心元件中的磁通能自動分配，繞組中的電流能自動均流，開關(guān)元件上的電壓應(yīng)力也能自動均壓，這樣便能用較低耐壓的開關(guān)元件承擔(dān)較高輸入電壓在開關(guān)元件上形成的電壓應(yīng)力，特別是由此種方式帶來了用低耐壓的MOS開關(guān)元件組合成頻率高，大功率甚至超大功率的開關(guān)電源裝置，提高開關(guān)電源裝置的功率密度。從而滿足小體積，高頻率，高輸入電壓的要求，滿足市場的需要。
【專利說明】集成磁路多電平開關(guān)電源裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓輸入多電平開關(guān)電源【技術(shù)領(lǐng)域】，確切地說涉及一種具有平衡磁心元件的磁通的多電平開關(guān)電源技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上傳統(tǒng)的多電平開關(guān)電源，采用開關(guān)元件串聯(lián)的方式，其存在諸多不足之處，具體見圖1。傳統(tǒng)的多電平開關(guān)電源裝置，采用獨(dú)立磁路的變壓器與多個(gè)開關(guān)元件相串聯(lián)的方式，其缺點(diǎn)為:
[0003]1、多個(gè)串聯(lián)的開關(guān)元件靠開關(guān)并聯(lián)二極管和電容的方式來分配輸入電壓。如果二極管參數(shù)和電容參數(shù)有誤差，則各個(gè)串聯(lián)開關(guān)元件上的電壓會不平衡，并聯(lián)電容小的開關(guān)元件會承受比較高的電壓。
[0004]2、獨(dú)立磁路變壓器原邊繞組中的電流與所有串聯(lián)開關(guān)元件中的電流是一樣的，所以承受電壓高的電壓，開關(guān)元件便產(chǎn)生比較高的損耗，工作壽命也就比較短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種采用集成磁路變壓器將多個(gè)開關(guān)元件與多個(gè)集成磁路變壓器相串聯(lián)后形成隔離的，能自動為各串聯(lián)集成磁路變壓器分配等同的輸出功率，同時(shí)也能自動將輸入電壓等分給各開關(guān)元件的開關(guān)電源裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種集成磁路多電平開關(guān)電源裝置，由多個(gè)開關(guān)元件和同一個(gè)集成磁路元件中的各個(gè)變壓器或電感的繞組相串聯(lián)而成，所述集成磁路元件是由單孔或多孔磁心及繞組所組成的集成了多個(gè)變壓器或電感的磁路元件。
[0008]其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述集成磁路元件為單孔磁心時(shí)，采用分槽方式在所述單孔磁心上繞制變壓器或電感的線圈；所述集成磁路元件為多孔磁心時(shí)，采用分磁柱方式在所述多孔磁心上繞制變壓器或電感的線圈；所形成的各變壓器或電感的參數(shù)一致。
[0009]其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:各開關(guān)元件和集成磁路中的各個(gè)變壓器或電感所組成的單元開關(guān)電源電路分別與輸入端的各個(gè)串聯(lián)連接的濾波電容并聯(lián)。
[0010]其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述集成磁路元件中的各個(gè)變壓器或電感的輸出繞組分別連接整流二極管的陽極，所述整流二極管的陰極相互連接作為輸出，并連接同一采樣電路和反饋調(diào)節(jié)電路。
[0011]其進(jìn)一步的技術(shù)方案為:各開關(guān)元件和集成磁路中的各個(gè)變壓器或電感所組成的單元開關(guān)電源電路分別連接各自的驅(qū)動電路，各個(gè)驅(qū)動電路連接同一個(gè)控制器，所述控制器連接同一采樣電路和反饋調(diào)節(jié)電路。
