一种移相控制隔离型DC/DC变换器的制作方法

本发明涉及移相控制变换器技术领域，尤其涉及一种移相控制隔离型dc/dc变换器。

背景技术：

移相控制变换器由于结构简单，控制方便，能够实现软开关，在中大功率的场合得到了广泛的应用。在移相控制状态下，全桥模块的两个桥臂中点电位跳变在不同的时刻，桥臂中点对地产生的噪声源不能相互抵消，这样就会有位移电流从电位跳变点经过寄生电容流向大地，或者经过变压器原副边的寄生电容和负载对地的寄生电容形成共模电流。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种移相控制隔离型dc/dc变换器，减小移相控制下dc/dc隔离变换器的共模电流。

为了达到以上目的，本发明一方面公开了一种移相控制隔离型dc/dc变换器，包括与输入电源端依次连接的滤波模块、全桥模块、变压模块以及与所述滤波模块并联设置的共模抑制模块；

所述滤波模块用于对所述输入电源端的输入电压进行滤波得到滤波电压；

所述全桥模块响应于控制信号基于所述滤波电压形成交流电压；

所述变压模块用于对所述全桥模块输出的交流电压进行电压变换得到输出电压；

所述共模抑制模块与所述滤波模块和所述全桥模块的寄生电容形成平衡电桥，消除所述全桥模块的共模电流。

优选地，所述共模抑制模块包括第一共模抑制子模块和第二共模抑制子模块；

所述第一共模抑制子模块的电流输入端与所述输入电源端的正极端连接，电流输出端与所述全桥模块的第一桥臂中点连接；

所述第二共模抑制子模块的电流输入端与所述输入电源端的负极端连接，电流输出端与所述全桥模块的第二桥臂中点连接。

优选地，

所述第一共模抑制子模块包括第一电感器和第一电容器；

所述第一电感器的第一端与所述输入电源端的正极端连接，第二端与所述第一电容器的第一端连接，所述第一电容器的第二端与所述全桥模块的第一桥臂中点连接或者，所述第一电容器的第一端与所述输入电源端的正极端连接，第二端与所述第一电感器的第一端连接，所述第一电感器的第二端与所述全桥模块的第一桥臂中点连接；

所述第二共模抑制子模块包括第二电感器和第二电容器；

所述第二电感器的第一端与所述输入电源端的负极端连接，第二端与所述第二电容器的第一端连接，所述第二电容器的第二端与所述全桥模块的第二桥臂中点连接或者，所述第二电容器的第一端与所述输入电源端的负极端连接，第二端与所述第二电感器的第一端连接，所述第二电感器的第二端与所述全桥模块的第二桥臂中点连接。

优选地，所述滤波模块包括共模电感，所述共模电感包括第一线圈和第二线圈；

所述第一线圈的第一端与所述输入电源端的正极端连接，第二端与所述全桥模块的第一输入端连接；

所述第二线圈的第一端与所述输入电源端的负极端连接，第二端与所述全桥模块的第二输入端连接。

优选地，所述全桥模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一桥臂中点、第二桥臂中点、与所述第一桥臂中点连接的第一输出端和与所述第二桥臂中点连接的第二输出端；

