專利名稱：隔離開關調節變壓器波段疊加整流輸出電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及模擬電子技術DC/DC變換器技術。
背景技術：
隨著DC/DC變換器應用范圍越來越廣泛，對DC/DC變換器適用范圍的要求也越來越寬廣。寬輸入電壓范圍的DC/DC變換器越來越受到市場用戶的歡迎。傳統的PWM (脈寬調制)型DC/DC變換器，采用固定匝比的變壓器，適用的輸入電壓范圍一般為一倍電壓，譬如9V 18V，或者18V 36V，或者36V 72V，如此類推。其變換器以及整流電路，見說明書附圖1。“寬輸入電壓范圍”的DC/DC變換器，要求輸入電壓范圍更寬，譬如9V 36V，或者 9V 72V，等等。這樣以來，傳統的PWM型DC/DC變換器由于受到脈寬調制范圍限制，在極限狀態(當輸入電壓處于低端而負載最重時，或輸入電壓處于高端而空載時)，DC/DC變換器脈寬調制將工作于不穩定的極限窄脈沖(接近0% )或寬脈沖(接近100% )狀態，甚至超出PWM控制范圍，導致電壓跌落或過壓的不穩壓狀況，無法正常工作。為了解決寬輸入電壓范圍問題，一般會使用兩種方案方案1 級聯方案，即兩級DC/DC變換器電路級聯。前級是升壓型DC/DC變換器。正常輸入電壓范圍時，前級直通(一般有一個二極管的壓降)，不工作；當輸入電壓到達低端范圍時，前級啟動升壓，使后級DC/DC變換器能夠工作在正常輸入電壓范圍，保證穩壓輸出。當然，類似地，還有降壓型前級的級聯方案，或者混合型級聯方案。該方案的缺點，就是DC/DC變換效率低，即使兩級DC/DC變換器效率都達到90%， 總的輸出也只有8I% (90% X90%)。方案2 變壓器繞組分段輸出的方案，即根據輸入電壓范圍變化波段，變壓器繞組分段接通的解決方案。主要是開關控制變壓器繞組分段輸出，見說明書附圖2。該方案解決了效率問題，但也有一個致命缺點，就是開關轉換瞬間伴隨有電壓跳變。跳變原因，就是轉換開關有一個斷開一閉合的過程。在這個過程中，在斷開以后， 閉合以前，實際還存在了一個完全斷開的中間狀態。在這個完全斷開的中間狀態中，PWM控制也處于失控狀態。結果，在斷開瞬間和閉合瞬間，造成脈寬劇變，形成輸出電壓跳變。另外，開關結構復雜，體積大，不利于組裝成微型DC/DC變換器，也是一個缺點。

實用新型內容本實用新型的目的是克服現階段寬輸入范圍DC/DC變換器方案的不足，提供一種隔離開關調節變壓器波段疊加整流輸出電路，無跳變、高效、可靠、微型并可實現寬輸入電壓范圍的DC/DC變換器。本實用新型的目的主要是通過下述技術方案得以實現的一種隔離開關調節變壓器波段疊加整流輸出電路，其特征是變壓器備用繞組與隔離開關和備用整流二極管串聯， 然后與整流二極管并聯，同時也與變壓器基礎繞組形成串聯；通過隔離開關調節變壓器分段整流輸出。其中變壓器備用繞組、隔離開關和備用整流二極管三者的串聯順序可以任意改變。其中變壓器備用繞組也可以有兩個或兩個以上。其中隔離開關利用光伏器件、電子繼電器或光控開關組成。本實用新型具有如下優點優點1 效率高。相對于級聯式解決方案，本實用新型利用用變壓器波段控制，實際也只是單級DC/ DC變換器，保證了寬輸入范圍的情況下DC/DC變換器的轉換效率。優點2 無電壓跳變現象寬輸入范圍DC/DC變換器用隔離開關調節變壓器波段疊加整流輸出電路，是在輸入電壓轉換到更大范圍時，開關只有一個斷開(轉入高壓范圍時)或者閉合(轉入低壓范圍時)的過程，就是說，只有一個單向開(或關)狀態的轉換過程，而不是先斷開，再閉合的兩個狀態轉換過程。這樣，就避免了傳統的斷開一閉合的控制過程中存在的完全斷開的中間狀態。由于沒有完全斷開的中間狀態，PWM能夠持續閉環控制，就避免了電壓跳變現象。優點3 具有很高的可靠性與穩定性由于能夠根據根據輸入電壓波段范圍變化調整變壓器繞組(匝比)，DC/DC變換器能夠工作于PWM控制的合適范圍，從而保證了工作的可靠性與穩定性。優點4 能夠實現微型組裝，使DC/DC變換器體積小、重量輕。利用光伏器件組成了一種簡單有效的隔離型變壓器繞組波段控制開關。與一般 DC/DC變換器相比，在增加了輸入范圍的情況下，該方案僅僅增加了兩個元件，增加了變壓器備用繞組，對DC/DC變換器體積影響不大。如果利用混合集成電路工藝，仍然能夠實現微型組裝，達到體積小、重量輕的目的。優點5 實現變壓器多波段控制。增加變壓器備用繞組，能夠實現三波段或更多變壓器波段控制，使DC/DC變換器產品能夠適應更大的輸入電壓范圍。見說明書附圖5。

