[发明专利]一种非变压器的隔离型大降压比DC-DC转换器

说明书

本发明公开了一种非变压器的隔离型大降压比DC‑DC转换器，输入电源的正极与第一电容的正极及第一开关管的一端相连接，第一开关管的另一端与第二开关管的一端及第三电容的正极相连接，第三电容的负极与第一电感的一端及第四开关管的一端相连接，第一电感的另一端与负载电阻的一端及第二电感的一端相连接，第一电容的负极与第二电容的正极、第二开关管的另一端、第二电感的另一端及第五开关管的一端相连接，第二电容的负极、输入电源的负极及第三开关管的一端均接地，第三开关管的另一端与第五开关管的另一端、第四开关管的另一端及负载电阻的另一端相连接，该转换器损耗较低，同时高效率、体积小、重量轻、电压变比较大的特点。

技术领域

本发明涉及一种DC-DC转换器，具体涉及一种非变压器的隔离型大降压比DC-DC转换器。

背景技术

电力电子技术是国民经济和国家安全领域的重要支撑技术，是实现节能环保和提高人们生活质量的重要技术手段。高效率和高质量的电能变换是电力电子技术发展的终极目标。非隔离大变比DC-DC转换器现在广泛应用于直流分布式系统、便携式电子设备、通信系统和电压调节模块等。特别是在数据中心应用广泛，由于数据中心的负载每年都在不断增加，预计到2020年末，将占到总电力能源消耗的10％。数据中心现存的12V直流母线电压有着更高的线路损耗，更高的48V直流母线电压正在发展并已经应用在工业领域中，学术界和工业界表示未来将发展400V母线电压，供电电源将发展新型的大变比拓扑，这类新型拓扑具有高效率，体积小及重量轻等特点。传统的buck电路由于占空比的限制不能实现48V到1.xV的电压转换，这是因为极小的占空比使得开关损耗急剧增大，效率严重降低的缘故。因此研究大降压比的DC/DC变换器是一个必然的趋势。

目前存在的大降压比的DC-DC拓扑主要分为两类：

1)隔离型大降压比DC-DC转换器，这类转换器基于变压器变比实现大变比，这类拓扑有LLC，反激电路等；

2)非隔离大降压比DC-DC转换器，这类转换器基于耦合电感，开关电容及两级拓扑等。

隔离型的拓扑已经普遍应用在目前的工业领域，但由于存在的变压器，功率密度和体积无法做的很小，这也限制了隔离性DC-DC拓扑的发展。非隔离拓扑在未来是一个非常好的候选，已经获得了很大的关注，基于耦合电感原理的非隔离拓扑也是靠匝比降压，其实质跟隔离型变压器一样的；两级拓扑目前已被工业界和学术界普遍认可，但两级拓扑有着大量的有源器件，通常第二级拓扑的损耗非常大；基于开关电容的DC-DC拓扑利用电容作为储能元件来实现变比，由于无磁件，其拓扑体积小，重量轻及高效率等优势。但缺点也很明显，拓扑结构决定了其电压变比，随着电压变比越大，其开关电容数量和有源开关管数量也越多，因此单纯的开关电容拓扑并不适合大变比降压应用领域。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种非变压器的隔离型大降压比DC-DC转换器，该转换器损耗较低，且器件数目较少，同时高效率、体积小、重量轻、电压变比较大的特点。

为达到上述目的，本发明所述的非变压器的隔离型大降压比DC-DC转换器包括输入电源、第一电容、第一开关管、第二开关管、第三电容、第一电感、第四开关管、第二电感、第二电容、第三开关管及第五开关管；

输入电源的正极与第一电容的正极及第一开关管的一端相连接，第一开关管的另一端与第二开关管的一端及第三电容的正极相连接，第三电容的负极与第一电感的一端及第四开关管的一端相连接，第一电感的另一端与负载电阻的一端及第二电感的一端相连接，第一电容的负极与第二电容的正极、第二开关管的另一端、第二电感的另一端及第五开关管的一端相连接，第二电容的负极、输入电源的负极及第三开关管的一端均接地，第三开关管的另一端与第五开关管的另一端、第四开关管的另一端及负载电阻的另一端相连接。

还包括与负载电阻相连接的输出滤波电容。

第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管及第五开关管均为有源开关管。