[0012]本發(fā)明有益的技術(shù)效果是:
[0013]采用集成磁路多電平開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，各開關(guān)元件所承受的電壓由集成磁路變壓器或電感自動均壓，以降低各開關(guān)元件的電壓應(yīng)力，能夠用較低耐壓的開關(guān)元件組成較高輸入電壓的開關(guān)電源，或用較低耐壓的開關(guān)元件組成高輸出電壓的開關(guān)電源。各個(gè)集成磁路變壓器或電感繞組中的電流自動均流，以達(dá)到輸入串聯(lián)濾波電容電壓平均分配的目的，進(jìn)而達(dá)到各開關(guān)元件的電壓應(yīng)力相等，使集成磁路多電平開關(guān)電源裝置能在高輸入電壓的環(huán)境穩(wěn)定，正常工作。各串聯(lián)的開關(guān)元件可得到完全等分的均衡電壓，使各開關(guān)元件所承擔(dān)的輸出功率，電壓應(yīng)力及電流應(yīng)力均能相等。因而，本發(fā)明的應(yīng)用市場會非常大。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是傳統(tǒng)多電平開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是集成磁路多電平開關(guān)電源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是集成磁路多電平開關(guān)電源裝置的單孔變壓器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是集成磁路多電平開關(guān)電源裝置的多孔變壓器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5是集成磁路多電平開關(guān)電源裝置的正激電源實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖6是集成磁路多電平開關(guān)電源裝置的反激電源實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖7是集成磁路多電平開關(guān)電源裝置的橋式電源實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022]如圖2所示，本發(fā)明的隔離型的集成磁路多電平開關(guān)電源裝置，包括集成磁路變壓器T1，T2，...1'11和開關(guān)元件(1?)5開關(guān)管)011，012，021，022，…Qnl，Qn2。集成磁路變壓器可為單孔或多孔型磁心。對單孔磁心的集成磁路變壓器而言(見圖3):其包括磁心1，繞組骨架2，各獨(dú)立的變壓器`繞組3，4，5，…η。變壓器繞組在磁心中柱即繞組骨架2上，采用分槽方法分別繞制變壓器原邊和副邊線圈，組成一個(gè)集成變壓器，各分槽變壓器的繞組匝數(shù)都完全相同。對多孔磁心的集成磁路變壓器而言(見圖4):其包括磁心1，繞組骨架2和變壓器繞組3，4，5，…η。變壓器繞組分別繞在磁心獨(dú)立的磁柱即繞組骨架2上，一個(gè)磁柱分別繞制兩個(gè)線圈作為變壓器的原邊和副邊，組成一個(gè)變壓器，各獨(dú)立磁柱上的變壓器繞組匝數(shù)都完全相同。如圖2所示，再根據(jù)具體開關(guān)電源的拓?fù)洌瑢㈤_關(guān)元件Qll，Q12，Q2LQ22,…Qnl，Qn2與各集成磁路變壓器Tl，Τ2，…Tn串聯(lián)連接。各集成磁路變壓器的副邊繞組采用并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)，各串聯(lián)的開關(guān)元件和單個(gè)集成磁路變壓器組成的單元開關(guān)電源電路分別與輸入端的各個(gè)串聯(lián)連接的濾波電容Cl，C2，…Cn進(jìn)行并聯(lián)連接，這樣就組成了集成磁路多電平開關(guān)電源裝置。各開關(guān)元件帶有各自獨(dú)立的驅(qū)動電路，各驅(qū)動電路的驅(qū)動控制信號采用同一個(gè)控制器，同時(shí)輸出采樣和反饋調(diào)節(jié)電路均采用同一采樣電路和反饋調(diào)節(jié)電路。
