[发明专利]一种链式大功率降压直流变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子功率变换技术领域，具体涉及一种链式大功率降压直流变换器及其控制方法。 

背景技术

目前国内外降压开关电源的电路常用的有BOOST降压电路和基于反激的降压电路拓扑等。

BOOST降压电路的主电路图如图1所示，工作原理是：输入电源通过功率开关管（Q）的通断将储能电感（L）储能并与输入电压叠加后经快恢复隔离二极管（D）传递给输出电容（C），完成降压过程。

基于反激降压拓扑主电路图如图2所示，当开关管（Q）导通时，变压器B的初级线圈储能，当开关管截止时初级储能再经高频变压器耦合给次级，通过初次级匝比设计，实现降压过程。高频变压器在初次级耦合过程中有能量损失，会降低整机效率。

无论是BOOST降压电路还是反激拓扑降压电路都是单支功率管的电路结构，即便是可以采用多支功率管并联的形式，但由于并联功率管之间的均流及功率管自身的正温度系数特性等因素不同，在实际使用中难以扩充功率，因此这两种电路通常最大只能输出几百瓦的功率，难以满足市场对大功率降压电源的需求。

两者都是通过初级电感储能后再进行能量传递，目前磁性材料及导磁率等方面的限制，使得储能电感及反激变压器的磁材尺寸较大，磁材利用率较低，整体功率密度较低，产品在极限应用时易出现磁材饱和并导致电路损坏情况。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种链式大功率降压直流变换器及其控制方法，以解决传统的降压式直流变换器的输出功率低、体积大、故障模式危害负载的弊端。

为了实现上述发明目的，本申请提供了以下技术方案：

一种链式大功率降压直流变换器，包括电压输入端、电压输出端，储能电感L、输出电容C，所述电路还包括第一功率开关MOS管Q1、第二功率开关MOS管Q2，无耦合高频链式降压变压器B，第一输出快速恢复二极管D1，第二输出快速恢复二极管D2，其中，电压输入端与无耦合高频链式降压变压器B连接，无耦合高频链式降压变压器B与第一功率开关MOS管Q1、第二功率开关MOS管Q2、第一输出快速恢复二极管D1和第二输出快速恢复二极管D2连接，储能电感L与第一输出快速恢复二极管D1、第二输出快速恢复二极管D2和输出电容C连接。

其中，所述变换器采用大功率输出的双管驱动结构，每支开关管占空比为0-50%。

其中，所述无耦合高频链式降压变压器B采用双线并绕或者抽头输出的绕线方式，磁芯无气隙。

其中，用第一MOS管P1替代第一功率开关MOS管Q1，第二MOS管P2替代第二功率开关MOS管Q2。

其中，电路主控芯片采用TL494，所述TL494工作频率设定为280KHz，所述变压器B选用EE55磁芯，所述Q1、Q2选用IPP05CN10L，所述D1、D2选用MUR3020。

一种变换器的控制方法，输入电源正端从无耦合高频链式降压变压器B的a脚输入， 由b、c 脚分别经Q1、Q2流回输入负端；输入电源正端从无耦合高频链式降压变压器B的a脚输入，由d、e 脚降压后分别经D1、D2整流，L、C滤波，再依次经输出负载正端、负端流回输入的负端。

其中，当Q1导通，Q2截止，高频变压器电流方向由a到b，D2导通，为L、C储能滤波，提供输出电压，输出电压＝K×D×Vin，由于匝数比K＞1，因此输出电压较输入电压高。

  其中，当Q1截止，Q2导通，高频变压器电流方向由a到c，D1导通，为L、C储能滤波，提供输出电压。

其中，为了避免Q1、Q2同时导通，导致输入端“短路”，在Q1、Q2交替导通间隔内设置了死区时间，即Q1、Q2在死区时间内需同时截止。

其中，高频变压器随Q1、Q2的导通和截止交错驱动双极性磁极化工作，为输出提供降压电压值。

“链式大功率降压直流变换技术”创造了“互为交错增功率驱动”、“无耦合高频链式降压变压器”的全新电路拓扑。“链式大功率降压直流变换技术”的原理框图如图3。

该拓扑的原理图中，“互为交错增功率驱动”建立了大功率输出的双管驱动结构，以交错导通的方式每支开关管占空比为0-50%，此电路拓扑结构，使输出功率比单管电路拓扑的输出功率提升了一倍。