[实用新型]一种宽范围变换器

说明书

本实用新型涉及高频开关电源。一种宽范围变换器，包括一变压器，变压器的原边侧设有一输入电容Cin，宽范围变换器的输入电压Vin施加在Cin两端；变压器的原边侧还设有一个开关管S1与开关管S2串联构成的半桥电路，并且半桥电路连接在输入电容Cin两端；变压器的原边侧还设有一个电感Ls、激磁电感Lm、与电容Cb依次串联构成的谐振回路，谐振回路的两端分别连接到半桥电路的中点A和输入的地线B；变压器的副边侧的绕组通过一个二极管D连接到输出电容Co，在Co两端得到宽范围变换器的输出电压Vo。本实用新型适合宽输出范围的软开关电路拓扑，该电路的输出调节关系是线性的。

技术领域

本实用新型涉及高频开关电源，尤其涉及直流变换器。

背景技术

高频开关电源中的DC-DC变换器一般分为脉冲宽度(PWM)调节模式和变频谐振(Resonant)调节模式。这两种调节模式各有其优缺点，脉冲宽度调节模式的输出电压与占空比成线性关系，具有较宽的调节范围，在输入或输出需要较大范围调节时，这种电路具有很好的调节性能，但是这种调节模式的变换器很难在全电压范围内实现软开关，特别是在宽输入电压范围的情况下有较大的开关损耗；变频谐振式的电路是依靠谐振回路的阻抗来调节输出电压，很容易实现功率器件的零电压开通(ZVS)或零电流关断(ZCS)，即软开关工作条件，但它的输出调节关系是非线性的，往往只在一个很小的范围内起作用，不适合宽输入或输出范围的调节。

在很多应用场合，往往需要兼容较宽的输入电压，比如通讯设备要兼容12V、24V和48V多种直流输入电压，交流供电的设备要兼容110V、220V、380V等多种供电情况，往往要求一些DC-DC变换器的设计需要兼容3～4倍甚至更高的输入电压范围，比如18～75V输出，200～800V输入等等，这就需要一个适合宽输入电压范围的变换拓扑。

另外一个技术难题是高压器件的选择，常规开关器件(MOSFET)耐压在500～600V，800V甚至更高耐压的器件性能往往比较差，特别是开关特性上比低压器件差很多。如何将低压器件使用在高压环境中是一个很有价值的工作，有一些诸如三电平桥式电路，开关串联技术等能够解决这个问题，但电路往往比较复杂，需要引入一些辅助电路或控制方式；如果采用变换器输入侧直接串联的方式，又会面临空载时输入电压平衡的问题，只有当副边采用同步整流的情况下，这种方案可以取得比较好的效果，能够实现原边电压的自动平衡。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种宽范围变换器，以解决上述至少一个技术问题。

一种宽范围变换器，包括一变压器，其特征在于，所述变压器的原边侧设有一输入电容Cin，宽范围变换器的输入电压Vin施加在Cin两端；

所述变压器的原边侧还设有一个开关管S1与开关管S2串联构成的半桥电路，并且所述半桥电路连接在输入电容Cin两端；

所述变压器的原边侧还设有一个电感Ls、激磁电感Lm、与电容Cb依次串联构成的谐振回路，所述谐振回路的两端分别连接到半桥电路的中点A和输入的地线B；

所述变压器的副边侧的绕组通过一个二极管D连接到输出电容Co，在Co两端得到宽范围变换器的输出电压Vo；

所述电感Ls的电感值小于所述激磁电感Lm的电感。

本实用新型适合宽输出范围的软开关电路拓扑，本专利所揭露的电路拓扑结合了半桥电路和反激电路的特点，原边是一个半桥电路，上下开管互补控制，以方便实现原边开关的ZVS，变压器的原边引入了谐振元件，采用谐振方式传递能量，同时通过适当的参数选择，使得输出电压的调节关系正比于输入电压和占空比，输出是一个简单的二极管整流模式，它的连接特点是二极管在占空比D的时间内截止而在1-D的时间内导通。类似于反激电路，变压器的激磁电感必需提供一定的激磁电流，以实现功率的传递，并实现原边开关的ZVS，不同于反激电路，该电路的输出调节关系是线性的。