一種新型的諧振變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新型的在技術上容易實現(xiàn)的直流疊加脈沖型諧振變換器，包括正負電壓源、扼流圈、諧振單元、諧振開關、變壓器、偏磁電路、隔直單元、濾波單元及直流輸出單元。所述變壓器副邊繞組第一輸出端連接至隔直單元，隔直單元連接至負載，所述直流輸出單元第一輸出端連接至濾波單元，濾波單元連接至負載。通過本發(fā)明可以以諧振變換的方式在直流供電單元輸出的基礎上疊加一個脈沖電壓，具有效率高、結構簡單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點。
【專利說明】一種新型的諧振變換器
[0001]【技術領域】:
本發(fā)明涉及電源變換領域，具體涉及一種新型的諧振變換器。
[0002]【背景技術】:
隨著電力電子技術的發(fā)展，開關電源在各行業(yè)都得到了廣泛的應用，作為開關電源的一種，諧振變換器由于其高效率、簡單等優(yōu)勢，在業(yè)界得到了廣泛應用。
[0003]目前在很多應用中都需要在原有的直流供電上再疊加脈沖電壓的供電方案，例如靜電除塵領域等。本發(fā)明提出了一種新的拓撲結構，通過諧振變換的方式在直流供電單元輸出的基礎上疊加一個脈沖電壓，具有效率高、結構簡單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的在技術上容易實現(xiàn)的直流疊加脈沖型諧振變換器。
[0005]本發(fā)明的具體技術方案如下:
一種諧振變換器，包括原邊諧振單元、變壓器10、偏磁電路和副邊輸出單元，所述原邊諧振單元包括正負電壓源1、扼流圈2、諧振單元和諧振開關，所述正負電壓源I第一輸出端經(jīng)第一扼流圈2、第一諧振單元與變壓器原邊繞組第一輸入端a相連；正負電壓源I第二輸出端經(jīng)第二扼流圈3、第二諧振單元與變壓器原邊繞組第二輸入端c相連；正負電壓源I第三輸出端分別連接第一諧振開關的輸出端，第二諧振開關的輸入端、變壓器原邊繞組的中間抽頭輸入端b并接地；第一諧振開關的輸入端連接在第一扼流圈和第一諧振單元之間，第二諧振開關的輸出端連接在第二扼流圈3和第二諧振單元之間。
[0006]本發(fā)明的進一步設計在于:
所述副邊輸出單元包括:隔直單元11、濾波單元12、負載13及直流輸出單元14，變壓器副邊繞組第一輸出端連接至隔直單元11，隔直單元11連接至負載13，直流輸出單元第一輸出端連接至濾波單元12，濾波單元12連接負載13，變壓器副邊繞組第二輸出端連接直流輸出單元14第二輸入端及負載13第二輸入端并同時接地。
[0007]所述第一諧振單元采用第一電容；第二諧振單元采用第二電容。
[0008]所述第一諧振單元依次由第一電感和第一電容串聯(lián)而成；第二諧振單元依次由第二電感和第二電容串聯(lián)而成。
[0009]所述第一諧振單元依次由第一電容串聯(lián)和第一電感而成；第二諧振單元由第二電容和第二電感串聯(lián)而成。
[0010]該諧振變換器還包括第一保護單元和第二保護單元；第一保護單元一端連接在第一扼流圈和第一諧振單元之間，另一端與正負電壓源的第三輸出端連接；第二保護單元一端連接在第二扼流圈和第二諧振單元之間，另一端與正負電壓源的第三輸出端連接。
[0011]本發(fā)明的原邊諧振單元擴展為二個或多個單元。
[0012]第一電容和第二電容容值相等；第一電感和第二電感感值相等。
[0013]正負電壓源為工頻整流電源或者交流調(diào)壓電源或者直流調(diào)壓電源或者開關電源。
[0014]第一諧振開關及第二諧振開關采用半導體開關，例如IGBT、IGCT、GTO ;所述濾波單元為高壓電感或二極管。[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術對比的有益效果為:
