[发明专利]一种DC-DC变换器

权利要求书

1.一种DC-DC变换器，其特征在于：包括DC-DC变换器主电 路及其控制电路；

所述DC-DC变换器主电路由串联的多级双管正激DC-DC变换 器构成，每个双管正激DC-DC变换器的输入接入相同的分压电容， 每个分压电容并联相同的电阻；同时每个电容作为双管正激DC-DC 变换器开关管关断时的钳位电容，以实现双管正激DC-DC变换器的 磁复位；每个双管正激DC-DC变换器副边的同名端接快恢复整流二 极管；所述的快恢复整流二极管的阴极接在一起，然后接L、C滤波 回路；正激DC-DC变换器变压器副边所有输出绕组共同使用一个续 流二极管；所有双管正激DC-DC变换器共用一个滤波电感和一个续 流二极管；

所述的控制电路包括主占空比生成调节电路、占空比分裂电路， 占空比组合电路构成；所述主占空比生成调节电路是将输出电压经过 采样和给定参考电压相比较，通过补偿运算以后，得到主输出，该主 输出与锯齿波相比较，生成PWM脉冲；所述占空比分裂电路是将主输 出依次乘以一个K/n，其中n为串联的双管正激DC-DC变换器的数 量，K＜＝n-1，K＞＝1，K的取值根据所乘的串联模块的不同依次增加1， 将相乘以后的结果依次与锯齿波相比较，得到PWM脉冲输出；所述占 空比组合电路就是把主占空比生成调节电路的输出和占空比分裂电 路的输出进行异或运算。

2.根据权利要求1所述的一种DC-DC变换器，其特征在于： DC-DC变换器主电路是基于双管正激DC/DC变换器组合的DC-DC 变换器主电路；由n个串联模块组成，包括n个容量相等的高频无极 性电容C₁～C_n、n个均压电阻R₁～R_n、1个高压直流输入V_in、2n个 MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)S_1a～S_na及S_1b～S_nb、2n个二 极管D_1a～D_na及D_r1～D_rn、n个高频变压器T₁～T_n、1个滤波电感L、1 个输出滤波电容C、1个负载电阻R_o、1个输出电压V_o；其中n为正 整数；其连接关系为：

n个容量相等的高频无极性电容C₁～C_n依次串联，每个高频无极 性电容并接一个均压电阻分别是R₁～R_n，串联以后的高频无极性电容 和高压直流输入V_in并联，串联以后的n个高频无极性电容相当于把高 压直流母线均匀分成n份，每个高频无极性电容的输出接双管正激 DC/DC变换器的输入端；第1个模块的组成为：均压电阻R₁和高频 无极性电容C₁并联，其中R₁、C₁的一端接输入电压V_in的正极，R₁、C₁的另一端接均压电阻R₂和C₂的一端；其中MOSFET S_1a的源极接二极 管D_1a的阴极，同时S_1a的源极接至高频变压器T₁的一端；二极管D_1b的 阳极接MOSFET S_1b的漏极，该点同时接至高频变压器T₁的另一端； 高频变压器T₁副边的同名端，接二极管D_r1阳级，二极管D_r1的阴极 接二极管D的阴极，该点接至滤波电感L的一端，L的另一端接输出 滤波电容C和输出电阻R_o的一端，该端为输出电压V_o的正端，滤波 电容C和负载电阻R_o并联，它们的另一端接至二极管D和高频变压 器T₁副边的另一端；

MOSFET S_1a的漏极接二极管D_1b的阴极，该点接到高频无极性电 容C₁的高电位侧，即输入电源电压V_in的正极；二极管D_1a的阳极接 MOSFET D_1b的源极，同时二极管D_1a的阳极接到高频无极性电容C₁的低电位侧；