其中，所述第一输出端与所述变压模块的第一电压输入正端连接；

所述第二输出端与所述变压模块的第一电压输出端连接；

所述第一开关管和所述第二开关管的第一端与所述共模电感的第一线圈的第二端连接；

所述第三开关管和所述第四开关管的第一端与所述共模电感的第二线圈的第二端连接；

所述第一开关管和所述第三开关管的第二端与所述第一桥臂中点连接；

所述第二开关管和所述第四开关管的第二端与所述第二桥臂中点连接。

优选地，进一步包括第一滤波电容；

所述第一滤波电容的第一端与所述输入电源端的正极端、所述第一线圈的第一端和所述第一共模抑制子模块的电流输入端连接；

所述第一滤波电容的第二端与所述输入电源端的负极端、所述第二线圈的第一端和所述第二共模抑制子模块的电流输入端连接。

优选地，进一步包括第二滤波电容；

所述第二滤波电容的第一端与所述第一线圈的第二端和所述第一开关管和所述第二开关管的第一端连接；

所述第二滤波电容的第二端与所述第二线圈的第二端和所述第二开关管和所述第四开关管的第一端连接。

优选地，所述变压模块包括原边电路和副边电路；

所述原边电路包括第一电压输入正端、第一电压输入负端、第三电感器、原边线圈和第四电感器；

其中，所述第一电压输入正端与所述第一桥臂中点连接；

所述第一电压输入负端与所述第二桥臂中点连接；

所述第三电感器的第一端与所述第一电压输入正端电连接，第二端与原边线圈的第一端连接；

所述第四电感器的第一端与所述第一电压输入负端电连接，第二端与原边线圈的第一端连接。

优选地，所述变压模块进一步包括第三电容器和第四电容器；

所述第三电容器的第一端与所述第一电压输入正端连接，第二端与所述第一电感器的第一端连接；

所述第四电容器的第一端与所述第一电压输入负端连接，第二端与所述第二电感器的第一端连接。

优选地，所述第一共模抑制子模块包括第五电感器；

所述第五电感器的第一端与所述输入电源端的第一端连接，第二端与所述第三电容器的第二端连接；

所述第一共模抑制子模块包括第六电感器；

所述第六电感器的第一端与所述输入电源端的第二端连接，第二端与所述第四电容器的第二端连接。

优选地，所述副边电路包括副边线圈；

所述原边线圈与所述副边线圈的电位跳变大小相等且方向相同。

优选地，所述副边电路包括与所述原边线圈对应设置的副边线圈、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第三滤波电容、输出电压端、第一节点和第二节点；

所述副边线圈的第一端与所述第一节点连接，第二端与所述第二节点连接；

所述第一二极管的正极端与所述第一节点连接，负极端与输出电压端的正极端连接；

所述第二二极管的正极端与输出电压端的负极端连接，负极端与所述第一节点连接；

所述第三二极管的正极端与所述第二节点连接，负极端与输出电压端的正极端连接；

所述第四二极管的正极端与输出电压端的负极端连接，负极端与所述第二节点连接；

所述第三滤波电容的第一端与输出电压端的正极端连接，第二端与输出电压端的负极端连接。

本发明通过设置与滤波模块并联的共模抑制模块，使共模抑制模块与滤波模块和全桥模块的寄生电容形成平衡电桥，在全桥模块两个桥臂中点的电位发生跳变时，变换器对外部电路全桥模块两个桥臂中点的寄生电容和直流母线对地电容的噪声源为零，从而当两个桥臂中点电位跳变时，噪声电压为零，从而有效抑制了移相控制变换器的共模电流，消除了共模噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出现有技术中移相控制隔离型dc/dc变换器全桥模块两个桥臂中点的电压变化图；

