寬范圍電壓輸出的雙管pwm平方型變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及寬范圍電壓輸出的雙管PWM平方型變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在某些特定的場合，DC/DC轉(zhuǎn)換裝置需要適應(yīng)寬范圍的輸入電壓或需要滿足寬范 圍輸出電壓的要求，這就意味著該類變換器應(yīng)具有較寬的電壓轉(zhuǎn)換比范圍。對于傳統(tǒng)PWM 變換器來講，其電壓轉(zhuǎn)換比M(M=Vc/Vi，）是占空比D的函數(shù)（M=f(D))，用于實(shí)現(xiàn)寬范圍 電壓輸出場合時有一定的弊端。因?yàn)楫?dāng)工作在最惡劣的條件下，即輸入電壓最高，輸出電壓 最低，負(fù)載最輕的時候，傳統(tǒng)PWM變換器必須工作在很小的占空比，才能滿足上述要求，但 由于開關(guān)管最小開通時間的存在，就使得傳統(tǒng)PWM變換器不得不選擇工作在較低的工作頻 率，從而限制了該類變換器工作頻率的提高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型的目的在于提供寬范圍電壓輸出的雙管PWM平方型變換器，解決了傳 統(tǒng)PWM變換器工作頻率提高受限制的問題。
[0004] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是輸入電壓的正極、箝位二極管d5的負(fù)極、二極管 D2的負(fù)極、輸入電感Li的一端連接在一起，輸入電壓的負(fù)極、二極管Di的正極、箝位二極管 D6的正極、開關(guān)管Q2的一端連接在一起，輸入電感1^的另一端、電容Ci的一端、開關(guān)管Q1 的一端連接在一起，電容(^的另一端、二極管D2的正極、二極管Di的負(fù)極連接在一起，開關(guān) 管％的另一端、箝位二極管D6的負(fù)極、高頻變壓器Ti的一端、整流二極管D4的正極連接在 一起，箝位二極管D5的正極、開關(guān)管Q2的另一端、高頻變壓器T:的另一端、續(xù)流二極管D3的 正極、電容C2的一端、外部負(fù)載Vout的一端連接在一起，整流二極管D4的負(fù)極、續(xù)流二極管 D3的負(fù)極、輸出濾波電感L2的一端連接在一起，輸出濾波電感L2的另一端、電容C2的另一 端、外部負(fù)載Vout的另一端連接在一起。
[0005] 進(jìn)一步，所述開關(guān)管％和開關(guān)管02為IR公司生產(chǎn)的場效應(yīng)管IRFPE40。
[0006] 進(jìn)一步，所述續(xù)流二極管D3和整流二極管D4選擇Vishay公司FEP30DP雙管超快 恢復(fù)二極管。
[0007] 進(jìn)一步，所述輸出濾波電感L2選擇Micrometals公司T130-26環(huán)形磁芯，繞線西 數(shù)為48匝。
[0008] 進(jìn)一步，所述二極管Di選擇Philip公司的BYC10- 600超快恢復(fù)二極管。
[0009] 進(jìn)一步，所述高頻變壓器1\磁芯尺寸：ETD34,磁芯等效截面積：Ae= 97mm2,變壓器 表面積：St= 47. 843cm2，線圈平均西長：lm=85. 4mm，磁芯窗口面積：SW= 179. 08mm2，窗 口寬度：7.4mm,窗 口高度：24. 2mm〇
[0010] 本實(shí)用新型的有益效果是提供了寬范圍電壓輸出的雙管PWM平方型變換器，可 提高PWM變換器工作頻率。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本實(shí)用新型寬范圍電壓輸出的雙管PWM平方型變換器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2是本實(shí)用新型占空比與電壓轉(zhuǎn)換比的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0014] 本實(shí)用新型如圖1所示，輸入電壓的正極、二極管D5的負(fù)極、二極管D2的負(fù)極、電 感L1的一端連接在一起，輸入電壓的負(fù)極、二極管D1的正極、二極管D6的正極、開關(guān)管Q2 的一端連接在一起，電感L1的另一端、電容C1的一端、開關(guān)管Q1的一端連接在一起，電容 C1的另一端、二極管D2的正極、二極管D1的負(fù)極連接在一起，開關(guān)管Q1的另一端、二極管 D6的負(fù)極、高頻變壓器的一端、二極管D4的正極連接在一起，二極管D5的正極、開關(guān)管 Q2的另一端、高頻變壓器1\的另一端、二極管D3的正極、電容C2的一端、外部負(fù)載Vout的 一端連接在一起，二極管D4的負(fù)極、二極管D3的負(fù)極、電感L2的一端連接在一起，電感L2 的另一端、電容C2的另一端、外部負(fù)載Vout的另一端連接在一起。
[0015] 該P(yáng)WM平方型變換器，其特點(diǎn)就在于它的電壓轉(zhuǎn)換比M是占空比D平方的函數(shù)，即M=f(D2)。由圖2可以看出，對應(yīng)最小占空比Dmin，PWM平方型變換器可獲得的最小電壓轉(zhuǎn) 換比要低于傳統(tǒng)PWM變換器，這就意味著若要獲得同樣低的電壓轉(zhuǎn)換比，該變換器較傳統(tǒng) PWM變換器而言，可以工作在較大的占空比，較高的工作頻率，這樣更易于實(shí)現(xiàn)電路的控制 和拓寬可獲得的電壓轉(zhuǎn)換比范圍，實(shí)現(xiàn)寬范圍電壓輸出，而且直流變換器的頻率也不再受 最低電壓轉(zhuǎn)換比的限制了。
