改善型零电压开关有源钳位正激变换器的制造方法
【专利摘要】一种在所有负荷领域通过零电压开关能提高效率的改善型零电压开关有源钳位正激变换器，其包括：钳位开关部，钳制输入电源而进行交互切换；变压部，包含第一线圈部和第二线圈部，所述第一线圈部接收来自所述钳位开关部的被切换的电源，所述第二线圈部与所述第一线圈部相电磁结合而形成事先设定的线圈比，从而对所述被切换的电源的电压水平进行变压；以及整流部，对来自所述变压部的变压后的电压进行整流而输出。其中，所述变压部包含芯部以及由所述芯部所贯通支撑的第一线轴和第二线轴，在所述第一线轴上缠绕第一导线而形成所述第一线圈部，在所述第二线轴上缠绕第二导线而形成所述第二线圈部，所述第一线圈部与所述第二线圈部相隔规定距离。
【专利说明】
改善型零电压开关有源错位正激变换器
技术领域
[0001]本实用新型设及改善型零电压开关有源错位正激变换器（Improved ZVS active clamp forward convener)，更详细地，设及在所有负荷领域通过零电压开关能提高效率 的改善型零电压开关有源错位正激变换器。
【背景技术】
[0002] 通常，欲要驱动由引擎和电机来驱动的混合动力汽车和仅由电机来驱动的电动汽 车的电机时，则需要高电压和电流，为此需要具备作为电力控制单元的混合动力控制单元 化PCU:Hybrid Power Control Unit)。册CU是由低电压DC-DC转换器化DC:Low Voltage DC-DC Conve;rte;r)、变换器、混合控制单元化CUiHybrid Control Unit)等电源供给产品构 成。
[0003] 其中，LDC将从裡离子电池所接受的高的输入电压转换为低电压而向汽车的电气 设备供给电能，其由电力部和用于控制电力部的控制部来构成。
[0004] 电力部由配电板（Power Board)、变压器（Transformer)、输出板（Output Board) 等构成，控制部由控制板(ControI Board)构成。
[0005] 对于配电板而言，根据LDC的输出容量其可使用的电路甚多，而在小容量的LDC之 情况下，适合使用有源错位正激变换器。
[0006] -方面，通过配电板向变压器的一次侧施加如图1所示之随时间变化的矩形波形 态的高电压时，通过一次侧线圈会有电流流动，从而在铁忍(core)内部产生磁通。
[0007] 此时，磁通会通过二次侧线圈从而产生感应电力，通过该原理一次侧的能量被传 递到二次侧。用户通过调整一次侧和二次侧线圈的应数比（TurnRatio) W及向一次侧施加 之电压的时间来可W进行升压和降压。
[000引在此，用于调整向变压器施加之输入电压的时间（Duty ratio,0<D<1)的是开关 (MOSFET)。对于Duty而言，当输入电压越小，所希望的输出电压越大，或者输出电流越大时， Duty应当越大。
[0009] 理想的开关是在开关打开和关闭的瞬间施加于开关的电压与通过开关流动的电 流的乘积为如图2所示始终等于零。对于有源错位正激变换器来讲，在轻负荷条件下，因存 在于电路之寄生成分(变压器的漏电感、MOSFET的输出电容）的共振而(零电压开关)开关被 打开时所产生的切换损失接近于零。
[0010] 虽然电路W上述方式工作，但对于一般的MOSFET而言，因外围电路的寄生成分和 开关本身的延迟而在切换（switching)瞬间产生电压和电流的乘积，由此会发生如图3所示 的电力消耗(P = VI,W = Pt)。运既为切换损失，对于有源错位正激变换器来讲，与一般的全 桥型电路相反，当负荷大时，产生的切换损失也大。一般而言，开关WlOOk化工作，此时的损 失太大而发热量变多，当运些热不能顺利排放时，可能会引起开关的烧毁，LDC整体的工作 会停止。
[0011] 另外，如图4所示，当根据宽的输入电压范围和输出电压范围W及宽的输出电流领 域而Duty ratio具有大的值时，变压器的重置时间不足而变压器饱和，或者会向开关施加 高的瞬间电压，从而具有电路烧毁的危险。
[0012] 为了防止该情形而调节变压器的应数比，如果增加二次侧的应数，可降低该危险。 但是，当用W往的铜板来构成二次侧的导线(wire)时，需要将两个铜板用螺钉和螺母来连 接，但运存在增加变压器所占空间和所使用部件数的问题。 【实用新型内容】