图2示出现有技术中移相控制隔离型dc/dc变换器全桥模块输出的电压变化图；

图3示出现有技术中移相控制隔离型dc/dc变换器共模噪声检测的等效共模模型的示意图；

图4示出现有技术中移相控制隔离型dc/dc变换器共模噪声检测的等效共模电路的示意图；

图5示出本申请移相控制隔离型dc/dc变换器一个具体实施例的示意图；

图6示出本申请移相控制隔离型dc/dc变换器一个具体实施例共模噪声检测的等效共模模型的示意图之一；

图7示出本申请移相控制隔离型dc/dc变换器另一个具体实施例共模噪声检测的等效共模模型的示意图；

图8示出现有技术中移相控制隔离型dc/dc变换器全桥模块两个桥臂中点的电压变化图；

图9示出现有技术中移相控制隔离型dc/dc变换器共模噪声检测的共模电流示意图；

图10示出本申请移相控制隔离型dc/dc变换器一个具体实施例共模噪声检测的共模电流示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的移相控制隔离型dc/dc变换器中，对输入电源端的输入电压进行滤波，形成稳定的直流电压，通过全桥模块对直流电压进行整流移相得到交流电压，并进一步通过变压模块隔离传输形成输出电压用于为负载rload供电。其中，全桥模块的两个桥臂中点a和b相对于功率参考点的pgnd的电压波形和全桥模块的输出电压分别如图1和图2所示。从图1中可以看出，a点和b点两个节点的电位发生变化(即电位跳变)在不同的时刻，两个桥臂中点形成压差，两个桥臂中点对地形成寄生电容和变换器中直流母线和对地电容在该压差的作用下会形成共模电流，从而产生共模噪声。此时，等效的共模模型和共模电路分别如图3和图4所示，lisn(lineimpedancestabilizationnetwork，线路阻抗稳定网络)上会在压差的作用下形成共模电流，从而在电流流经通路上形成共模噪声，其中，zlisn为lisn的等效电阻，za、zb、zc和zd分别为全桥模块四个开关管的等效电阻，c为za、zb和zlisn相互电连接的结点，zeq为za、zb、zc和zd的等效电阻，veq为桥臂中点的跳变电压。

基于以上问题，本实施例公开了一种移相控制隔离型dc/dc变换器，以消除变换器中两个桥臂中点电位跳变时形成的共模电流。该变换器可适用于大功率车载充电obc、储能系统ess或通信电源等产品中。如图5所示，本实施例中，移相控制隔离型dc/dc变换器包括与输入电源端依次连接的滤波模块、全桥模块、变压模块以及与所述滤波模块并联设置的共模抑制模块。

其中，所述滤波模块用于对所述输入电源端vin的输入电压进行滤波得到滤波电压，所述全桥模块响应于控制信号基于所述滤波电压形成交流电压，所述变压模块用于对所述全桥模块输出的交流电压进行电压整流得到输出电压，所述共模抑制模块与所述滤波模块和所述全桥模块的寄生电容形成平衡电桥，消除所述全桥模块的共模电流。

本发明通过设置与滤波模块并联的共模抑制模块，使共模抑制模块与滤波模块和全桥模块的寄生电容形成平衡电桥，在全桥模块两个桥臂中点中的任意一个中点的电位发生跳变时，变换器对外部电路全桥模块两个桥臂中点的寄生电容和直流母线对地电容的噪声源为零，变换器对外部电路，即外部测试设备，的等效的噪声源为零从而有效抑制了移相控制变换器的共模电流，消除了共模噪声。

在优选的实施方式中，移相控制隔离型dc/dc变换器包括滤波模块，所述滤波模块可包括共模电感lcm，所述共模电感包括第一线圈lcm1和第二线圈lcm2。所述第一线圈lcm1的第一端与所述输入电源端的正极端连接，第二端与所述全桥模块连接，所述第二线圈lcm2的第一端与所述输入电源端的负极端连接，第二端与所述全桥模块连接。此处共模电感lcm位于dc/dc变压模块输入侧，共模电感lcm的位置一般位于ac输入侧，该共模电感lcm的位置不影响dc/dc变换器共模噪声分析。

当然，在其他的实施方式中，滤波模块的共模电感也可采用包括两个结构相同的电感耦合形成，滤波模块为可抑制共模噪声的对称结构即可，本发明对此并不作限定。滤波模块采用对称的拓扑结构，减小了由谐振电感的不对称带来的共模电流，从而大大降低了共模噪声。

在优选的实施方式中，所述共模抑制模块可包括第一共模抑制子模块和第二共模抑制子模块。其中，第一共模抑制子模块和第二共模抑制子模块也采用对称结构设置，即对称设置于输入电源端的两侧，以当第一桥臂中点a和第二桥臂中点两个桥臂b中点中的任意一个中点电位变化时，均能够有效地抑制共模噪声。

具体的，所述第一共模抑制子模块的电流输入端与所述输入电源端的正极端连接，电流输出端与所述全桥模块的第一桥臂中点a连接。所述第二共模抑制子模块的电流输入端与所述输入电源端的负极端连接，电流输出端与所述全桥模块的第二桥臂中点b连接。

共模抑制模块与滤波模块并联，由于滤波模块采用对称结构以消除共模电流，本实施例中的共模抑制模块包括第一共模抑制子模块和第二共模抑制子模块，共模抑制模块可采用对称结构，不影响滤波模块消除共模电流的作用，与滤波模块的对称结构分别并联同时也能够消除全桥模块电位跳变时的共模电流。

