[发明专利]高效率反激式DC-DC转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种DC-DC转换器，具体的是涉及一种 利用电感和电容等元件作为储能元件完成电压转换功能 的高效率反激式DC-DC转换器。

背景技术

DC-DC转换器 最小系统由只有一个开关，一个变压器，一个二极管和两个电容（一个在输入端口和第二个在输出端口）组成。低输出电压的转换器，整流二极管正向压降的传导损耗成为主导损失，这种损失在某些情况下可以达到50％的总功率损耗；已知的反激式转换器的基本原理图如图1所示，用具有低的导通电阻的M 定的输出电压是恒定的频率控制信号。对输出电路来说，由变压器2的次级绕组3 提供一个极性交替电压，在主开关S1的开关的关断周期中，同步整流器S2耦合一个输出电路，该输出电路由一个负载Ｒ和滤波电容器Ｃ并联组成 ；同步整流器S2接收通过一个反相器4的控制信号Vc（S2）。其缺点是： 该反激式DC-DC转换器工作在CCM、DCM或临界导通模式下，都不可避免存在主开关S1和同步整流器S2交叉传导过程中功率损耗或同步整流器S2中二极管反向恢复所导致的损耗。

 浙江大学申请的发明专利零电压开关反激式直流-直流电源转换装置， 包括一个反激电路， 反激电路设有一个箝位电路， 箝位电路包括一个辅助开关，一个电容以及一个辅助二 极管， 辅助开关与 辅助二极管并联 辅助开关与 电容 串联组成辅助支路，辅助支路并联在反激电路的变压器原边绕组两端或并联在原边开关两端， 原边开关与辅助开关不是互补工作的，辅助开关仅在原边开关导通前导通一段时间，在 原边 开关导通时，原边开关承受的电压接近为零。

该发明有一定局限性，主要是降低主开关的电源损耗，不能实现降低MOSFET二极管在闭合、断开时的损耗，故其反激式DC-DC转换器只有在空载或轻载的条件下，才能实现高效率的输出。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，而提出的一种可以消除 由交叉传导和反向恢复引起的损耗，提高DC-DC转换器效率的高效率反激式DC-DC转换器。

本发明的技术解决方案是：高效率反激式DC-DC转换器 包括变压器， 连接在变压器 初级绕组 回路中的 串联连接的主开关S1和输入电压源，连接在变压器 次级绕组 回路中的同步整流器S2和输出负载R以及为输出电路滤波的电容C，其特征是：在主开关S1的一个输入 端与同步整流器S2 的一个输入 端之间连接有一个数字控制电路 。 

本发明的技术解决方案中所述的数字控制电路 包括第一、第二比较器 ，两个双稳态电路 和与门逻辑电路 ，第一比较器的输出端接一个双稳态电路 的R输入 端 ,第二比较器 的输出端接另一个双稳态电路 的R输入 端， 第一比较器正极输入端连接在变压器 次级绕组 的两端，负极端连接一个电压值通常为0的电压信号Ｖｒｅｆｌ；第二比较器 正极输入端连接在变压器 次级绕组 回路中同步整流器Ｓ２的两端，负极端连接一个电压值通常为0的电压信号Ｖｒｅｆ２，两个双稳态电路 的S输入 端通过反相器 接与门逻辑电路 的一个输入 端，一个双稳态电路 的Ｑ输出 端接与门逻辑电路 的一个输入端，另一个双稳态电路 的非Q输出端接与门逻辑电路 的一个输入端。 

本发明的技术解决方案中所述的两个双稳态电路 均是RS触发电路。 

本发明的高效率反激式DC-DC转换器，采用数字控制电路替换 现有技术的反激式DC-DC转换器 的驱动电路对同步整流器驱动，能保证极性交替电压信号和主开关电压信号控制同步整流器闭合和断开；相对于已有的反激式DC-DC转换器电路 ，本发明消除了主开关 和同步整流器 交叉传导过程功率损耗，提高了反激式转换器的效率。

附图说明

图1是已有技术的电原理图。

图2是本发明的电原理图。

 图3是图2中数字控制电路的电原理图。

具体实施方式

如图2、3所示，变压器2的初级绕组1通过 主开关S1与 输入电源Vin 连接，变压器2次级绕组3的输出端通过同步整流器S2与一个负载R 和滤波电容器C 并联电路耦合，在主开关S1的一个输入端与同步整流器S2 的一个输入端之间连接有一个数字控制电路4；数字控制电路4包括第一、第二比较器5、6 ，两个双稳态电路 8、9和与 门逻辑电路10；第一比较器 5 的输出端接双稳态电路 8 的R输入 端 , 第二比较器６的输出端接双稳态电路９ 的R输入 端；第一比较器5正极输入端连接在变压器２次级绕组3的两端电压 ，由变压器２次级绕组3的极性交替为第一比较器5提供电压（Vs+~Vs-），第一比较器5的负极端连接一个电压值通常为0的电压信号Ｖｒｅｆｌ；第二比较器6正极输入端接变压器２次级绕组3回路中同步整流器Ｓ２两端电压VA-B，第二比较器6负极端连接一个电压值通常为0的电压信号Ｖｒｅｆ２；两个双稳态电路 8、9的S输入 端通过反相器7接与 门逻辑电路10的一个输入 端，双稳态电路 8　的Ｑ输出 端接与 门逻辑电路10的一个输入端 ，双稳态电路９的非Q输出端接与 门逻辑电路10的一个输入端，两个双稳态电路 8、9均是RS触发电路；工作原理：数字控制电路4的输出信号Vc（S2）用来打开和关闭同步整流器S2，主开关S1控制信号Vc（S1）通过反相器7连接输入到与门逻辑电路10中；主开关S1控制信号Vc（S1）也作为双稳态电路8、9的S输入端；与门逻辑电路10为同步整流器S2提供控制信号Vc（S2）；该电路的主要特点是：同步整流器S2的开启信号由变压器２次级绕组3上的极性交替电压（Vs+~Vs-）提供，同步整流器S2的闭合信号由变压器２的初级回路主开关控制信号Vc（S1）提供。主开关S1和同步整流器S2交叉传导过程使功率损耗消除。