[发明专利]具有全桥电路和大调节范围的电源单元

说明书

本发明涉及一种电源单元，该电源单元由至少一个变压器、至少一个全桥电路、次级绕组和放电电路组成，变压器的初级绕组通过所述至少一个全桥电路被连接到直流电压输入(Eingangsgleichspannung)，借助该次级绕组通过桥式整流电路以及输出扼流圈和输出电容器给输出电路加载直流电压输出，所述放电电路由二极管、电容器和电阻器组成，用于减小次级侧的峰值电压。

不同结构形式的电源单元的数目在近几十年急剧增加。同时，对于电源单元提出的要求也增加。在此，低故障率和高效率是最重要的要求。一种广泛流行的结构形式是开关电源单元，该开关电源单元通常比线性电源单元更小和更轻，并且产生更少的损耗热。为了减少在开关电源单元中出现的开关损耗和限制电流峰值或者电压峰值，按照现有技术使用所谓的放电电路(也称为缓冲电路)。因此保护灵敏的开关元件并改善了EMC特性。

这种放电电路通常由电容器以及二极管和/或电感器以及必要时还由电阻器组成。

在被实施为全桥变换器的开关电源单元中，按照现有技术使用放电电路，以便将在整流过程中形成的寄生电压峰值排出到该放电电路(参见图1)。在具有恒定的输入电压和输出电压的全桥变换器中，按照现有技术设计放电电路，以致几乎所有被存储在放电电路的电容器中的能量被引向输出电容器，并且因此没有损失。

对于具有用于连接到例如交变能量发生器(燃料电池、光电元件)的输入电压范围的全桥变换器，设计用于进行电流峰值限制和电压峰值限制的放电电路更困难。在变换器的输出扼流圈中，在通过变压器进行功率传输的时间内建立电压，该电压取决于直流电压输入乘以变压器的变换比与直流电压输出之间的差。该电压接着也供给放电电路，由此放电电路的电容器中的电压上升超过直流电压输出。按照现有技术，通过该电压差，被存储在放电电路的电容器中的能量接着仅通过电阻器消耗，或者通过直流斩波变换器(Tiefsetzsteller)发出给输出电容器。为了保持部件数目和制造成本小，在此通常采用电阻器，并且忽略与其相关联的损耗。

可是，在采用用于交变能源的电源单元时，为了优化总效率，在输入侧设置大调节范围越来越重要。在放电电路的电阻器中损耗的能量于是不再能被忽略。

因此本发明所基于的任务在于，针对开头所提及类型的电源单元给出对于现有技术的改进。

根据本发明，该任务通过一种电源单元来实现，该电源单元由至少一个变压器、至少一个全桥电路、次级绕组和放电电路组成，变压器的初级绕组通过所述至少一个全桥电路被连接到直流电压输入，借助该次级绕组通过桥式整流电路以及输出扼流圈和输出电容器给输出电路加载直流电压输出，所述放电电路由二极管、电容器和电阻器组成，用于减小次级侧的峰值电压，其中设置另一次级绕组、另一桥式整流电路和另一放电电路，借助该另一次级绕组、另一桥式整流电路和另一放电电路，通过输出扼流圈和输出电容器给输出电路加载部分直流电压输出。

通过布置两个次级支路，在输入电压的上临界范围内明显减小了降落在电阻器上的电压差。通过开关过程引起的电压峰值的排出的能量分布在两个放电电路上，并且因此减小电容器在放电电路中的充电。因此，在两个电阻器中损耗较少的能量，并且提高电源单元的效率。

在本发明的一种改进方案中，在此给变压器设置两个次级绕组。在此，采用单个变压器有利地对电源单元的结构大小和制造成本产生作用。

但是，如果给两个变压器都设置有初级绕组和次级绕组，并且这两个初级绕组中的每一个初级绕组都通过全桥电路被连接到直流电压输入，则也是有利的。通过采用两个变压器，电流通过输入扼流圈的电流脉动(Stromrippel)和电流通过输出扼流圈的电流脉动显著更小，这能够显著减小输入侧和输出侧的滤波。

此外，如果由四个开关组成至少一个全桥电路并且设置用于控制开关的电子控制装置，则是有利的。这些开关于是能利用相移调制来控制，其中时滞是可调制的。

此外，将开关构造为晶体管是适宜的，因为在此涉及通用的、故障安全性更高的开关。

下面参考附图举例说明本发明。其中：

图1以示意图示出按照现有技术的具有放电电路的全桥变换器，

图2以示意图示出具有分开的次级绕组的全桥变换器，

图3以示意图示出具有两个变压器的全桥变换器。