[发明专利]具有消除环流功能的双电路、多电路输入串联交错型开关电源装置

说明书

具有消除环流功能的双电路、多电路输入串联交错型开关电源装置，属于开关电源技术领域，本发明为解决目前基于变压器集成的输入串联交错型直流变换器存在的串联电路间存在环流以及串联电路数量难以增加的问题。本发明所述具有消除环流功能的双电路输入串联交错型开关电源装置，所述输入串联交错型开关电源装置是由两个正激式开关电路构成的双开关正激式电路，两个正激式开关电路的输入电源串联，每个正激式开关电路具有两个开关管和两个箝位二极管；在每个正激式开关电路的环流产生回路上串入电压源，所述电压源用于抵消环流。具有消除环流功能的多电路输入串联交错型开关电源装置，包括所述具有消除环流功能的双电路输入串联交错型开关电源装置。

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，具体涉及双电路、多电路输入串联交错型开关电源装置的消除各串联电路间环流技术。

背景技术

目前，各种高压输入场合逐渐增多，受器件电压等级等因素的限制，如何有效地降低各开关器件的电压应力一直是高压变换器设计过程中的难点。为了解决高压变换器电压应力高的问题，人们经常采用将多个电路在输入侧串联的形式来分担高压。

对于输入串联型变换器而言，其关键任务是实现各串联电路的输入均压。目前，关于各种均压控制方法的研究比较多，但如采用已有的各种控制方法，必然要增加一个高精度的控制器，这无疑增加了控制环节的复杂程度，降低了变换器的可靠性。

除了各种均压控制方法的研究，近年来，人们还对一些可实现自然均压的输入串联型变换器进行了研究。在这些自然均压的输入串联型变换器当中，基于变压器集成的输入串联交错型变换器具有明显的优势，主要体现在：(1)2个串联电路可实现输入电压的近似均分，降低了每个串联电路实际承受的电压值；(2)2个串联电路交错工作，使得集成变压器双向励磁，提高了变压器磁芯的利用率，降低了变压器磁芯体积；(3)集成变压器的采用，很容易实现变换器的多路输出。

如图1(a)所示为目前已有的基于变压器集成的输入串联交错型直流变换器。该变换器由2个输入串联电路构成，2个串联电路共用1个集成变压器T。其中：U_i为直流输入电压，U_i1、U_i2为各串联电路的输入电压，C_i1、C_i2(C_i1＝C_i2)为各串联电路输入侧的滤波电容，S₁₁、S₁₂、S₂₁、S₂₂为电路的开关管(一般为电力MOSFET开关管)。在集成变压器T中，2个原边绕组具有相同的匝数n_p，2个副边绕组也具有相同的匝数n_s，图中各绕组上的“黑点”表示变压器各绕组的同名端对应关系。在输出回路中，D_o1、D_o2为输出整流二极管，L_f为输出滤波电感，C为输出滤波电容，R为变换器负载，U_o为直流输出电压。

图1(a)所示的每个串联电路内部的开关管(S₁₁、S₁₂或者S₂₁、S₂₂)同时开关工作，每个串联电路交错开关工作，即，S₁₁、S₁₂与S₂₁、S₂₂的开关时序互补，如图1(b)所示。

在变换器的运行过程中，如果2个串联电路的输入完全均压(U_i1＝U_i2＝U_i/2)，则当开关管S₁₁、S₁₂导通，S₂₁、S₂₂关断时，串联电路1(即图中输入电压为U_i1的串联电路)通过集成变压器向输出侧传递能量，当开关管S₁₁、S₁₂关断，S21、S₂₂导通时，串联电路2(即图中输入电压为U_i2的串联电路)通过集成变压器向输出侧传递能量。如图2所示。