本發(fā)明一方面將諧振開關上的電壓一分為二，有效的減小了諧振開關的電壓應力，可以采用低電壓應力的開關裝置，從而有效的減小了系統(tǒng)的應用成本；
另一方面系統(tǒng)從結構上完全對稱，可以有效的減少差模噪聲等，另外，將變壓器原邊繞組中間抽頭接地，可以有效的改善諧振電流波形，并可減小噪聲電流對系統(tǒng)其他部分的影響，另外也可通過增加多個原邊諧振電路來減小諧振開關的電流應力，增大脈沖輸出功率；
另一方面，本發(fā)明中由于諧振開關不是簡單的串聯(lián)，其連接點連接到變壓器的第二輸入端，所以當諧振開關驅動不同步時，不會出現(xiàn)單個諧振開關由于承受電壓應力過大而損壞的情況。
[0016]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明實例I的結構示意圖；
圖2是本發(fā)明實例2的結構示意圖；
圖3是本發(fā)明實例3的結構示意圖；
圖4是本發(fā)明實例4的結構示意圖；
圖5是本發(fā)明實例5的結構示意圖。
[0017]圖6是本發(fā)明原邊諧振單元擴展為多單元的結構示意圖。
[0018]圖7是實例2的等效工作電路。
[0019]圖8是實例2的主要輸入輸出波形圖。
[0020]圖9是實例2的等效諧振電路。
[0021]圖中:1-正負電壓源；2_第一扼流圈；3_第一扼流圈；4_第一電感；5-第一電容；6-第二電感；7_第二電容；8_第一諧振開關；9_第二諧振開并；10_變壓器；11_隔直電容；12-濾波單元；13_負載；14-直流輸出單元；15-偏磁電源；16_限流電阻；17-扼流圈；18-直流輸出單元；19_表示公共節(jié)點；20_表示接地；21、22 —扼流圈；23 —公共節(jié)點；24、25 一諧振開關；26、27 —保護單兀。
[0022]【具體實施方式】:
下面結合附圖，對本發(fā)明技術方案描述如下。
[0023]實例I
如圖1所示，本發(fā)明的諧振變換器，原邊諧振單元、變壓器10、偏磁電路和副邊輸出單元，原邊諧振單元包括正負電壓源、扼流圈、諧振單元和諧振開關。副邊輸出單元包括隔直單元、脈沖阻流圈及直流輸出單元。諧振單元包括第一諧振單元、第二諧振單元。第一諧振單兀包括第一電感4,第一電容5,第二諧振單兀包括第二電感6,第二電容7。
[0024]如圖1所示，具體來說正負電壓源I的第一輸出端依次經(jīng)過扼流圈2、第一電感4、第一電容5與變壓器10的原邊繞組第一輸入端a相連。
[0025]如圖1所示，具體來說正負電壓源I的第三輸出端依次經(jīng)過扼流圈3、第一電感6、第一電容7與變壓器10的原邊繞組第二輸入端c相連。
[0026]如圖1所示，具體來說變壓器10的第一輸入端依次經(jīng)過第一電容5、第一電感4、諧振開關8連接到公共節(jié)點19，同時正負電壓源I的第二輸出端及變壓器10的原邊繞組的中間抽頭輸入端b也連接到公共節(jié)點19。[0027]如圖1所示，具體來說變壓器10的第三輸入端依次經(jīng)過第二電容7、第二電感6、諧振開關9連接到公共節(jié)點19。
[0028]偏磁電路包括偏磁電源15、限流電阻16及扼流圈17，偏磁電源正極依次經(jīng)過限流電阻、扼流圈連接至變壓器原邊繞組第四輸入端d，偏磁電源15負極連接至變壓器原邊繞組第五輸入端e。
[0029]實例2
如圖2所示，本實例與實例I的不同之處在于正負電壓源I的第一輸出端依次經(jīng)過扼流圈2、第一電容5、第一電感4與變壓器10的原邊繞組第一輸入端a相連,正負電壓源I的第三輸出端依次經(jīng)過扼流圈3、第一電容7、第一電感6與變壓器10的原邊繞組第二輸入端c相連。
[0030]本發(fā)明的工作原理如下:
下面以附圖2為主，敘述本發(fā)明的具體工作原理:
正負電壓源I分別通過扼流圈2給第一電容5、扼流圈3給第二電容7充電，控制電路控制諧振開關8、9導通形成諧振電路給變壓器副邊提供能量，諧振電路包括變壓器原邊，第一諧振單元、諧振開 關及第二諧振單元，圖2的等效工作電路如圖7所示。
[0031]圖7中，Cs為第一電容、第二電容串聯(lián)后容值，N為脈沖變壓器10的副邊比原邊匝比，Ce為隔直單元容值，Cp為負載容值，Lr為脈沖變壓器漏感，il為變壓器原邊電流，?2為變壓器副邊電流，nl、n2為變壓器原邊兩個繞組匝數(shù)，n3為變壓器副邊繞組匝數(shù)。
[0032]主要波形如圖8所示，其中ilm為變壓器原邊電流峰值，Tr為諧振周期，Ts為諧振開關開關周期，Ubase為直流輸出單兀輸出電壓，U2m為脈沖變壓器輸出電壓峰值，Upulse為負載上電壓峰值，i2m為變壓器輸出電流峰值。
[0033]圖2的等效諧振電路如圖9所示，通過等效諧振電路及主要波形可見，負載兩端電壓u2的寬度由等效諧振電路的周期決定，而等效諧振周期和Ce、Cp及N有關，由等效電路可見，匝比N越大，u2的幅值越大，但是脈沖周期越大，在一些應用場合，需要控制脈沖周期在一定的范圍以內(nèi)，這時候就需要減小匝比N，這樣的話就需要增加母線電壓uO，這又會帶來諧振開關電壓應力過高的問題，導致成本的增加，而本發(fā)明由于采用了 2個諧振開關串聯(lián)的方式，大大減小了諧振開關的電壓應力，從而降低了系統(tǒng)的成本，同時，諧振開關連接點連接到了變壓器原邊中間抽頭，即使出現(xiàn)了諧振開關沒有同時開通的問題，也可以依靠變壓器中間抽頭形成諧振回路，從而避免了單個諧振開關上承受2倍電壓應力而損壞的情況出現(xiàn)。同時，本發(fā)明圖2的拓撲從結構上是完全對稱的，可以有效的抑制差模噪聲，另外，將變壓器原邊繞組中間抽頭接地，噪聲電流可以通過中間抽頭流入大地，可以有效的改善大電流情況下諧振電流波形，并可減小噪聲電流對系統(tǒng)其他部分的影響。另外本發(fā)明圖1拓撲在保持副邊輸出的情況下，可通過并聯(lián)多個原邊諧振電路進行分流，從而減小諧振開關的電流應力；也可以通過這種方式增加電路的輸出功率。
[0034]實例3
如圖3所不,本實例與實例I的不同之處在于第一電感4和第一電感6被省略,它們的作用可以由變壓器的漏感來代替，其感值的大小取決于變壓器的設計工藝。
[0035]實例4
如圖4所示，本實例與實例I到實例3的不同之處在于在諧振開關8并聯(lián)了保護單元26，諧振開關9兩端并聯(lián)了保護單元27，保護單元用于保護諧振開關，可以是無源鉗位吸收電路，如RCD、RC等形式，也可以是有源鉗位電路。
[0036]實例5
如圖5所示，上述實例I到實例3都可以通過擴展2路變壓器原邊諧振電路的方式來提高輸出脈沖功率，同時也可減小諧振開關的電流應力。
[0037]如圖5所示，擴展的變壓器原邊電路采用第二個正負電壓源來供電，但這不是必須的，也可以只采用一個正負電壓源，即將正負電壓源I的第一輸出端連接到諧振開關24，正負電壓源I的第三輸出端連接到諧振開關25，正負電壓源I的第二輸出端連接到公共節(jié)點19。
[0038]實例6
上述實例5中可擴展2路變壓器原邊諧振電路的方式來提高輸出脈沖功率，同時減小諧振開關的電流應力，但不限于只擴展2路，可以根據(jù)應用需要擴展更多路，如圖6所示。
[0039]優(yōu)選的，上述實例I到實例4中的公共節(jié)點19連接到地20，但這并不是本發(fā)明必須的，公共節(jié)點19即使不連接到地20，也不影響本變換器的應用。
[0040]優(yōu)選的，上述實例I到實例4中的第一電感4和第二電感6感值相同,第一電容5和第一電容7容值相同，但這并不是本發(fā)明所必須的，即使第一電感4和第二電感6的參數(shù)、第一電容5和第一電容7的參數(shù)不相同，也不影響本變換器的實際應用。