作为一种优选的实施方式，本实施例中，所述第一共模抑制子模块包括第一电感器l1和第一电容器c1。其中，所述第一电感器l1的第一端与所述输入电源端的正极端连接，第二端与所述第一电容器c1的第一端连接，所述第一电容器c1的第二端与所述全桥模块的第一桥臂中点a连接。

所述第二共模抑制子模块包括第二电感器l2和第二电容器c2。所述第二电感器l2的第一端与所述输入电源端的负极端连接，第二端与所述第二电容器c2的第一端连接，所述第二电容器c1的第二端与所述全桥模块的第二桥臂中点连接。

本实施例中，第一电容器c1和第二电容器c2为隔直电容器，在高频输入下，第一电容器c1和第二电容器c2可以近似认为是短路的，仅将第一电感器l1和第二电感器l2接入变换器中，使第一电感器l1和第二电感器l2与全桥模块两个桥臂中点对地形成的寄生电容和输入电源端引出的直流母线的对地电容形成平衡电桥，在平衡电桥的存在条件下，无论是全桥模块两个桥臂中点的其中任意一个桥臂中点产生电位跳变，在变换器中的共模噪声源均为零，从而共模电流为零，能够有效的消除移相控制变换器中两个桥臂中点电位跳变时形成的共模电流，消除共模噪声。

优选的，设有共模抑制模块变换器的共模模型如图6所示。其中，第一电感器l1和第二电感器l2的电感值相同，第一电容器c1和第二电容器c2的电容值相同。第一电感器l1和第二电感器l2的电感值可通过以下公式确定：

其中，lcm为共模电感的电感值，la为共模抑制电感的电感值，cs1为节点a对地的寄生电容值，cs2为节点b对地的寄生电容值，cb为直流母线对地的寄生电容值。

在优选的实施方式中，所述全桥模块包括第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4、第一桥臂中点a、第二桥臂中点b、与所述第一桥臂中点连接的第一输出端和与所述第二桥臂中点连接的第二输出端。

其中，所述第一输出端与所述变压模块的第一电压输入正端连接；所述第二输出端与所述变压模块的第一电压输入负端连接；所述第一开关管s1和所述第二开关管s2的第一端与所述第一线圈lcm1的第二端连接；所述第三开关管s3和所述第四开关管s4的第一端与所述第二线圈lcm2的第二端连接；所述第一开关管s1和所述第三开关管s3的第二端与所述第一桥臂中点a连接；所述第二开关管s2和所述第四开关管s4的第二端与所述第二桥臂中点b连接。

在优选的实施方式中，变换器进一步还可包括第一滤波电容cin。所述第一滤波电容cin的第一端与所述输入电源端vin的正极端、所述第一线圈lcm1的第一端和所述第一共模抑制子模块的电流输入端连接；所述第一滤波电容cin的第二端与所述输入电源端vin的负极端、所述第二线圈lcm2的第一端和所述第二共模抑制子模块的电流输入端连接。该第一滤波电容cin可滤除输入电源端输入的直流信号中的交流信号。

在优选的实施方式中，变换器进一步还可包括第二滤波电容cbus。其中，所述第二滤波电容cbus的第一端与所述第一线圈lcm1的第二端和所述第一开关管s1和所述第二开关管s2的第一端连接；所述第二滤波电容cbus的第二端与所述第二线圈lcm2的第二端和所述第二开关管s2和所述第四开关管s4的第一端连接。该第二滤波电容cbus可滤除共模抑制模块输出的电流信号中的交流信号，以为全桥模块提供稳定的直流电流。

在优选的实施方式中，所述变压模块包括原边电路和副边电路。其中，所述原边电路包括第一电压输入正端、第一电压输入负端、第三电感器l3、原边线圈t1和第四电感器l4。其中，所述第一电压输入正端与所述第一桥臂中点a连接；所述第一电压输入负端与所述第二桥臂中点b连接；所述第三电感器l3的第一端与所述第一电压输入正端电连接，第二端与原边线圈t1的第一端连接；所述第四电感器l4的第一端与所述第二电压输入端电连接，第二端与原边线圈t1的第一端连接。