[0013] 本实用新型要解决的技术课题是提供一种在所有负荷领域通过零电压开关能提 高效率的改善型零电压开关有源错位正激变换器。
[0014] 本实用新型的目的并非局限于前述的目的，未提及的其他目的通过W下的记载可 使本领域的技术人员得W明确理解。
[0015] 为了达到上述实用新型目的，根据本实用新型一方面的改善型零电压开关有源错 位正激变换器，包括:错位开关部，错制输入电源而进行交互切换;变压部，包含第一线圈部 和第二线圈部，所述第一线圈部接收来自所述错位开关部的被切换的电源，所述第二线圈 部与所述第一线圈部相电磁结合而形成事先设定的线圈比，从而对所述被切换的电源的电 压水平进行变压；W及整流部，对来自所述变压部的变压后的电压进行整流而输出。
[0016] 其中，所述变压部包含忍部W及由所述忍部所贯通支撑的第一线轴和第二线轴， 在所述第一线轴上缠绕第一导线而形成所述第一线圈部，在所述第二线轴上缠绕第二导线 而形成所述第二线圈部，所述第一线圈部与所述第二线圈部相隔规定距离。
[0017] 特征在于所述第一导线和所述第二导线是不同的材质。
[0018] 特征在于所述第一导线和所述第二导线具有不同的直径。
[0019] 其特征在于所述第一导线和所述第二导线具有不同的形状。
[0020] 其特征在于所述第二导线具有弯曲特性。
[0021] 其特征在于所述第二导线是铜角线圈。
[0022] 其特征在于所述铜角线圈W层状结构所缠绕。
[0023] 其特征在于所述第一导线是绞合线。
[0024] 其特征在于在所述第二线圈部，所述第二导线W层状结构所缠绕。
[0025] 根据如上所述的本实用新型，与现有技术中使用在LDC的变压器相比具有高的漏 电感，代替与小容量相适应地在现有技术中所使用的铜板，将二次侧线圈变更为铜角线圈， 从而容易提高二次侧的应数比。
[0026] 并且，与现有技术相比，可W省略空间W及用于连接铜板的螺钉和螺母。运不仅在 轻负荷，而且在重负荷的情况下，也有利于减少在有源错位正激变换器所产生的切换损失。
【附图说明】
[0027] 图1是示出随时间变化之矩形波形态输入电源的图。
[0028] 图2是示出当为理想开关之情况下，在开关打开和关闭的瞬间，施加于开关的电源 和通过开关所流动之电流的图。
[0029] 图3是示出当为一般的MOSFET之情况下，根据外围电路的寄生成分和开关本身的 延迟，在切换(switching)瞬间施加于开关的电压和通过开关所流动之电流的图。
[0030] 图4是用于说明根据宽的输入电压范围和输出电压范围W及宽的输出电流领域， Duty ratio产生大的值的示例的图。
[0031] 图5是根据本实用新型实施例之有源错位正激变换器的概略电路图。
[0032] 图6是示出根据本实用新型实施例之变压部线圈结构的图。
【具体实施方式】
[0033] 本实用新型的有益之处和特点W及用W达至其的方法是参照附图和详细后述的 实施例便可得W明确。但是，本实用新型并非局限在如下掲示的实施例，而是能W不同的各 种形态来实现，本实施例仅仅是为了使本实用新型的掲示完整，使得本领域的普通技术人 员完整得知实用新型的范畴所提供，本实用新型是根据权利要求的记载规定义。并且，在本 说明书中使用的技术用语是为了说明实施例的，并非为了限定本实用新型。在本说明书中， 单数型语句在不做特别说明的情况下也包含复数型。说明书中所使用的"包含 (comprises)"或者"包括(comprising)"并不排除在所提及的构成要素、步骤、动作及/或部 件之外，还存在或追加有其他一个W上的构成要素、步骤、动作及/或部件。
[0034] W下，参照附图详细说明本实用新型的优选实施例。首先，向各附图的构成要素赋 W附图标记时，对于相同的构成要素，虽然在不同附图中加 W表示，但也尽量赋W相同的符 号，并且在说明本实用新型时，如果对相关公知构成或功能的具体描述有碍于本实用新型 的要旨，那么将省略其详细说明。
[0035] 图5是根据本实用新型实施例之有源错位正激变换器的概略电路图。
[0036] 参照图5,根据本实用新型实施例的有源错位正激变换器100可W包括错位开关部 110、变压部120W及整流部130。
[0037] 错位开关部110错制（clamping)输入电源Vin而能进行交互切换。为此，错位开关 部110可W具有错位电容器Cc、第一开关QA及第二开关化。
