[发明专利]一种实现隔离高频开关DC－DC变换的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及直流电压变换电路技术，特别涉及一种实现隔离高频开关DC-DC变换的系统及方法。

背景技术

直流(DC，Direct current)电压变换电路也称为直流斩波器，它是将直流电压变换为另一固定电压或大小可调的直流电压的电路，广泛地应用于可控直流开关稳压电源、直流电动机调速控制和焊接电源等领域。在高频开关领域中，采用高频DC-DC变换器，将输入电压经以半导体功率器件作为开关的主电路转变成另一形态输出，转换时采用自动控制闭环稳定输出并具有保护环节，从而获得用户所需的各种电压电流输出。

图1为现有隔离高频开关系统全桥隔离变换拓扑结构示意图，如图1所示，该系统包括：变压器初级侧电路11、变压器13、变压器次级侧电路14及脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)控制器12。

变压器初级侧电路11，用于对输入电压进行全桥变换；

变压器13，用于隔离变压器初级侧电路11和变压器次级侧电路14及将变压器输入电压变换为变压器输出电压；

变压器次级侧电路14，用于将变压器输出电压转换成输出电压；

PWM控制器12，用于控制变压器初级侧电路11，接收反馈的电压电流等信号，根据反馈的电压电流等信号输出PWM控制信号控制变压器初级侧电路11，对输出电压进行调节。

图2为基于图1的系统一个具体实施例的结构示意图，如图2所示，该系统包括：变压器初级侧电路11、PWM控制器12、变压器13及变压器次级侧电路14。其中，

变压器初级侧电路11，包括金属互补氧化物半导体管(MOS，Metal-Oxide Semiconductor)Q1、Q2、Q3及Q4；

PWM控制器12，用于接收反馈的电压电流等信号，根据反馈的电压电流等信号输出占空比可调的PWM控制信号驱动MOS管Q1、Q2、Q3、Q4栅极，控制其导通截止，对输出电压进行调节；

变压器13，为隔离主变压器，用于隔离变压器初级侧电路11和变压器次级侧电路14；

变压器次级侧电路14，包括MOS管Q5和Q6、输出储能滤波电感L1和L2以及输出储能滤波电容C；

MOS管Q1、Q2、Q3、Q4组成全桥变换变压器初级侧电路11的两个桥臂，对输入电压进行全桥变换，PWM控制器12输出PWM控制信号驱动MOS管Q1、Q2、Q3、Q4栅极，控制其导通截止。变压器13为隔离主变压器；MOS管Q5、Q6为变压器次级侧电路装置14的同步整流MOS管，MOS管Q5、Q6可以通过PWM控制器输出的PWM控制信号控制，也可以通过其他电路产生的驱动信号控制。MOS管Q5、Q6、电感L1、L2、电容C构成变压器次级侧电路装置14的倍流整流电路，其工作原理简述如下：

当变压器13与电感L1相连端为高电平时，MOS管Q5导通，变压器13输出的交流电压经电感L1和电容C储能滤波。当MOS管Q5导通时，电流i_s＝i_l1，电流流过电感L1，电流线性增加，负载流过电流I_o，负载两端输出电压V_o。当i_s>I_o时，电容C处于充电状态。

在MOS管Q5导通时，MOS管Q6截止，由于电感L2中的磁场将改变电感L2两端的电压极性，以维持其电流i_l2连续，这时，MOS管Q5、电容C及电感L2构成续流环路，当i_l1<I_o时，电容C处于放电状态，维持负载电流I_o、电压V_o不变。

反之，当变压器13与电感L2两相连端为高电平时，MOS管Q6导通，其工作原理与MOS管Q5导通时相类似，这里不再赘述。

由上可见，负载输出电压V_o调节是通过PWM控制器输出的占空比可调的PWM控制信号控制MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的导通和截止时间来进行调整。在现有技术中，PWM控制器控制变压器初级侧电路的MOS管，输出电压电流等信号往往需要通过隔离光耦等隔离器件反馈至PWM控制器，再由PWM控制器输出变压器初级侧的PWM控制信号对输出电压进行调节。