专利名称：多变换器的输出可级联的开关电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多变换器的输出可级联的开关电源，尤其涉及一种电压可在较宽范围内连续调节、具有低压带大负载能力的、可级联使用的大功率开关电源。
背景技术：
目前，市场上常用的电化学电源为了满足各种要求，所用的开关电源需要在较大范围内(通常为0.1 100V)输出电压可调，而且在输出电压为0. IV时，仍要求输出电流可达到额定值。由于所采用的开关器件和变压器等的损耗，输出电压较低、输出功率较小时， 开关电源的整体效率很低，而且在低电压(通常IV以下)时，很难达到额定电流输出。为了适应更为广泛的应用场合，对于同型号的大功率开关电源要求可并联或串联使用，这就要求开关电源具有均压和均流的能力。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出一种较宽范围内电压连续可调的大功率电源，采用多组变换器的拓扑结构，可满足在低压时输出额定电流的工况。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括多组变换器、整流器、高频变压器、驱动模块、电源控制器、均联控制器，其中多组变换器用于将直流转换为交流；整流器用于将交流变换为直流；高频变压器用于升压或降压；驱动模块用于选择并驱动变换器的开关器件；电源控制器用于输出单个电源单体的控制信号；均联控制器用于级联多台该开关电源。所述的多组变换器可采用全桥变换器或半桥变换器，根据输出电压的范围确定变换器的数量，具体是根据所要求的可输出额定电流的最低电压。增加变换器的数量，也可以提高开关电源的整体效率，多组变换器的结构要相同。所述的整流器可采用全桥整流形式或半桥整流形式。所述的高频变压器初级绕组的数量与多组变换器的数量相同，若采用全桥变换器，每个初级绕组不用中间抽头，若采用半桥变换器，每个初级绕组需增加中间抽头，次级绕组的形式由整流器的结构决定，全桥整流器不需要中间抽头，半桥整流器需中间抽头。所述的驱动模块由驱动电路、光耦、及光耦的使能信号组成，每一个开关器件对应一个驱动电路、光耦及其使能信号，光耦的使能信号由选择信号与级联信号与门后决定，通过控制光耦的使能来控制变换器是否工作。驱动电路由驱动芯片与驱动变压器组成，驱动芯片增强了信号的驱动能力，驱动变压器初级侧有一个绕组，次级侧有两个绕组，将一组驱动信号变换为两组互补的驱动信号，用来驱动一个桥臂的上、下两个开关器件。当光耦不使能时，驱动变压器的输出无法产生电压差，也就无法驱动开关器件，开关器件处于关断状态，相应的变换器不工作。所述的电源控制器只有一个，驱动多组变换器，设定一个基本变换器，该变换器一直保持工作状态，对该变换器采样，以决定电源控制器下一时刻输出的驱动信号。
所述的级联控制器控制多台开关电源，可使得多台开关电源并联或串联输出，每个开关电源设置输出电压的采样端口、输出电流的采样端口、级联信号端口、“独立/级联开关”。 如果“独立/级联开关”处于“独立”状态，级联信号就处于高，光耦的使能信号由选择信号决定；如果“独立/级联开关”处于“级联”状态，将由级联控制器控制该信号，使得该开关电源正常工作，输出“高”级联信号，若该开关电源不工作，输出“低”级联信号。串联时，将各开关电源输出电压的采样端口和级联信号端口连接到级联控制器， 级联控制器比较各输出电压，得到最小的输出电压，设定一个允许的限值，在限制范围内的开关电源继续工作，超过限值的开关电源的级联信号为低，该开关电源的所有驱动模块的光耦将不使能，该开关电源处于失效状态，每次采样到输出电压的数据要进行此操作；并联时，采样输出电流进行比较，得到最小的输出电流，设定一个允许的限值，在限值范围内的开关电源继续工作，超过限值的开关电源的级联信号为低，该开关电源的所有驱动模块中光耦将不使能，每次采样到输出电流的数据要进行此操作。级联控制器对于输出电压或电流的采样，采样频率要高一些，与逆变器的开关频率接近为宜。光耦使能信号中的选择信号由开关电源的输出电压决定，各变换器是并联结构， 向高频变压器初级侧绕组输入的电压波形完全相同，保持同步，相当于初级绕组并联，从而改变高频变压器初级侧与次级侧绕组的匝数比，工作的变换器越多，初级侧与次级侧匝数比越低，输出电压越高。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果第一、开关电源可在较宽的电压范围内连续调节；第二、低压时仍可以输出额定电流；第三、采用多逆变器结构，开关电源整体效率较高；第四、设计了均压、均流的级联控制电路，单体开关电源可实现串联和并联同时使用，增大电源的容量。