[0038] 错位电容器Cc的一端可W连接在输入电源Vin,错位电容器Cc的另一端可W连接 在第一开关QA的一端。第一开关QA可W电连接在错位电容器Cc的另一端与变压部120之间， 第二开关化可W电连接在变压部120与接地之间。
[0039] 错位电容器Cc错制输入电源Vin而能传输到第一开关QA，第一开关QA和第二开关 化通过交互切换而将错制的电源Vc切换并可传输到变压部120。
[0040] 变压部120可通过事先设定的线圈比对由错位开关部110所切换的电源的电压水 平进行变压而加 W输出。为此，变压部120可W包括:第一线圈部化，接收被切换的电源;第 二线圈部化，具有事先设定的线圈数，从而与第一线圈部化形成上述的线圈比，并用W输出 变压的电源。
[0041 ]第一线圈部化的一端可W连接在错位电容器Cc的一端，第一线圈部化的另一端可 W连接在第一开关QA的另一端。此外，第一线圈部化可W包括漏电感成分LK和磁化电感成 分Lm。
[0042] 整流部130可对来自变压部120之第二线圈部Ns的变压后的电源进行整流而加 W 输出。
[0043] 为此，整流部130可W包括第一及第二二极管Dl、D2、输出电感器LoW及输出电容 器Co。
[0044] 第一二极管Dl的阳极连接在第一第二线圈部Nsl的一端，从而可W整流来自第一 第二线圈部化1的变压后的电源。
[0045] 第二二极管D2的阳极连接在第二线圈部Ns2的另一端，从而可W整流来自第二线 圈部化2的变压后的电源。
[0046] 输出电感器Lo的一端可W连接在第一及第二二极管D1、D2的阴极，输出电感器Lo 的另一端可W连接在输出电容器Co。输出电容器Co的一端可W连接在输出电感器Lo的另一 端，输出电感器Lo和输出电容器Co对来自第一及第二二极管D1、D2的整流后的电源进行稳 定，从而可将输出电源Vo传输到负荷R。
[0047] -方面，为了获得用W降低切换损失的零电压切换，需要满足与在开关打开之前， 流动在电路的电流和输入电压、开关两端的电压等各项关联的条件。现整理其结果为如下 数学式1和数学式2。
[004引[数学式。
[0049]
[0050] 在此，Lk是第一线圈部的漏电感成分，Lm是第一线圈部的磁化电感成分，lL_max是最 大漏电流，Cdss是第二开关化的寄生电容成分，Vdsi是第二开关化两端的电压。
[005。[数学式2]
[0化2]
[0053] 数学式1是在特定负荷W下领域用W进行零电压切换的条件。在此，Lk是第一线圈 部的漏电感成分，lL_max是最大漏电流，Cess是第二开关Qm的寄生电容成分，Vdsi是第二开关化 两端的电压。
[0054] 由于作为变压器寄生成分的漏电感和磁化电感有助于零电压切换，因此可W在特 定负荷W下获得零电压切换。特定负荷的基准是意指二次侧输出电感器的电流在一个周期 W内降至OW下，对此可通过如下数学式3进行判断。
[0055] [数学式3]
[0化6]
[0057] 在此，I。是流动在输出电感器的电流，Lo是输出电感器的电感成分，DT是错制时 间，Ns是第二线圈部的线圈数，化是第一线圈部的线圈数，Vin是输入电压，Vo是输出电压。
[0058] 但是，如果不满足数学式3,那么如前述的数学式2,磁化电感成分Lm对零电压切换 不产生影响，因此难W获得零电压切换。
[0059] 据此，为了在所有负荷领域获得零电压切换，有必要使漏电感成分变大，而本实用 新型实施例的零电压开关有源错位正激变换器是提供能使漏电感成分变大的方案。
[0060] 图6是示出本实用新型实施例之变压部线圈结构的剖面图。
[0061] 参照图5和图6,本实用新型实施例的变压部120包括:第一线圈部120_1，接收来自 错位开关部110之被切换的电源;第二线圈部120_2,与所述第一线圈部120_1相电磁结合而 形成事先设定的线圈比，由此对所述被切换的电源的电压水平进行变压。
[0062] 所述第一线圈部120_1包含忍部(未图示）W及由所述忍部所贯通支撑的第一线轴 121，在所述第一线轴121上缠绕有第一导线123。
[0063] 所述第二线圈部120_2是与所述第一线圈部120_1彼此对向配置，并包含忍部(未 图示）W及由所述忍部所贯通支撑的第二线轴122,在所述第二线轴122上缠绕有第二导线 124。