[0016] 本實(shí)用新型寬范圍電壓輸出的雙管PWM平方型變換器為雙管隔離式PWM平方型直 流變換器，電路中因功率因數(shù)校正級的輸出電壓高達(dá)400V，所以選用帶隔離變壓器的拓?fù)?結(jié)構(gòu)?？紤]到在400V輸入的情況下，開關(guān)管Vds的電壓峰值高達(dá)800多伏，這么高的電壓幅 值對開關(guān)管的耐壓要求很高，這必然會限制它的實(shí)用性。為了降低開關(guān)管上的電壓應(yīng)力，采 用雙管PWM平方型變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0017] 當(dāng)雙管平方型變換器工作在電感電流連續(xù)導(dǎo)通模式時，在一個開關(guān)周期中雙管平 方型變換器可以分為五個工作模態(tài)。
[0018] 工作模態(tài)1 (t0~t:
[0019] 在h時刻以前，高頻變壓器Ti已經(jīng)復(fù)位完畢，開關(guān)管1和Q2承受的電壓為輸入電 壓和輸入電感U上的電壓之和的一半，負(fù)載電流從續(xù)流二極管D3流通。在t^時刻，開關(guān)管 QdPQ2同時獲得觸發(fā)脈沖而開通，二極管Di承受正向壓降導(dǎo)通，流過續(xù)流二極管D3的電流 開始向整流二極管D4換流，換流的速度受變壓器的漏感的限制。
[0020] 在心時刻，整流二極管D4的電流輸出至輸出濾波電感L2，換流結(jié)束。在本模態(tài)中， 輸入端不向輸出端提供能量。
[0021] 開關(guān)模態(tài)2(ti~t2)
[0022] 在&時刻副邊續(xù)流二極管D3和整流二極管D4換流結(jié)束，續(xù)流二極管D3截止，變 換器開始向外部負(fù)載Vout傳遞能量，輸入電感LdP輸出濾波電感L2中的電流在輸入、輸出 電壓的共同作用下線性上升。本模態(tài)一直持續(xù)到t2時刻，開關(guān)管(^和〇2同時關(guān)斷。本模 態(tài)的持續(xù)時間由變換器的工作占空比決定。
[0023] 開關(guān)模態(tài)3 (t2~t3):
[0024] 在t2時刻，開關(guān)管Q:和Q2同時關(guān)斷，二極管Di承受反壓截止，原邊的箝位二極管 〇5和D6導(dǎo)通，流過輸入電感Li的電流經(jīng)續(xù)流二極管D2流通，開關(guān)管Qi上電壓為輸入電壓和 輸入電感Q上電壓之和，開關(guān)管Q2上電壓為輸入電壓，變壓器原邊加上負(fù)電壓，在該負(fù)電壓 的作用下，整流二極管D4的電流向續(xù)流二極管D3換流，換流的速度受輸入電壓和變壓器漏 感的限制。該模態(tài)持續(xù)到t3時刻，換流結(jié)束。
[0025] 開關(guān)模態(tài)4 (t3~14):
[0026] 在t3時刻，副邊換流結(jié)束，續(xù)流二極管D3流過負(fù)載電流，整流二極管D4截止。變 壓器通過箝位二極管〇5和D6復(fù)位，本模態(tài)一直持續(xù)到變壓器復(fù)位完畢。
[0027] 開關(guān)模態(tài)5 (t4~t5):
[0028] 在t4時刻，變壓器復(fù)位完畢，開關(guān)管Q:和Q2上的電壓下降到輸入電壓和輸入電感 U上電壓之和的一半。在原邊，輸入電感k上的電流通過續(xù)流二極管D2流通；在副邊，變換 器通過續(xù)流二極管D3導(dǎo)通負(fù)載電流。本模態(tài)一直持續(xù)到15時刻，新的開關(guān)周期開始。
[0029] 當(dāng)PWM平方型變換器工作在不連續(xù)導(dǎo)通模式，電壓轉(zhuǎn)換比是占空比D和負(fù)載電流 Iwt的函數(shù)。對應(yīng)相同的占空比D，不連續(xù)導(dǎo)通模式下的電壓轉(zhuǎn)換比要高于連續(xù)導(dǎo)通模式 下所對應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換比，所以從連續(xù)導(dǎo)通模式向不連續(xù)導(dǎo)通模式的過渡，就意味著可獲得 的最小電壓轉(zhuǎn)換比增大了，也意味著可獲得的電壓轉(zhuǎn)換比的范圍縮小了。因此為了使該平 方型變換器有最寬的電壓轉(zhuǎn)換比范圍，在變換器設(shè)計(jì)時，保證變換器能工作在連續(xù)導(dǎo)通模 式是非常重要的。
[0030] 變換器設(shè)計(jì)具體指標(biāo)：開關(guān)頻率：f= 200KHZ，輸入電壓：Vin= 400V，輸出電壓：V。 =12V-24V，輸出電流：1。= 3. 5A-7A，工作最大占空比：a= 〇. 46,環(huán)境溫度：25°C，允許 平均溫升：At= 25°C。
[0031] 開關(guān)管％和Q2的選擇：開關(guān)管Q兩Q2功率MOSFET的選擇是變換器設(shè)計(jì)中的重要 步驟，它涉及到M0SFET電壓應(yīng)力V_ss、工作結(jié)溫T」、電流等級IDSS以及導(dǎo)通電阻Rds(m)的 選擇。在開關(guān)管關(guān)斷時，考慮變壓器的漏感作用，所以會出現(xiàn)關(guān)斷的電壓尖峰。一般關(guān)斷時 的電壓不能超過M0SFET電壓應(yīng)力V(BK)DSj^ 70 % -