[发明专利]复用桥臂的双输出直流-直流变换器

说明书

技术领域

本发明涉及直流-直流变换器，尤其是全桥移相控制直流-直流变换器及半桥频率控制直流-直流谐振变换器。

背景技术

双输出电源可以提供两路独立的可调电压，也可提供正负对称的可调电压，因而得到广泛应用。相对于单管变换结构的双输出电源，桥式结构可以提供更大的功率容量，并且易于以令各功率开关管工作于软开关状态，因而在大功率场合得到了广泛应用。然而，由于桥式结构需要多个功率开关管，成本较高，体积较大，因此，如何有效地利用功率元件，提高器件的利用率，是一个十分有研究价值的问题。

为了提高器件的利用率，引入移相全桥变换器桥臂复用的概念。由于全桥变换器是由两个半桥变换器组合而成，上下管互补导通，且全桥变换器是依靠两个半桥之间的相移来调节输出的，在不影响全桥变换器移相功能实现的前提下，若可以利用其中的各个半桥变换器来实现另一路输出，就可以实现功率开关管的复用，以提高器件的利用率，提高功率密度，降低成本与体积。

名为“一种新型移相全桥软开关变换器”，公开号101202507，公开日2008年6月18日的中国专利申请，是实现上述功率桥臂复用的一个例子。该发明包括第一变压器、第二变压器、整流电路、滤波电路和电容支路、滞后桥臂及超前桥臂。其中电容支路、滞后桥臂和第一变压器原边绕组构成一个半桥拓扑结构；第二变压器的原边绕组、滞后桥臂与超前桥臂构成一个全桥拓扑结构。整流电路、滤波电路依次连接在第一变压器和第二变压器副边绕组之后；两路输出可形成两个独立的输出，也可以串联叠加形成总输出。该发明中的全桥部分以移相控制的方式提供大部分功率；滞后桥臂工作于固定的频率与脉宽，与之相连的第一变压器工作于半桥方式，提供小部分功率。通过合理设计第一变压器的激磁电感，可使其存储的能量足够对滞后桥臂实现零电压开通。两路输出串联叠加成总输出，由于半桥提供的功率只占总输出功率的小部分，因此通过调节全桥的相移，可以在一定范围内调节总输出电压。

该发明工作于固定开关频率，复用了全桥结构中的一个半桥，利用该半桥向负载侧传送一部分功率的同时实现了功率开关管全负载范围内的零电压开关。该发明的缺点是：半桥工作于固定频率与脉宽，因而其传送的功率是恒定的，该路输出电压事实上是不可控的。

名为“一种隔离型多路输出直流-直流变换器”，公开号1790887，公开日2006年6月21日的中国专利申请，是实现桥臂复用的另一个例子。该发明在全桥变换器的第一逆变桥臂中点与电源负端之间接有第一路输出电路，形成一个半桥拓扑结构；在第二逆变桥臂中点与电源负端之间接有第二路输出电路，形成另一个半桥拓扑结构；在第一逆变桥臂与第二逆变桥臂的中点之间接有第三路输出电路，形成一个全桥拓扑结构。该发明工作于固定开关频率，其中第一路输出电压依靠第一逆变桥臂的占空比调节；第二路输出电压依靠第二逆变桥臂的占空比调节；第三路输出依靠第一逆变桥臂与第二逆变桥臂之间的相移来调节。

该发明复用了全桥中的两个半桥，并且得到三路可精确调节的输出。该技术的缺点是：各路输出均处于不对称工作状态，变压器利用不充分；各输出之间互相影响，耦合严重；控制策略涉及占空比与移相之间的配合，实现困难。

发明内容

为了克服上述电路的缺点，本发明提供一种复用桥臂的双输出直流-直流变换器，该变换器可以得到两路输出，且各路输出均精确可调，还可以提高效率与功率密度，并具有简单的控制方式。

本发明提供的复用桥臂的双输出直流-直流变换器，包括第一、第二逆变桥臂及第一、第二输出电路；

所述第一、第二逆变桥臂中的功率开关管均带有反并联二极管，在第一逆变桥臂中，第一功率开关管S₁的漏极与电源正端相连；源极与第二功率开关管S₂的漏极相连；第二功率开关管S₂的源极与电源负端相连；第一功率开关管源极与第二功率开关管漏极之间的连结点作为第一逆变桥臂的中点A；上述的第二逆变桥臂中，第三功率开关管S₃的漏极与电源正端相连；源极与第四功率开关管S₄的漏极相连；第四功率开关管S₄的源极与电源负端相连；第三功率开关管S₃源极与第四功率开关管S₄漏极之间的连结点作为第二逆变桥臂的中点B；

第一路输出电路的第一、第二输入端分别与第一逆变桥臂中点A与第二逆变桥臂中点B连接；第二路输出电路的第一输入端与第二逆变桥臂中点B连接，第二路输出电路的第二输入端与电源负端连接；