同样对于第2个模块，R₂和C₂并联，为该模块的输入， MOSFET S_2a的源极接二极管D_2a的阴极，S_2a的源极同时接至高频变压 器T₂的一端，二极管D_2b的阳极接MOSFET S_2b的漏极，二极管D_2b的 阳极同时接至高频变压器T₂的另一端；MOSFET S_2a的漏极接二极管 D_2b的阴极，S_2a的漏极同时接到高频无极性电容C₂的高电位侧，即 高频无极性电容C₁的低电位侧；二极管D_2a的阳极接MOSFET S_2b的 源极，该点接到高频无极性电容C₂的低电位侧，高频变压器T₂的副 边同名端接二极管D_r2的阳极，D_r2的阴极接至D_r1和D的阴极，高频 变压器T₂的另一端接至输出电压V_o的负端；

同理，串联第3个模块至第n-1个模块；

对于第n个串联模块，R_n和C_n并联，为该模块的输入， MOSFET S_na的源极接二极管D_na的阴极，S_na的源极同时接至高频变压 器T_n的一端，二极管D_nb的阳极接MOSFET S_nb的漏极，S_nb的漏极同 时接至高频变压器T_n的另一端；MOSFET S_na的漏极接二极管D_nb的阴 极，S_na的漏极同时接到高频无极性电容C_n的高电位侧，即高频无极 性电容C_n-1的低电位侧；二极管D_na的阳极接MOSFET S_nb的源极， 该点同时接到高频无极性电容C_n的低电位侧以及输入电压V_in的负 端；高频变压器T_n的副边同名端接二极管D_rn的阳极，D_rn的阴极接至 D_r1和D的阴极，变压器T_n的另一端接至输出电压V_o的负端。

3.根据权利要求1或2所述的-种DC-DC变换器，其特征在于： DC-DC变换器主电路的控制电路包括主占空比生成调节电路、占空 比分裂电路，占空比组合电路构成；所述DC-DC变换器的控制电路 包括1个电压给定Vref；(6n-3)个电阻，分别为：R0a～R(n-1)a、R0b～ R(n-1)b、R0c～R(n-1)c、R1d～R(n-1)d、R1e～R(n-1)e、R1f～R(n-1)f； (2n-1)个运算放大器N0A～N(n-1)A及N1B～N(n-1)B；载波Ca；n个比 较器M0A～M(n-1)A；其连接关系为：

