[发明专利]一种正激式开关电容调节器

说明书

技术领域

本发明涉及一种正激式开关电容调节器，属电能变换装置的直流变换器技术领域。

背景技术

随着通讯技术和计算机的快速发展，中央处理器(CPU)运算速度越来越快，这就要求为其供电的电压调节模块(Voltage regulator modular, VRM)的输出电压越来越低，输出电流越来越大，且需要具有很高的动态特性。为了满足下一代CPU的要求，VRM的输出电压降低到接近1V，甚至1V以下，输出电流将超过130A，且动态电流上升率将达到2A/ns。

目前绝大部分VRM采用的拓扑是多相交错Buck变换器。为了满足CPU对动态能量越来越高的要求，如果保持开关频率不变，那输出滤波电容将大大增加。而输出滤波电容的增加，不但增加了成本还降低了功率密度。如果提高开关频率，输出滤波电容可以减少，这样成本降低，功率密度得到提高。但是，当开关频率升高时，虽然导通损耗变化不大，但开关损耗、驱动损耗和同步整流管(synchronous rectifier, SR)体二极管的损耗会增加，从而导致效率降低。

自驱动ZVS非隔离全桥DC/DC变换器与传统两相Buck变换器相比，具有以下优点：1) 功率管的零电压开关；2) 消除了SR驱动器，减小驱动损耗；3) 不需要调节死区时间，减小了SR的体二极管导通损耗；4) 增大占空比，减小了主开关管关断损耗和SR体二极管的反向恢复损耗。因此，自驱动ZVS非隔离全桥DC/DC变换器可以实现更高效的电能转换。然而，该变换器具有以下缺点：1) 必须两相工作，轻载时环流损耗大；2) 变压器漏感对效率影响大，不能采用常规的分立式变压器，从而提高了成本，限制了变换器的应用场合；3) 结构相对复杂，灵活性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对背景技术的缺陷，提供一种正激式开关电容调节器。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

当变压器漏感很小，可以忽略不计时，变压器包括原边绕组、副边绕组和励磁电感，本发明所采用的技术方案如下：

一种正激式开关电容调节器，包括直流电源、第一开关管、第二开关管、第三开关管、变压器、隔直电容、输出端；

所述直流电源的正极依次串联第一开关管、第二开关管、第三开关管后接地，所述直流电源的负极接地；

所述变压器包括原边绕组、副边绕组和励磁电感；其中所述原边绕组的异名端分别与第一开关管和第二开关管的串联点相连接，原边绕组的同名端与隔直电容串接后接地；

所述副边绕组的同名端分别与第二开关管和第三开关管的串联点相连接，所述副边绕组的异名端与输出端连接后接地；所述励磁电感并联于变压器的副边绕组；

所述输出端由输出滤波电容和负载电阻并联组成。

所述第一开关管、第二开关管、第三开关管各自分别包括其寄生体二极管。

采用以上技术方案其特点在于它是开关电容变换器与调压变换器的结合，一个周期共有两个模态：开关电容模态和调压模态。具有开关电容变换器动态响应快的优点，同时可以通过调节占空比实现对输出电压的调节。电路的能量传递方式与正激变换器类似。

当变压器漏感较大，可以将其利用实现准谐振软开关，从而提高变换器的效率。本发明所采用的技术方案如下：

一种准谐振正激式开关电容调节器，包括直流电源、第一开关管、第二开关管、第三开关管、变压器、隔直电容、输出端；

所述直流电源的正极依次串联第一开关管、第二开关管、第三开关管后接地，所述直流电源的负极接地；

所述变压器包括原边绕组、漏电感、副边绕组和励磁电感；其中所述原边绕组的异名端分别与第一开关管和第二开关管的串联点相连接，原边绕组的同名端依次与漏电感、隔直电容串接后接地；

所述副边绕组的同名端分别与第二开关管和第三开关管的串联点相连接，所述副边绕组的异名端与输出端连接后接地；所述励磁电感并联于变压器的副边绕组；

所述输出端由输出滤波电容和负载电阻并联组成。

所述第一开关管、第二开关管、第三开关管各自分别包括其寄生体二极管和寄生结电容。

采用以上技术方案其特点在于在保持原有正激式开关电容调节器优点的同时，通过合理设计隔直电容，使其与漏感谐振，可以实现软开关，从而提高变换器的效率。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比具有如下技术效果：