[0023]由于采用了上述的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的工作原理為:輸入的高壓電源經(jīng)串聯(lián)連接的濾波電容后，連接至集成磁路開關(guān)電源裝置。輸入的高壓首先由串聯(lián)連接的濾波電容Cl，C2，…Cn分壓，在電容上形成不完全等分的電壓，但每個(gè)電容兩端的電壓均小于輸入電源的電壓，即:Vcl ^ Vc2Vcn?Vl0
[0024]此不完全等分的電壓加載到集成磁路多電平開關(guān)電源裝置的電路中，在開關(guān)電源的串聯(lián)開關(guān)元件Qll，Q12僅承受Vcl的電壓，Q2LQ22僅承受Vc2的電壓…，Qnl，Qn2僅承受Vcn的電壓。這樣Q11，Q12，Q21，Q22，…Qnl，Qn2就可以用較低耐壓的開關(guān)元件。[0025]各集成磁路變壓器Τ1，Τ2，".Τη的副邊輸出繞組分別連接整流二極管D13，D23，…Dn3的陽極，而二極管D13，D23，-Dn3的陰極連接在一起作為輸出，連接后續(xù)電路。
[0026]當(dāng)控制器發(fā)送驅(qū)動信號給驅(qū)動電路，驅(qū)動電路驅(qū)動開關(guān)元件。開關(guān)元件Q11，Q12，Q21，Q22，…Qnl，Qn2同時(shí)導(dǎo)通，在集成磁路變壓器Tl，T2，…Tn中形成電流。由于集成磁路變壓器T1，T2，…Tn是用同一磁心材料，在同一磁路上繞制的相同匝數(shù)的線圈，所以集成磁路變壓器Tl，Τ2，…Tn的勵(lì)磁電感的電感量是相同的。如果在理想狀態(tài)下:
[0027]〖/H=k2 =…= Kra=L，則各集成磁路變壓器中的原邊繞組電流完全等同，各

變壓器上的電壓及輸出功率也完全相等。
[0028]當(dāng)濾波電容Cl，C2，…Cn上的電壓出現(xiàn)不平衡時(shí)，則集成磁路變壓器Tl，Τ2，…Tn中的原邊線圈電流也會出現(xiàn)不同。濾波電容兩端電壓高的那路變壓器的原邊電流就比較大，電壓高的濾波電容的放電電流就大，因?yàn)榉烹婋娏鞔?，濾波電容兩端的電壓下降就比較大，經(jīng)過幾個(gè)周期，電壓高的濾波電容的電壓就會逐漸下降到與其他濾波電容兩端的電壓一致，達(dá)到電壓平衡狀態(tài)。
[0029]只要采用集成磁路的方式，在同一磁路結(jié)構(gòu)中的變壓器的各參數(shù)就是相同的，因而集成磁路變壓器中的磁通是要力求平衡相同的，此磁通的平衡就會自動調(diào)整輸入濾波電容上的電壓達(dá)到平衡，同時(shí)也讓集成磁路中的各個(gè)分離的變壓器Tl，Τ2，…Tn的輸出功率達(dá)到一樣大小。
[0030]以下通過幾個(gè)實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0031]一、正激電源實(shí)施例
[0032]如圖5所示，本實(shí)施例的集成磁路多電平開關(guān)電源裝置，包括集成磁路變壓器Tl，Τ2，…!^，串聯(lián)連接的濾波電容組Cl，C2，…Cn，開關(guān)元件Q11，Q12，Q21，Q22，…Qnl，Qn2組成的開關(guān)電路，以及開關(guān)元件的驅(qū)動電路。當(dāng)控制電路將驅(qū)動脈沖加到開關(guān)元件的驅(qū)動電路上時(shí)，開關(guān)元件Q11，Q12，Q21，Q22，…Qnl，Qn2同時(shí)導(dǎo)通，集成磁路變壓器Tl，T2，...Tn的原邊繞組流過原邊電流，由于集成磁路變壓器的繞組在同一磁心上，其勵(lì)磁電感的參數(shù)完全一致，同時(shí)各集成磁路變壓器的原邊與副邊的匝比完全相同，所以當(dāng)串聯(lián)電容的電壓不平衡時(shí)，集成磁路的各變壓器中的原邊電流就會產(chǎn)生不平衡。電壓高的變壓器中的原邊電流就大，因而電容的放電電流增大，電容兩端的電壓下降就大，經(jīng)過這樣的調(diào)整后，電容兩端電壓逐漸達(dá)到平衡。
