改善型零電壓開關(guān)有源鉗位正激變換器的制造方法
【專利摘要】一種在所有負(fù)荷領(lǐng)域通過零電壓開關(guān)能提高效率的改善型零電壓開關(guān)有源鉗位正激變換器，其包括：鉗位開關(guān)部，鉗制輸入電源而進(jìn)行交互切換；變壓部，包含第一線圈部和第二線圈部，所述第一線圈部接收來自所述鉗位開關(guān)部的被切換的電源，所述第二線圈部與所述第一線圈部相電磁結(jié)合而形成事先設(shè)定的線圈比，從而對所述被切換的電源的電壓水平進(jìn)行變壓；以及整流部，對來自所述變壓部的變壓后的電壓進(jìn)行整流而輸出。其中，所述變壓部包含芯部以及由所述芯部所貫通支撐的第一線軸和第二線軸，在所述第一線軸上纏繞第一導(dǎo)線而形成所述第一線圈部，在所述第二線軸上纏繞第二導(dǎo)線而形成所述第二線圈部，所述第一線圈部與所述第二線圈部相隔規(guī)定距離。
【專利說明】
改善型零電壓開關(guān)有源錯位正激變換器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型設(shè)及改善型零電壓開關(guān)有源錯位正激變換器（Improved ZVS active clamp forward convener)，更詳細(xì)地，設(shè)及在所有負(fù)荷領(lǐng)域通過零電壓開關(guān)能提高效率 的改善型零電壓開關(guān)有源錯位正激變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，欲要驅(qū)動由引擎和電機(jī)來驅(qū)動的混合動力汽車和僅由電機(jī)來驅(qū)動的電動汽 車的電機(jī)時，則需要高電壓和電流，為此需要具備作為電力控制單元的混合動力控制單元 化PCU:Hybrid Power Control Unit)。冊CU是由低電壓DC-DC轉(zhuǎn)換器化DC:Low Voltage DC-DC Conve;rte;r)、變換器、混合控制單元化CUiHybrid Control Unit)等電源供給產(chǎn)品構(gòu) 成。
[0003] 其中，LDC將從裡離子電池所接受的高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為低電壓而向汽車的電氣 設(shè)備供給電能，其由電力部和用于控制電力部的控制部來構(gòu)成。
[0004] 電力部由配電板（Power Board)、變壓器（Transformer)、輸出板（Output Board) 等構(gòu)成，控制部由控制板(ControI Board)構(gòu)成。
[0005] 對于配電板而言，根據(jù)LDC的輸出容量其可使用的電路甚多，而在小容量的LDC之 情況下，適合使用有源錯位正激變換器。
[0006] -方面，通過配電板向變壓器的一次側(cè)施加如圖1所示之隨時間變化的矩形波形 態(tài)的高電壓時，通過一次側(cè)線圈會有電流流動，從而在鐵忍(core)內(nèi)部產(chǎn)生磁通。
[0007] 此時，磁通會通過二次側(cè)線圈從而產(chǎn)生感應(yīng)電力，通過該原理一次側(cè)的能量被傳 遞到二次側(cè)。用戶通過調(diào)整一次側(cè)和二次側(cè)線圈的應(yīng)數(shù)比（TurnRatio) W及向一次側(cè)施加 之電壓的時間來可W進(jìn)行升壓和降壓。
[000引在此，用于調(diào)整向變壓器施加之輸入電壓的時間（Duty ratio,0<D<1)的是開關(guān) (MOSFET)。對于Duty而言，當(dāng)輸入電壓越小，所希望的輸出電壓越大，或者輸出電流越大時， Duty應(yīng)當(dāng)越大。
[0009] 理想的開關(guān)是在開關(guān)打開和關(guān)閉的瞬間施加于開關(guān)的電壓與通過開關(guān)流動的電 流的乘積為如圖2所示始終等于零。對于有源錯位正激變換器來講，在輕負(fù)荷條件下，因存 在于電路之寄生成分(變壓器的漏電感、MOSFET的輸出電容）的共振而(零電壓開關(guān))開關(guān)被 打開時所產(chǎn)生的切換損失接近于零。
