一种三磁路高频变压器及其dc-dc电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种三磁路高频变压器及其DC-DC电路，该三磁路高频变压器包括三个磁柱和两个磁轭，所述磁柱水平排列，磁轭竖直排列，磁柱和磁轭构成一日字型三磁路磁芯，每个磁柱都带有一个原边绕组和一个副边绕组，且三个原边绕组相同，三个副边绕组相同。三磁路高频变压器磁路互相钳位不易饱和，提高了电路拓扑的安全性，整个电路拓扑的功率由三路平分，提高了功率元件的利用率，在同等功率下节省了元器件的数量。
【专利说明】—种三磁路高频变压器及其DC-DC电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种三磁路高频变压器及其DC-DC电路，属于变压器领域。
【背景技术】
[0002]现有的大功率高频开关电源，无论是正激、反激、桥式、半桥式、推挽式等，在主功率变压器方面，都是单磁路的，也就是原边、副边在一个周期中只有一个磁路来完成能量转换，如同工频电源中的单相变压器。这种单磁路的变压器及其配套电路拓扑设计比较简单成熟，但是存在以下问题:对于原边电流单向流动的电路，变压器如果没有磁复位电路将很快饱和而故障；对于原边电流双向流动的电路,需额外增加功率开关元件数量,增加了电路的损耗和成本，也提高了设计难度；任一功率开关元件及其驱动电路发生故障，将导致整个电路拓扑被摧毁而难以预防。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的，在于提供一种三磁路高频变压器，磁路互相钳位不易发生饱和，提高了电路的安全性。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下:
[0005]一种三磁路高频变压器，包括三个磁柱和两个磁轭，所述磁柱水平排列，磁轭竖直排列，磁柱和磁轭构成一日字型三磁路磁芯，每个磁柱都带有一个原边绕组和一个副边绕组，且三个原边绕组相同，三个副边绕组相同。
[0006]一种三磁路高频变压器的DC-DC电路，包括正输入端、负输入端、正输出端、负输出端、第一?第六二极管、负载，还包括如上所述的一种三磁路高频变压器，第一?第三开关元件，所述三磁路高频变压器包括第一?第三原边和第一?第三副边，所述正输入端分别连接第一?第三原边的同名端，负输入端经第一开关元件连接第一原边的另一端，负输入端经第二开关元件连接第二原边的另一端，负输入端经第三开关元件连接第三原边的另一端；第一副边的同名端连接第三副边的另一端、第三二极管的阴极和第六二极管的阳极，第一副边的另一端连接第二副边的同名端、第一二极管的阴极和第四二极管的阳极；第二副边的同名端连接第一二极管的阴极和第四二极管的阳极，第二副边的另一端连接第三副边的同名端、第二二极管的阴极和第五二极管的阳极；第三副边的同名端连接第二二极管的阴极和第五二极管的阳极，第三副边的另一端连接第三二极管的阴极和第六二极管的阳极；第一?第三二极管的阳极连接负输出端，第四?第六二极管的阴极连接正输出端，正输出端与负输出端之间连接负载。
[0007]优选的，所述第一?第三开关元件为MOS管或IGBT或三极管。
[0008]优选的，所述第一?第三原边的同名端各自连接一正输入端。
[0009]采用上述方案后，本实用新型的一种三磁路高频变压器及其DC-DC电路，三磁路闻频变压器磁路互相甜位不易饱和，提闻了电路拓扑的安全性，整个电路拓扑的功率由二路平分，提高了功率元件的利用率，在同等功率下节省了元器件的数量。【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的一种三磁路高频变压器的结构示意图。
[0011]图2是本实用新型的一种三磁路高频变压器的DC-DC电路图。
[0012]其中:1、2、3为磁柱，NP1、NP2、NP3 为原边，NS1、NS2、NS3 为副边，K1、K2、K3 为开关元件，DU D2、D3、D4、D5、D6为二极管，Vi+为正输入端，V1-为负输入端，Vo+为正输出端，Vo-为负输出端，R-1oad为负载。
【具体实施方式】
[0013]下面将结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。
[0014]如图1所示，为本实用新型的一种三磁路高频变压器的结构示意图，包括三个磁柱1、2、3和两个磁轭,磁柱1、2、3呈水平排列,磁轭竖直排列,三个磁柱和两个磁轭构成一日字型三磁路磁芯，每个磁柱都带有一个原边绕组和一个副边绕组，且三个原边绕组NPl、ΝΡ2、ΝΡ3的匝数、线径、绕法等参数一致，三个副边绕组NS1、NS2、NS3的匝数、线径、绕法等参数一致，三个磁柱1、2、3通过磁轭实现磁场互耦。