[0033]按圖例5設(shè)計(jì)的電路中，開關(guān)元件的電壓應(yīng)力為:
[0034]式中Vi/n為輸入電壓，η為串聯(lián)的集成磁路變壓器的個(gè)數(shù)。
[0035]電路中，二極管D11，D12，D21，D22，…，Dnl，Dn2為變壓器的勵(lì)磁電感提供去磁回路。
[0036]二、反激電源實(shí)施例
[0037]如圖6所示，本實(shí)施例的集成磁路多電平開關(guān)電源裝置，包括集成磁路變壓器TI，T2，…!^，串聯(lián)連接的濾波電容組Cl，C2，…Cn，開關(guān)元件Qll，Ql，Q2，…Qn組成的開關(guān)電路，以及開關(guān)元件的驅(qū)動電路。當(dāng)控制電路將驅(qū)動脈沖加到開關(guān)元件的驅(qū)動電路上時(shí)，開關(guān)元件Q1，Q2，…Qn同時(shí)導(dǎo)通，集成磁路變壓器Tl，T2，…Tn的勵(lì)磁電感流過勵(lì)磁電流，由于集成磁路變壓器的繞組在同一磁心上，其勵(lì)磁電感的參數(shù)完全一致，當(dāng)串聯(lián)電容上的電壓不平衡時(shí)，集成磁路的各變壓器中的勵(lì)磁電流就會產(chǎn)生不平衡。電壓高的變壓器的勵(lì)磁電流就大，因而電容的放電電流增大，電容兩端的電壓下降就大，經(jīng)過這樣的調(diào)整后，電容兩端電壓逐漸達(dá)到平衡。
[0038]按圖例6設(shè)計(jì)的電路中，開關(guān)元件的電壓應(yīng)力為:
【權(quán)利要求】
1.一種集成磁路多電平開關(guān)電源裝置，其特征在于:由多個(gè)開關(guān)元件和同一個(gè)集成磁路元件中的各個(gè)變壓器或電感的繞組相串聯(lián)而成，所述集成磁路元件是由單孔或多孔磁心及繞組所組成的集成了多個(gè)變壓器或電感的磁路元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成磁路多電平開關(guān)電源裝置，其特征在于:所述集成磁路元件為單孔磁心時(shí)，采用分槽方式在所述單孔磁心上繞制變壓器或電感的線圈；所述集成磁路元件為多孔磁心時(shí)，采用分磁柱方式在所述多孔磁心上繞制變壓器或電感的線圈；所形成的各變壓器或電感的參數(shù)一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成磁路多電平開關(guān)電源裝置，其特征在于:各開關(guān)元件和集成磁路中的各個(gè)變壓器或電感所組成的單元開關(guān)電源電路分別與輸入端的各個(gè)串聯(lián)連接的濾波電容并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成磁路多電平開關(guān)電源裝置，其特征在于:所述集成磁路元件中的各個(gè)變壓器或電感的輸出繞組分別連接整流二極管的陽極，所述整流二極管的陰極相互連接作為輸出，并連接同一采樣電路和反饋調(diào)節(jié)電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成磁路多電平開關(guān)電源裝置，其特征在于:各開關(guān)元件和集成磁路中的各個(gè)變壓器或電感所組成的單元開關(guān)電源電路分別連接各自的驅(qū)動電路，各個(gè)驅(qū)動電路連接同一個(gè)控制器，所述控制器連接同一采樣電路和反饋調(diào)節(jié)電路。
【文檔編號】H02M3/335GK103872922SQ201410104120
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】張心益, 朱袁正 申請人:無錫新潔能股份有限公司