在其他实施方式中，如图7所示，对于移相模式全桥llc谐振变换器，所述变压模块进一步包括第三电容器c3和第四电容器c4。所述第三电容器c3的第一端与所述第一电压输入正端连接，第二端与所述第一电感器l1的第一端连接；所述第四电容器c4的第一端与所述第一电压输入负端连接，第二端与所述第二电感器l2的第一端连接。

此时，共模抑制模块中的第一共模抑制子模块包括第五电感器l5。所述第五电感器l5的第一端与所述输入电源端的第一端连接，第二端与所述第三电容器c3的第二端连接。共模抑制模块中的所述第一共模抑制子模块包括第六电感器l6。所述第六电感器l6的第一端与所述输入电源端vin的第二端连接，第二端与所述第四电容器c4的第二端连接。共模抑制模块起隔直作用的第一电容器c1和第二电容器c2可采用变压模块中的第三电容器c3和第四电容器c4，第三电容器c3和第四电容器c4复用为共模抑制模块中的隔直电容，能够进一步减少移相控制变换器中的外加元器件的数量，减小变换器的体积。

在优选的实施方式中，所述副边电路包括副边线圈t2。其中，所述原边线圈t1与所述副边线圈t2的电位跳变大小相等且方向相同。可通过设置原边线圈t1和副边线圈t2的位置和结构，使原边线圈t1和副边线圈t2的电位跳变保持大小相等和方向相同，这样原边线圈t1相对于副边线圈t2没有电位变化，进一步有效抑制了原副边之间的共模电流。

在优选的实施方式中，所述副边电路包括与所述原边线圈对应设置的副边线圈t2、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第三滤波电容co、输出电压端vo、第一节点p1和第二节点p2。

所述副边线圈t2的第一端与所述第一节点p1连接，第二端与所述第二节点p2连接。所述第一二极管d1的正极端与所述第一节点p1连接，负极端与输出电压端vo的正极端连接；所述第二二极管d2的正极端与输出电压端vo的负极端连接，负极端与所述第一节点p1连接；所述第三二极管d3的正极端与所述第二节点p2连接，负极端与输出电压端vo的正极端连接；所述第四二极管d4的正极端与输出电压端vo的负极端连接，负极端与所述第二节点p2连接；所述第三滤波电容co的第一端与输出电压端vo的正极端连接，第二端与输出电压端vo的负极端连接。在其他实施方式中，第一二极管d1和第三二极管d3与第三滤波电容co和输出电压端vo间还可设置滤波电感lf。

如图8和图9所示，现有技术中的移相控制隔离型dc/dc变换器中如果没有设置共模抑制模块，lisn检测到的a和b点对大地电压脉动引起的共模电流高达250ma，直流母线电容的电压vbus＝380v，开关管的开通和关断时间均为30ns,开关管对地的寄生电容cs1＝cs2＝50pf。如图10所示，本实施例的移相控制隔离型dc/dc变换器，通过设置共模抑制模块，lisn上共模电流衰减降为50na，由此，本申请的移相控制隔离型dc/dc变换器能够有效抑制移相控制模式下dc/dc变换器的共模噪声。

需要说明的是，除非特别说明，表述“元件a与元件b连接”意为元件a“直接”或通过一个或多个其他元件“间接”连接到元件b。

本领域技术人员能够明了，本实施例中的开关管可采用三极晶体管，包括n型晶体管和p型晶体管，此外，本发明实施例提供的晶体管可以为场效应晶体管，其中可以为增强型场效应晶体管，也可以为耗尽型场效应晶体管。各种信号的高低电平是与晶体管的型号配合才能实现对应的功能。本领域技术人员能够知晓使得p型晶体管导通需要配合低电平信号，使得n型晶体管导通需要配合高电平信号，从而采用n型晶体管或p型晶体管并设置晶体管栅极(控制端)的电平以实现相应的导通或断开功能，从而实现本发明的数据读取目的。本发明实施例提供的晶体管的第一端可以为源极，则第二端为漏极，或者反之亦然，本发明对此不作限定，可根据晶体管的类型合理选择即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。