图1为全桥3变换器的输出可级联的开关电源的拓扑结构；图2为半桥3变换器的输出可级联的开关电源的拓扑结构；图3为全桥3变换器的输出可级联的开关电源的驱动模块；图4为可满足3台开关电源级联的级联控制器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 因此，应当明白，所附的权利要求意欲涵盖落入本发明的真实精神的所有这些修改和改变。如图1所示，本实施例包括变换器11、变换器12、变换器13、高频变压器T、整流器14，其中高频变压器T输入绕组有3个，输出绕组1个，且都没有中间抽头；变换器11、 12、13并联，输入为Uin,三个变换器结构相同，都为全桥变换器；整流器14为全桥整流器，其中Uout与U1需外接端口，供级联控制器使用。变换器11由4个反并联二极管的开关器件Sn、S12、S13、Sw组成；变换器12由4个反并联二极管的开关器件^1A22A23Am组成；变换器13由4个反并联二极管的开关器件 S31 > S32> s33> S34组成。根据输出电压的量程，选择变换器工作的数量，若额定电压为U,当输出电压Uout在0 U/3时，变换器11工作；当输出电压Uout在U/3 2U/3时，变换器11和 12工作；当输出电压队^在2~3 U时，变换器11、12和13同时工作。处于工作状态的变换器的驱动信号完全相同，变换器处于同步状态，其输出的交流波形完全相同，对应的变压器T的初级绕组相当于并联，改变了变压器T的初级、次级匝数比，得到较高的输出电压。如图2所示，为本发明的另一实施例，本实施例包括变换器21、变换器22、变换器23、高频变压器T、整流器M，其中高频变压器T输入绕组有3个，输出绕组1个，且都有中间抽头；变换器21、22、23并联，输入为Uin，三个变换器结构相同，都为半桥变换器，每个变换器只需要两个开关器件；整流器M为半桥整流器，只需要两个快速二极管，其中Uout 与U1需外接端口，供级联控制器使用。如图3所示，为图1实施例中3个变换器的驱动模块，选择变换器11为基本变换器，采样变换器11的输出电压得到电源控制器下一时刻的驱动信号，经过光耦隔离后输入给驱动电路，光耦1、2、3分别由四个光耦合器组成，四个光耦合器的使能信号完全相同，且光耦1、2、3使能的级联信号完全相同，由“独立/级联开关”或级联控制器控制，而光耦1、 2、3使能的选择信号由输出电压的范围决定。当光耦合器不使能时，不管电源控制器输出的驱动信号为高或低，经过光耦合器输入到驱动电路的信号都一直为高。驱动电路由驱动芯片与驱动变压器组成，驱动芯片增强了信号的驱动能力，驱动变压器初级侧有一个绕组，次级侧有两个绕组，将一组驱动信号变换为两组互补的驱动信号，用来驱动一个桥臂的上、下两个开关器件。当光耦合器不使能时，驱动变压器的输出无法产生电压差，也就无法驱动开关器件，开关器件处于关断状态，相应的变换器不工作。驱动信号Gn、G12、G13、G14对应开关器件Sn、S12, S13、S14 ；驱动信号(}21、G22, G23> G24对应开关器件S22, S23> S24 ；驱动信号&3” G32、G33、G34 对应开关器件S31、
S32、S33、S340如图4所示为可满足3台开关电源级联的级联控制器，FPGA为串口采样芯片提供时钟和使能信号，采样1、2、3的时钟和使能信号完全相同以保证采样数据的同时性。串联运行时，将各开关电源输出电压U-经过采样1、2、3输入到FPGA，FPGA比较各输出电压， 得到最小的输出电压，设定一个允许的限值，在限制范围内的开关电源继续工作，超过限值的开关电源的级联信号为低，该开关电源的所有驱动模块的光耦将不使能，该开关电源处于不工作状态，每次采样到输出电压的数据要进行此操作；并联时，采样输出电流仏进行比较，得到最小的输出电流，设定一个允许的限值，在限值范围内的开关电源继续工作，超过限值的开关电源的级联信号为低，该开关电源的所有驱动模块中光耦将不使能，每次采样到输出电流的数据要进行此操作。级联控制器输出的级联信号1、2、3与采样的开关电源1、 2、3对应。
