[发明专利]电流调节型隔离式直流-直流变换器

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及隔离式直流-直流变换器拓扑结构。更具体地说，本发明涉及一种新高性能低价格的电流调节型隔离式直流-直流变换器。

背景技术

在相当多的直流-直流变换器应用中，由于应用环境的要求，往往需要隔离直流-直流变换器的输入和输出；通常是由开关变压器来完成。在一些应用中，由于输入与输出电压比太大，为了增加直流-直流变换器的效率，通常使用高频开关变压器的匝比来使直流-直流变换器工作更优化，从而使直流-直流变换器的效率能有所相应地提高。在中小功率隔离式直流-直流变换器应用中，反激式和正激式是主要的功率拓扑电路结构。这些功率拓扑电路结构能使系统由比较少的元件组成，但各元件所承受的电压和电流应力是相当大的。

在反激式中，由于仅当直流-直流变换器开关变压器的原边开关关断时，直流-直流变换器的开关变压器向其付边的负载输出能量。为此，开关变压器原付边的元件必须承受相当大的电压和电流应力。并由于输出能量是断续传输，这使的反激式直流-直流变换器的调节特性比较差，而难以迅速响应输入电压及输出负载的变化。

在正激式中，如图1所示，由于开关变压器磁场的复位要求，通常使得开关变压器的原边开关的导通占空比小于50％，以防止开关变压器进入饱和。又由于开关变压器磁场复位要求，这使得开关变压器的原边开关所承受的电压应力是其输入电压的两倍。由于占空比的限制，正激式的输入电压变化范围比较小。这对宽输入电压Vin应用场合而言，正激式直流-直流难以胜任。

在多路精确电流源输出应用中，如发光二极管照明应用，反激式和正激式功率拓扑电路结构难以实现低成本高性能功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有高性价比性能的电流调节型隔离式直流-直流变换器，该变换器从降压式电流型直流-直流变换器出发，加上了开关变压器的隔离作用；该变换器保持其元件的电压应力，并扩展其调节占空比至100％。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电流调节型隔离式直流-直流变换器，其包括降压开关SA，续流二极管DA，降压电感L，开关S，箝位电路Vc，隔直电容Cd，输出二极管D3和D4，输出滤波电容C，输出负载R和开关变压器T；降压电感L的一端与降压开关SA及续流二极管DA相连，另一端与开关S相连；开关S的另一端与续流二极管DA相连；开关变压器的原边绕组与隔直电容Cd串连；这开关变压器的原边绕组与隔直电容Cd串连的支路与开关S并联；续流二极管DA和降压开关SA串连并与输入电源Vin相连；箝位电路Vc与开关S并联；开关变压器的两个付边绕组与输出二极管D3和D4构成全波整流电路；输出滤波电容C与输出负载R并联。

在本发明中：开关S以50％占空比导通。开关变压器的原边绕组流入相应于降压电感L电流的交变电流，开关变压器的付边经输出二极管D3和D4交互导通，以开关变压器原付边匝比固定比例输出电感电流到负载。

在本发明中：降压开关SA的占空比动态调节范围为0～100％。

在本发明中：开关S以50％占空比导通。

在本发明中：S、D3和D4的电压应力独立于输入电压Vin，且由输出电压Vo和开关变压器原付边匝比决定。

在本发明中：降压开关SA和续流二极管DA的电压应力是输入电压Vin。

在本发明中：SA、DA、和S电流应力是由输出电流Io和开关变压器原付边匝比决定的。

在本发明中：在大电流输出应用中，输出二极管D3和D4分别用同步整流管MOSFET S3和S4替换。

综上所述，本发明提出了一种复合功率拓扑结构；它由降压电流调节结构和50％占空比的开关变压器直流-直流变压器组成。

本发明的优点是功率开关S的电压应力是独立于输入电压Vin。功率开关S和输出整流二极管D3、D4的电压应力是由输出电压Vo和开关变压器T原付边匝比决定的。功率开关S的电流应力是由输出电流Io和开关变压器T原付边匝比决定的。

本发明的另一个优点是开关变压器T是可工作于第一和第三象限没有直流偏磁，不像正激式直流-直流变换器的开关变压器仅仅工作于第一象限而有直流偏磁。这使得开关变压器T的几何尺寸比正激式直流-直流变换器的开关变压器的几何尺寸小一倍。

本发明的再一个优点是：开关S工作于50％占空比。正因为50％占空比可以以低成本自激振荡驱动方式驱动。

本发明的优点是：降压开关SA的占空比可以从0％到100％的动态调节范围。本发明的高性价比电流调节型隔离式直流-直流变换器的动态调节性能与通常降压直流-直流变换器的动态调节性能相近。