基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器

本发明涉及一种基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，属于单级单相无桥整流器拓扑领域。

背景技术：

1、相比于其他隔离型变换器，反激式变换器具有结构简单、元器件数量少、体积小、成本低等优点，常作为前级整流电路在led驱动器等低输出功率场合中广泛应用。传统反激变换器中变压器副边侧存在一个整流二极管，变换器仅能处理直流输入，而对于交流输入需在其前面引入二极管整流桥电路将交流电整流为直流电。由于二极管整流桥的引入，电流路径上始终会有两个二极管导通，因此在输入电压有效值较低的应用场合下反激式整流器的效率普遍较低。

2、针对反激变换器中变压器副边电流仅能单向流动的问题，目前可采用全波整流与全桥整流结构加以解决。全波整流电路使用两个二极管，任意时刻副边电流仅流过一个二极管，损耗小一些，但其存在器件耐压要求较高，变压器副边绕组需要中心抽头、制造麻烦的缺点；全桥整流电路变压器绕组结构简单、器件耐压要求相对较低，但其缺点是使用了四个二极管，元件数较多，且任意时刻副边电流总要流过两个二极管，损耗较大。

技术实现思路

1、针对现有反激式整流器因整流桥导致的损耗较大的问题，本发明提供一种基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器。

2、本发明的一种基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，所述单级无桥隔离反激式整流器包括双向开关、隔离变压器t、二极管d1-d2和输出滤波电容cdc1-cdc2；

3、输入电源的正极与双向开关的一端连接，双向开关的另一端与隔离变压器t原边的同名端连接，输入电源的负极与隔离变压器t原边的异名端连接；

4、隔离变压器t副边的异名端同时与二极管d1的阳极、二极管d2的阴极连接；

5、隔离变压器t副边的同名端同时与输出滤波电容cdc1的负极和输出滤波电容cdc2的正极连接；

6、二极管d1的阴极、输出滤波电容cdc1的正极连接；

7、输出滤波电容cdc2的负极、二极管d2的阳极连接。

8、本发明还提供一种基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，所述单级无桥隔离反激式整流器包括双向开关、隔离变压器t、nmos开关管s3-s4和输出滤波电容cdc1-cdc2；

9、输入电源的正极与双向开关的一端连接，双向开关的另一端与隔离变压器t原边的同名端连接，输入电源的负极与隔离变压器t原边的异名端连接；

10、隔离变压器t副边的异名端同时与nmos开关管s3的源极、nmos开关管s4的漏极连接；

11、隔离变压器t副边的同名端同时与输出滤波电容cdc1的负极和输出滤波电容cdc2的正极连接；

12、nmos开关管s3的漏极、输出滤波电容cdc1的正极连接；

13、输出滤波电容cdc2的负极、nmos开关管s4的源极连接。

14、上述两种基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器中隔离变压器t副边的同名端和异名端还可以调换。

15、作为优选，最大占空比

16、

17、其中，vin_max为工频交流电压的峰值，vdc为负载电压，隔离变压器t的原副边匝数比n:1。

18、作为优选，隔离变压器t的励磁电感的电感值：

19、

20、其中，d为占空比，vin_rms为输入电压有效值，fs为开关频率，pdc为输出功率。

21、本发明的有益效果，在不增添电路复杂性的前提下，本发明拓扑有效去除了交流输入侧的二极管整流桥，电流回路上不存在一直工作的二极管；变压器副边侧采用双电容输出结构，该结构引入了两个二极管，但任意时刻副边电流仅流过一个二极管，损耗较小，同时半导体器件耐压要求相对较低；此外，变压器副边仅需要一个绕组，变压器结构简单且制造容易，同时变压器同名端的连接方式也更为自由，在任何一种连接方式下输出电压均为正极性。

技术特征：

1.基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，其特征在于，所述单级无桥隔离反激式整流器包括双向开关、隔离变压器t、二极管d1-d2和输出滤波电容cdc1-cdc2；

2.基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，其特征在于，所述单级无桥隔离反激式整流器包括双向开关、隔离变压器t、nmos开关管s3-s4和输出滤波电容cdc1-cdc2；

3.基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，其特征在于，所述单级无桥隔离反激式整流器包括双向开关、隔离变压器t、二极管d1-d2和输出滤波电容cdc1-cdc2；

4.基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，其特征在于，所述单级无桥隔离反激式整流器包括双向开关、隔离变压器t、nmos开关管s3-s4和输出滤波电容cdc1-cdc2；

5.根据权利要求1、2、3或4所述的基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，其特征在于，最大占空比

6.根据权利要求5所述的基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，其特征在于，隔离变压器t的励磁电感的电感值：

7.根据权利要求5所述的基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，其特征在于，整流器工作于断续导通模式。

8.根据权利要求5所述的基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，其特征在于，双向开关管采用反向串联功率开关管，且采用同一控制信号进行驱动。

9.根据权利要求5所述的基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器，其特征在于，输入电源的输入电压vac＝vin_max sin(ωt)，为工频交流电压的峰值，ω为角频率，t为时间。

技术总结
基于双电容输出结构的单级无桥隔离反激式整流器,现有反激式整流器因整流桥导致的损耗较大的问题，属于单级单相无桥整流器拓扑领域。本发明包括双向开关、隔离变压器T、二极管D<subgt;1</subgt;‑D<subgt;2</subgt;和输出滤波电容C<subgt;dc1</subgt;‑C<subgt;dc2</subgt;；在不增添电路复杂性的前提下，本发明拓扑有效去除了交流输入侧的二极管整流桥，电流回路上不存在一直工作的二极管；变压器副边侧采用双电容输出结构，该结构引入了两个二极管，但任意时刻副边电流仅流过一个二极管，损耗较小，同时半导体器件耐压要求相对较低；此外，变压器副边仅需要一个绕组，变压器结构简单且制造容易，同时变压器同名端的连接方式也更为自由，在任何一种连接方式下输出电压均为正极性。

技术研发人员：李浩昱,丁明远,邢延林,叶一舟,马珂
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16