权利要求
1.一种多变换器的输出可级联的开关电源，包括多组变换器、整流器、高频变压器、 驱动模块、电源控制器、均联控制器，其中多组变换器用于将直流转换为交流；整流器用于将交流变换为直流；高频变压器用于升压或降压；驱动模块用于选择并驱动变换器的开关器件；电源控制器用于输出单个电源单体的控制信号；均联控制器用于级联多台该开关电源。
2.根据权利要求1所述的多变换器的输出可级联的开关电源，其特征是，所述的多组变换器可采用全桥变换器或半桥变换器，且多组变换器的结构要相同。
3.根据权利要求1所述的多变换器的输出可级联的开关电源，其特征是，所述的整流器可采用全桥整流形式或半桥整流形式。
4.根据权利要求1所述的多变换器的输出可级联的开关电源，其特征是，所述的高频变压器初级绕组的数量与多组变换器的数量相同，若采用全桥变换器，每个初级绕组不用中间抽头，若采用半桥变换器，每个初级绕组需增加中间抽头，次级绕组的形式由整流器的结构决定，全桥整流器不需要中间抽头，半桥整流器需中间抽头。
5.根据权利要求1所述的多变换器的输出可级联的开关电源，其特征是，所述的驱动模块由驱动电路、光耦、及光耦的使能信号组成，每一个开关器件对应一个驱动电路、光耦及其使能信号，光耦的使能信号由选择信号与级联信号与门后决定，通过控制光耦的使能来控制变换器是否工作，当光耦不使能时，驱动变压器的输出无法产生电压差，也就无法驱动开关器件，开关器件处于关断状态，相应的变换器不工作。
6.根据权利要求1所述的多变换器的输出可级联的开关电源，其特征是，所述的电源控制器只有一个，驱动多组变换器，以保证处于工作状态的多组变换器同步。
7.根据权利要求1所述的多变换器的输出可级联的开关电源，其特征是，所述的级联控制器控制多台开关电源，可使得多台开关电源并联或串联输出，每个开关电源设置输出电压的采样端口、输出电流的采样端口、级联信号端口、“独立/级联开关”，如果“独立/级联开关”处于“独立”状态，级联信号就处于高，光耦的使能信号由选择信号决定；如果“独立/级联开关”处于“级联”状态，将由级联控制器控制该信号，使得该开关电源正常工作， 输出“高”级联信号，若该开关电源不工作，输出“低”级联信号。
8.根据权利要求7所述的多变换器的输出可级联的开关电源，其特征是，开关电源串联时，将各开关电源输出电压的采样端口和级联信号端口连接到级联控制器，级联控制器比较各输出电压，得到最小的输出电压，设定一个允许的限值，在限制范围内的开关电源继续工作，超过限值的开关电源的级联信号为低，该开关电源的所有驱动模块的光耦将不使能，该开关电源处于失效状态，每次采样到输出电压的数据要进行此操作；开关电源并联时，采样输出电流进行比较，得到最小的输出电流，设定一个允许的限值，在限值范围内的开关电源继续工作，超过限值的开关电源的级联信号为低，该开关电源的所有驱动模块中光耦将不使能，每次采样到输出电流的数据要进行此操作。
9.根据权利要求1所述的多变换器的输出可级联的开关电源，其特征是，光耦使能信号中的选择信号由开关电源的输出电压决定，各变换器是并联结构，向高频变压器初级侧绕组输入的电压波形完全相同，保持同步，相当于初级绕组并联，从而改变高频变压器初级侧与次级侧绕组的匝数比，工作的变换器越多，初级侧与次级侧匝数比越低，输出电压越尚ο
全文摘要
一种多变换器的输出可级联的开关电源，包括多组变换器、整流器、高频变压器、驱动模块、电源控制器、均联控制器，其中多组变换器用于将直流转换为交流；整流器用于将交流变换为直流；高频变压器用于升压或降压；驱动模块用于选择并驱动变换器的开关器件；电源控制器用于输出单个电源单体的控制信号；均联控制器用于级联多台该开关电源。该开关电源可用于电化学领域。
文档编号H02M3/335GK102281007SQ20111025319
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者刘闯 申请人:刘闯