[0041]以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實例對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于以上這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術領域】的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以作出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種諧振變換器，包括原邊諧振單元、變壓器(10)、偏磁電路和副邊輸出單元，其特征是:所述原邊諧振單元包括正負電壓源(I)、扼流圈(2)、諧振單元和諧振開關，所述正負電壓源(I)第一輸出端經(jīng)第一扼流圈(2)、第一諧振單元與變壓器原邊繞組第一輸入端(a)相連；正負電壓源(I)第二輸出端經(jīng)第二扼流圈(3)、第二諧振單元與變壓器原邊繞組第二輸入端(c)相連；正負電壓源(I)第三輸出端分別連接第一諧振開關的輸出端，第二諧振開關的輸入端、變壓器原邊繞組的中間抽頭輸入端(b)并接地；第一諧振開關的輸入端連接在第一扼流圈和第一諧振單元之間，第二諧振開關的輸出端連接在第二扼流圈(3)和第二諧振單元之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的諧振變換器，其特征是:所述副邊輸出單元包括:隔直單元(11)、濾波單元(12)、負載(13)及直流輸出單元(14)，變壓器副邊繞組第一輸出端連接至隔直單(元1)1，隔直單元(11)連接至負載(13)，直流輸出單元第一輸出端連接至濾波單元(12)，濾波單元(12)連接負載(13)，變壓器副邊繞組第二輸出端連接直流輸出單元(14)第二輸入端及負載(13)第二輸入端并同時接地。
3.根據(jù)權利要求1所述的諧振變換器，其特征是:所述第一諧振單元采用第一電容;第二諧振單元采用第二電容。
4.根據(jù)權利要求1所述的諧振變換器，其特征是:所述第一諧振單元依次由第一電感和第一電容串聯(lián)而成；第二諧振單元依次由第二電感和第二電容串聯(lián)而成。
5.根據(jù)權利要求1所述的諧振變換器，其特征是:所述第一諧振單元依次由第一電容串聯(lián)和第一電感而成；第二諧振單元由第二電容和第二電感串聯(lián)而成。
6.根據(jù)權利要求1所述的諧振變換器，其特征是:該諧振變換器還包括第一保護單元和第二保護單元；第一保護單元一端連接在第一扼流圈和第一諧振單元之間，另一端與正負電壓源的第三輸出端連接；第二保護單元一端連接在第二扼流圈和第二諧振單元之間，另一端與正負電壓源的第三輸出端連接。
7.根據(jù)權利要求1、2、3、4、5或6所述的諧振變換器，其特征是:所述的原邊諧振單元擴展為二個或多個單元。
8.根據(jù)權利要求1所述的諧振變換器，其特征在于:所述第一電容和第二電容容值相等；第一電感和第二電感感值相等。
9.根據(jù)權利要求1所述的諧振變換器，其特征在于:所述正負電壓源為工頻整流電源或者交流調(diào)壓電源或者直流調(diào)壓電源或者開關電源。
10.根據(jù)權利要求1所述的諧振變換器，其特征在于:所述第一諧振開關及第二諧振開關采用半導體開關，例如IGBT、IGCT.GTO ;所述濾波單元為高壓電感或二極管。
【文檔編號】H02M3/28GK103944389SQ201410136396
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權日:2014年4月4日
【發(fā)明者】陳武, 凌雁波, 陳祥, 劉宇芳, 曲震, 董春光, 虞敏 申請人:南京國電環(huán)保科技有限公司