电压给定Vref通过电阻R0a接到运算放大器N0A的反相端； Vof是DC/DC输出电压Vo的采样，该电压通过电阻R0c接到运算放 大器N0A的同相端；电路R0b和电容C0串联分别接到运算放大器 N0A的反相端和输出端，构成比例积分运算；运算放大器N0A的输 出OA和载波Ca进行比较，其中载波Ca接比较器M0A的反相端， 运算放大器N0A的输出OA接比较器M0A的同相端，比较器M0A 的输出为OT0，占空比OT0就是所要求撕裂的对象；运算放大器N0A 的输出OA接电阻R1a，电阻R1a另一端接运算放大器N1A的反相 端2，电阻R1b接在N1A的反相端2上，R1b的另一端接至N1A的 输出端1，电阻R1c一端接到运算放大器N1A的同相端3脚，另一 端接到地；其中R1a＝R1b，R1c值等于R1a和R1b并联的值，运算 放大器N1A的输出端1脚为OA1a，信号OA1a接电阻R1d的一端， 电阻R1d的另一端接运算放大器N1B的反相端6，电阻R1e的一端 也接至该引脚，电阻R1e的另一端接到运算放大器N1B的输出端7 脚，电阻R1f的一端接运算放大器N1B的同相端5，电阻R1f的另一 端接地；通过一个反向比例电路，运算放大器N1B的输出端7脚为 OA1b，信号OA1b接比较器M1A的同相端5，比较器M1A的反相 端4接载波Ca，比较器M1A的输出端2脚的信号为OT1，OT1经过 驱动隔离得到信号S1，两者在相位上是完全同相的，信号S1作为串 联模块1的驱动；同样，运算放大器NOA的输出OA接电阻R2a， 电阻R2a另一端接运算放大器N2A的反相端2，电阻R2b接在N2A 的反相端2上，R2b的另一端接至N2A的输出端1，电阻R2c一端 接到运算放大器N2A的同相端3脚，另一端接到地；其中R2a＝R2b， R2c值等于R2a和R2b并联的值，运算放大器N2A的输出端1脚为 OA2a，信号OA2a接电阻R2d的一端，电阻R2d的另一端接运算放 大器N2B的反相端6，电阻R2e的一端也接至该引脚，电阻R2e的 另一端接到运算放大器N2B的输出端7脚，电阻R2f的一端接运算 放大器N2B的同相端5，电阻R2f的另一端接地；通过一个反向比例 电路，运算放大器N2B的输出端7脚为OA2b，信号OA2b接比较器 M2A的同相端5，其反相端4接载波Ca，比较器M2A的输出端2 脚的信号为OT2，OT2与OT1的信号异或，得到信号K1，信号K1 通过驱动以后得到信号S2；对于模块3的驱动，运算放大器NOA的 输出OA接电阻R3a，电阻R3a另一端接运算放大器N3A的反相端2， 电阻R3b接在N3A的反相端2上，R3b的另一端接至N3A的输出端 1，电阻R3c一端接到运算放大器N3A的同相端3脚，另一端接到地； 其中R3a＝R3b，R3c值等于R3a和R3b并联的值，运算放大器N3A 的输出端1脚为OA3a，信号OA3a接电阻R3d的一端，电阻R3d的 另一端接运算放大器N3B的反相端6，电阻R3e的一端也接至该引 脚，电阻R3e的另一端接到运算放大器N3B的输出端7脚，电阻R3f 的一端接运算放大器N3B的同相端5，电阻R3f的另一端接地；通过 一个反向比例电路，运算放大器N3B的输出端7脚为OA3b，信号 OA3b接比较器M3A的同相端5，其反相端4接载波Ca，比较器M3A 的输出端2脚的信号为OT3，OT3与OT2的信号异或，得到信号K2， 信号K2通过驱动以后得到信号S3；对于第(n-1)个模块的驱动，其驱 动信号产生如下：运算放大器NOA的输出OA接电阻R(n-1)a，电阻 R(n-1)a另一端接运算放大器N(n-1)A的反相端2，电阻R(n-1)b接在 运算放大器N(n-1)A的反相端2上，R(n-1)b的另一端接至运算放大 器N(n-1)A的输出端1，电阻R(n-1)c一端接到运算放大器N(n-1)A 的同相端3脚，另一端接到地；其中R(n-1)a＝R(n-1)b，R(n-1)c值等 于R(n-1)a和R(n-1)b并联的值，运算放大器N(n-1)A的输出端1脚 为OA(n-1)a，信号OA(n-1)a接电阻R(n-1)d的一端，电阻R(n-1)d的 另一端接运算放大器N(n-1)B的反相端6，电阻R(n-1)e的一端也接 至该引脚，电阻R(n-1)e的另一端接到运算放大器N(n-1)B的输出端 7脚，电阻R(n-1)f的一端接运算放大器N(n-1)B的同相端5，电阻 R(n-1)f的另一端接地；通过一个反向比例电路，运算放大器N(n-1)B 的输出端7脚为OA(n-1)b，信号OA(n-1)b接比较器M(n-1)A的同相 端5，其反相端4接载波Ca，比较器M(n-1)A的输出端2脚的信号 为OT(n-1)，OT(n-1)与OT(n-2)的信号异或，得到信号K(n-2)，信号 K(n-2)过驱动隔离放大以后得到信号S(n-1)；对于第n个模块的驱动， OT(n-1)与OT0的信号异或，得到信号K(n-1)，信号K(n-1)过驱动隔 离放大以后得到信号Sn。