[0010] 雖然電路W上述方式工作，但對于一般的MOSFET而言，因外圍電路的寄生成分和 開關(guān)本身的延遲而在切換（switching)瞬間產(chǎn)生電壓和電流的乘積，由此會發(fā)生如圖3所示 的電力消耗(P = VI,W = Pt)。運(yùn)既為切換損失，對于有源錯位正激變換器來講，與一般的全 橋型電路相反，當(dāng)負(fù)荷大時，產(chǎn)生的切換損失也大。一般而言，開關(guān)WlOOk化工作，此時的損 失太大而發(fā)熱量變多，當(dāng)運(yùn)些熱不能順利排放時，可能會引起開關(guān)的燒毀，LDC整體的工作 會停止。
[0011] 另外，如圖4所示，當(dāng)根據(jù)寬的輸入電壓范圍和輸出電壓范圍W及寬的輸出電流領(lǐng) 域而Duty ratio具有大的值時，變壓器的重置時間不足而變壓器飽和，或者會向開關(guān)施加 高的瞬間電壓，從而具有電路燒毀的危險。
[0012] 為了防止該情形而調(diào)節(jié)變壓器的應(yīng)數(shù)比，如果增加二次側(cè)的應(yīng)數(shù)，可降低該危險。 但是，當(dāng)用W往的銅板來構(gòu)成二次側(cè)的導(dǎo)線(wire)時，需要將兩個銅板用螺釘和螺母來連 接，但運(yùn)存在增加變壓器所占空間和所使用部件數(shù)的問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0013] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)課題是提供一種在所有負(fù)荷領(lǐng)域通過零電壓開關(guān)能提 高效率的改善型零電壓開關(guān)有源錯位正激變換器。
[0014] 本實(shí)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過W下的記載可 使本領(lǐng)域的技術(shù)人員得W明確理解。
[0015] 為了達(dá)到上述實(shí)用新型目的，根據(jù)本實(shí)用新型一方面的改善型零電壓開關(guān)有源錯 位正激變換器，包括:錯位開關(guān)部，錯制輸入電源而進(jìn)行交互切換;變壓部，包含第一線圈部 和第二線圈部，所述第一線圈部接收來自所述錯位開關(guān)部的被切換的電源，所述第二線圈 部與所述第一線圈部相電磁結(jié)合而形成事先設(shè)定的線圈比，從而對所述被切換的電源的電 壓水平進(jìn)行變壓；W及整流部，對來自所述變壓部的變壓后的電壓進(jìn)行整流而輸出。
[0016] 其中，所述變壓部包含忍部W及由所述忍部所貫通支撐的第一線軸和第二線軸， 在所述第一線軸上纏繞第一導(dǎo)線而形成所述第一線圈部，在所述第二線軸上纏繞第二導(dǎo)線 而形成所述第二線圈部，所述第一線圈部與所述第二線圈部相隔規(guī)定距離。
[0017] 特征在于所述第一導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線是不同的材質(zhì)。
[0018] 特征在于所述第一導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線具有不同的直徑。
[0019] 其特征在于所述第一導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線具有不同的形狀。
[0020] 其特征在于所述第二導(dǎo)線具有彎曲特性。
[0021] 其特征在于所述第二導(dǎo)線是銅角線圈。
[0022] 其特征在于所述銅角線圈W層狀結(jié)構(gòu)所纏繞。
[0023] 其特征在于所述第一導(dǎo)線是絞合線。
[0024] 其特征在于在所述第二線圈部，所述第二導(dǎo)線W層狀結(jié)構(gòu)所纏繞。
[0025] 根據(jù)如上所述的本實(shí)用新型，與現(xiàn)有技術(shù)中使用在LDC的變壓器相比具有高的漏 電感，代替與小容量相適應(yīng)地在現(xiàn)有技術(shù)中所使用的銅板，將二次側(cè)線圈變更為銅角線圈， 從而容易提高二次側(cè)的應(yīng)數(shù)比。
[0026] 并且，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可W省略空間W及用于連接銅板的螺釘和螺母。運(yùn)不僅在 輕負(fù)荷，而且在重負(fù)荷的情況下，也有利于減少在有源錯位正激變換器所產(chǎn)生的切換損失。