[0015]如图2所示，为一种三磁路高频变压器的DC-DC电路图，包括正输入端Vi+、负输入端V1-,正输出端Vo+、负输出端Vo-, 二极管Dl、D2、D3、D4、D5、D6，负载R-load，还包括如上所述的一种三磁路高频变压器，开关元件K1、K2、K3，所述三磁路高频变压器包括三个原边NPl、NP2、NP3和三个副边NSl、NS2、NS3，所述正输入端Vi+分别连接NPl、NP2、NP3的同名端，负输入端V1-经Kl连接NPl的另一端，负输入端V1-经K2连接NP2的另一端，负输入端V1-经K3连接NP3的另一端；NS1的同名端连接NS3的另一端、D3的阴极和D6的阳极，NSl的另一端连接NS2的同名端、Dl的阴极和D4的阳极；NS2的同名端连接Dl的阴极和D4的阳极，NS2的另一端连接NS3的同名端、D2的阴极和D5的阳极；NS3的同名端连接D2的阴极和D5的阳极，NS3的另一端连接D3的阴极和D6的阳极；Dl、D2、D3的阳极连接负输出端Vo-，D4、D5、D6的阴极连接正输出端Vo+，正输出端Vo+与负输出端Vo-之间连接负载R-load。
[0016]在三磁路高频变压器的原边部分，K1/NP1、K2/NP2、K3/NP3分别组成三个回路，按照一个周期内频率和脉宽相等、相位差120度轮流进行通断控制。周期是三个回路中，任一回路两次导通之间的时间。轮流通断可以是两种情况:第一种，在前一个回路导通结束后完全关断再导通后一个回路，同一周期内每一个回路导通均小于1/3时间，也即每个回路在同一周期内占空比< 33%，以下描述采用该模式；第二种，前一个回路导通未结束但周期相位运行达到120度时，后一个回路同时导通，但不允许三个回路同时导通，也即每一个回路在同一周期内最大占空比< 66%。
[0017]当电路工作时，Kl先导通，K2、K3开路，NPl有电流流过，NSl通过磁柱I传递功率并经过后端二极管桥输出直流。同时，由于磁柱2、磁柱3作为磁柱I的磁回路一部分,各有一半反向磁场通过，由于NS2、NS3是串联的，所以虽然各自感应电压只有NSl的一半，但是在输出端形成叠加电压与NSl —样,与NSl形成并联输出。
[0018]当Kl关闭，K2导通时NP2通过电流，则NP2将对磁柱2的磁场矫正反向，此时，作为磁柱2的磁回路组成部分，磁柱I的磁场将被反向矫正，磁柱3继续维持原有方向并加强。由于此时的磁柱I只是整个磁柱2回路的一部分,磁柱I的磁场并不会被立刻全部矫正，而磁柱3的磁场会被加强，但NS1、NS3输出的电压因为与NS2并联，所以被平衡到与NS2一致，相应的3个磁柱的磁场强度也被钳位，防止了单向饱和。
[0019]同理，当K2关闭，K3导通时NP3通过电流，则NP3将对磁柱3的磁场矫正反向，此时，作为磁柱3的磁回路组成部分，磁柱2的磁场将被反向矫正，磁柱I维持原有方向并加强。由于此时的磁柱2只是整个磁柱3回路的一部分,磁柱2的磁场并不会被立刻全部矫正，而磁柱I的磁场会被加强，但NSl、NS2输出的电压因为与NS3并联，所以被平衡到与NS3一致，相应的3个磁柱的磁场强度也被钳位，防止了单向饱和。
[0020]当电路任一回路发生故障时，由于尚存两个回路，磁场不至于迅速饱和故障，故有足够的时间让保护功能控制电路动作，不易发生灾难性故障。虽然本实用新型使用了三个磁路，三套功率元件，表面上比半桥、推挽式的元件多，但是实际上因为工作时，三个回路都在完整的输出功率，并不是如同半桥、推挽式中，只有一半元件在工作，另一半闲置，故而提高了元件利用率。三个磁路的绕组，始终平分功率电流，不存在绕组空闲的情况，磁路、绕组利用率高。
[0021]三个原边的同名端，还可以不连接同一个正输入端，而是分别连接三个输入电源，使得电路运行时，三个绕组分别从三路电源获取能量，其他不变。
[0022]以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
【权利要求】
1.一种三磁路高频变压器，其特征在于:包括三个磁柱和两个磁轭，所述磁柱水平排列，磁轭竖直排列，磁柱和磁轭构成一日字型三磁路磁芯，每个磁柱都带有一个原边绕组和一个副边绕组，且三个原边绕组相同，三个副边绕组相同。
2.—种三磁路高频变压器的DC-DC电路，包括正输入端、负输入端、正输出端、负输出端、第一?第六二极管、负载，其特征在于:还包括如权利要求1所述的一种三磁路高频变压器，第一?第三开关元件，所述三磁路高频变压器包括第一?第三原边和第一?第三副边，所述正输入端分别连接第一?第三原边的同名端，负输入端经第一开关元件连接第一原边的另一端，负输入端经第二开关元件连接第二原边的另一端，负输入端经第三开关元件连接第三原边的另一端；第一副边的同名端连接第三副边的另一端、第三二极管的阴极和第六二极管的阳极，第一副边的另一端连接第二副边的同名端、第一二极管的阴极和第四二极管的阳极；第二副边的同名端连接第一二极管的阴极和第四二极管的阳极，第二副边的另一端连接第三副边的同名端、第二二极管的阴极和第五二极管的阳极；第三副边的同名端连接第二二极管的阴极和第五二极管的阳极，第三副边的另一端连接第三二极管的阴极和第六二极管的阳极；第一?第三二极管的阳极连接负输出端，第四?第六二极管的阴极连接正输出端，正输出端与负输出端之间连接负载。
3.如权利要求2所述的一种三磁路高频变压器的DC-DC电路，其特征在于:所述第一?第三开关元件为MOS管或IGBT或三极管。
4.如权利要求2所述的一种三磁路高频变压器的DC-DC电路，其特征在于:所述第一?第三原边的同名端各自连接一正输入端。
【文档编号】H02M3/08GK203774045SQ201320886911
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】秦军 申请人:江苏嘉钰新能源技术有限公司