圖1是一般常見的PWM型DC/DC變換器的變壓器次級整流輸出模式。圖2是常用開關控制變壓器繞組分段輸出電路。圖3是本實用新型隔離開關調節變壓器波段疊加整流輸出電路。圖4是利用光伏器件組成的一種簡單有效的隔離型變壓器繞組波段控制開關。圖fe是本實用新型合理推定開關控制變壓器三波段整流輸出電路。圖恥是本實用新型合理推定開關控制變壓器波段疊加整流輸出電路。
具體實施方式
[0037]下面通過實施例，并結合附圖，對實用新型作進一步地描述。參見說明書附圖3。本方案利用整流二極管Dl的單向導通特性，賦予該Dl 二極管新的功能。變壓器備用繞組及其串聯的備用二極管D2，通過開關Sl (譬如光控隔離開關)與Dl 二極管形成并聯關系，而同時也與變壓器基礎繞組形成串聯關系。需要時，譬如寬輸入電壓轉入低壓范圍時，閉合開關Si，變壓器備用繞組N2與原始繞組m串聯疊加，輸出次級繞組變多，也就是改變了變壓器匝比，DC/DC變換器的PWM調制脈寬將回落進入合理范圍。注意，所謂“合理范圍”，是指在任何情況下，包括當輸入電壓處于最低端而負載最重時，或輸入電壓處于最高端而空載時，PWM控制器都能夠穩定正常工作的調制脈寬范圍，通常在10% 90%。當然。有些PWM器件本身的調制脈寬范圍為0 50%，則其合理范圍通常為5 45%。我們知道，工作脈沖波形，可以分解為高電平(正向)階段和低電平(反向)階段。在正向階段時，變換器串聯疊加的次級繞組通過二極管D2向負載供電。此時，備用繞組的正向電壓使Dl反偏，不導通，Dl不再有整流作用，該整流功能由二極管D2完成。而反向時，電感Ll通過二極管D3向負載供電(所謂續流階段)，D2又不導通，因此，也不會產生備用繞組短路的問題。如此以來，本方案就成功地消除了變壓器繞組分段輸出方案的弊端，即消除了斷開一閉合過程的斷開階段，只有一個閉合(轉入低壓范圍時)或斷開(轉入高壓范圍時) 過程的轉換方案，這個單向開關轉換的過程中，由于Dl的存在，PWM處于持續受控狀態。注意，上述過程是正激式D⑶C變換器的情況。反激式的情況可以類推。應用本實用新型的隔離開關調節變壓器波段疊加整流輸出電路方案，組成的寬輸入范圍DC/DC變換器原理電路圖，見說明書附圖6。采用厚膜混合集成電路工藝組裝的DC/DC變換器具體參數1輸入電壓范圍8V 50V ；2輸出電壓12V3輸出電流3A4 輸出紋波50mV;5電壓調整率50mV ；6負載調整率IOOmV ；7 效率90%;8 外觀尺寸49 X 34X IOmm權利要求1.一種隔離開關調節變壓器波段疊加整流輸出電路，其特征是變壓器備用繞組(N2) 與隔離開關(Si)和備用整流二極管(D2)串聯，然后與整流二極管(Dl)并聯，同時也與變壓器基礎繞組(Ni)形成串聯；通過隔離開關(Si)調節變壓器分段整流輸出。
2.如權利要求1所述的隔離開關調節變壓器波段疊加整流輸出電路，其特征是變壓器備用繞組(擬)有兩個或兩個以上。
3.如權利要求1所述的隔離開關調節變壓器波段疊加整流輸出電路，其特征是變壓器備用繞組(N2)、隔離開關(Si)和備用整流二極管(擬)三者的串聯順序可以任意改變。
4.如權利要求1所述的隔離開關調節變壓器波段疊加整流輸出電路，其特征是隔離開關(Si)利用光伏器件、電子繼電器或光控開關組成。
專利摘要本實用新型提供了隔離開關調節變壓器波段疊加整流輸出電路，利用DC/DC變換器整流二極管的單向導通特性，賦予其新的功能，將變壓器備用繞組及其串聯的備用二極管，通過隔離開關與原整流二極管形成并聯關系，而同時也與變壓器基礎繞組形成串聯關系，從而能夠在需要時改變輸出匝數，使DC/DC變換器能夠適應更寬輸入電壓范圍的要求。本實用新型解決了現階段寬輸入范圍DC/DC變換器方案在效率、可靠性和穩定性方面的不足，提供了一種無跳變、高效可靠的隔離開關調節變壓器分段整流輸出技術方案。
文檔編號H02M7/30GK202197228SQ20112033438
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月7日 優先權日2011年9月7日
發明者姜耀升, 毛國華, 胡元 申請人:陜西華經微電子股份有限公司