[0064] 本实用新型的实施例，其特征是所述第一线圈部120_1和所述第二线圈部120_2W 规定距离d的间隔而相隔配置。现有技术的变压器是W将一次侧或二次侧的导线缠绕到线 轴(bobbin)上之后，在其之上缠绕二次侧或一次侧导线的方式所制造。此时，在一次侧导线 与二次侧导线之间无缝隙，因此漏电感成分很小，从而在所有负荷领域难W获得零电压切 换。
[0065] 在本实用新型的实施例中，于第一线轴121上缠绕第一导线123而形成第一线圈部 120_1，与此单独地，在第二线轴122上缠绕第二导线124而形成第二线圈部120_2,从而在第 一导线123与第二导线124之间可W形成间隔。据此，可W增加漏电感成分，即便没有追加的 零电压开关用电感器的插入，也可W在所有负荷领域实现零电压切换。
[0066] 而且，所述第一导线123和所述第二导线124可W是不同的材质。例如，所述第一导 线123可W为绞合线化itz wire)材质，而所述第二导线124可W为铜角线圈材质。
[0067] 对于铜角线圈而言，由于具有弯曲特性，因此可容易缠绕到所述第二线轴122,在 增加应数比之时，与现有技术的方式不同而无需连接螺钉和螺母，因此可W省略制造所需 的空间和材料费。
[0068] 另外，所述第二导线124能够W层状结构缠绕到所述第二线轴122。
[0069] 并且，所述第一导线123和所述第二导线124可W具有不同的直径，或者具有不同 的形状。
[0070] 本实用新型所属技术领域的普通技术人员应当理解在不变更本实用新型的技术 思想或必要特征的情况下，能够W不同的具体形态来实施本实用新型。因此，W上所述的实 施例均为示例性的，而不能理解为限定性的。本实用新型的保护范围是相比前述的详细说 明，应当体现在权利要求书中，并且应该解释成权利要求范围W及从其等同概念所推导出 的所有变更或变形的形态均包含在本实用新型的范围之内。
【主权项】
1. 一种改善型零电压开关有源钳位正激变换器，包括:钳位开关部，钳制输入电源而进 行交互切换;变压部，包含第一线圈部和第二线圈部，所述第一线圈部接收来自所述钳位开 关部的被切换的电源，所述第二线圈部与所述第一线圈部相电磁结合而形成事先设定的线 圈比，从而对所述被切换的电源的电压水平进行变压；以及整流部，对来自所述变压部的变 压后的电压进行整流而输出，其中， 所述变压部包含芯部以及由所述芯部所贯通支撑而相互间隔的第一线轴和第二线轴， 在所述第一线轴上缠绕第一导线而形成所述第一线圈部，在所述第二线轴上缠绕第二导线 而形成所述第二线圈部，所述第一线圈部与所述第二线圈部相隔预定距离。2. 如权利要求1所述的改善型零电压开关有源钳位正激变换器，其特征在于所述第一 导线和所述第二导线是不同的材质。3. 如权利要求1所述的改善型零电压开关有源钳位正激变换器，其特征在于所述第一 导线和所述第二导线具有不同的直径。4. 如权利要求1所述的改善型零电压开关有源钳位正激变换器，其特征在于所述第一 导线和所述第二导线具有不同的形状。5. 如权利要求1所述的改善型零电压开关有源钳位正激变换器，其特征在于所述第二 导线具有弯曲特性。6. 如权利要求1所述的改善型零电压开关有源钳位正激变换器，其特征在于所述第二 导线是铜角线圈。7. 如权利要求6所述的改善型零电压开关有源钳位正激变换器，其特征在于所述铜角 线圈以层状结构所缠绕。8. 如权利要求1所述的改善型零电压开关有源钳位正激变换器，其特征在于所述第一 导线是绞合线。9. 如权利要求1所述的改善型零电压开关有源钳位正激变换器，其特征在于在所述第 二线圈部，所述第二导线以层状结构所缠绕。
【文档编号】H02M3/335GK205681316SQ201520996088
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2015年12月3日 公开号201520996088.7, CN 201520996088, CN 205681316 U, CN 205681316U, CN-U-205681316, CN201520996088, CN201520996088.7, CN205681316 U, CN205681316U
【发明人】金头昊
【申请人】现代摩比斯株式会社