【附圖說明】
[0027] 圖1是示出隨時間變化之矩形波形態(tài)輸入電源的圖。
[0028] 圖2是示出當(dāng)為理想開關(guān)之情況下，在開關(guān)打開和關(guān)閉的瞬間，施加于開關(guān)的電源 和通過開關(guān)所流動之電流的圖。
[0029] 圖3是示出當(dāng)為一般的MOSFET之情況下，根據(jù)外圍電路的寄生成分和開關(guān)本身的 延遲，在切換(switching)瞬間施加于開關(guān)的電壓和通過開關(guān)所流動之電流的圖。
[0030] 圖4是用于說明根據(jù)寬的輸入電壓范圍和輸出電壓范圍W及寬的輸出電流領(lǐng)域， Duty ratio產(chǎn)生大的值的示例的圖。
[0031] 圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例之有源錯位正激變換器的概略電路圖。
[0032] 圖6是示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例之變壓部線圈結(jié)構(gòu)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 本實(shí)用新型的有益之處和特點(diǎn)W及用W達(dá)至其的方法是參照附圖和詳細(xì)后述的 實(shí)施例便可得W明確。但是，本實(shí)用新型并非局限在如下掲示的實(shí)施例，而是能W不同的各 種形態(tài)來實(shí)現(xiàn)，本實(shí)施例僅僅是為了使本實(shí)用新型的掲示完整，使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員完整得知實(shí)用新型的范疇所提供，本實(shí)用新型是根據(jù)權(quán)利要求的記載規(guī)定義。并且，在本 說明書中使用的技術(shù)用語是為了說明實(shí)施例的，并非為了限定本實(shí)用新型。在本說明書中， 單數(shù)型語句在不做特別說明的情況下也包含復(fù)數(shù)型。說明書中所使用的"包含 (comprises)"或者"包括(comprising)"并不排除在所提及的構(gòu)成要素、步驟、動作及/或部 件之外，還存在或追加有其他一個W上的構(gòu)成要素、步驟、動作及/或部件。
[0034] W下，參照附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。首先，向各附圖的構(gòu)成要素賦 W附圖標(biāo)記時，對于相同的構(gòu)成要素，雖然在不同附圖中加 W表示，但也盡量賦W相同的符 號，并且在說明本實(shí)用新型時，如果對相關(guān)公知構(gòu)成或功能的具體描述有礙于本實(shí)用新型 的要旨，那么將省略其詳細(xì)說明。
[0035] 圖5是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例之有源錯位正激變換器的概略電路圖。
[0036] 參照圖5,根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的有源錯位正激變換器100可W包括錯位開關(guān)部 110、變壓部120W及整流部130。
[0037] 錯位開關(guān)部110錯制（clamping)輸入電源Vin而能進(jìn)行交互切換。為此，錯位開關(guān) 部110可W具有錯位電容器Cc、第一開關(guān)QA及第二開關(guān)化。
[0038] 錯位電容器Cc的一端可W連接在輸入電源Vin,錯位電容器Cc的另一端可W連接 在第一開關(guān)QA的一端。第一開關(guān)QA可W電連接在錯位電容器Cc的另一端與變壓部120之間， 第二開關(guān)化可W電連接在變壓部120與接地之間。
[0039] 錯位電容器Cc錯制輸入電源Vin而能傳輸?shù)降谝婚_關(guān)QA，第一開關(guān)QA和第二開關(guān) 化通過交互切換而將錯制的電源Vc切換并可傳輸?shù)阶儔翰?20。
[0040] 變壓部120可通過事先設(shè)定的線圈比對由錯位開關(guān)部110所切換的電源的電壓水 平進(jìn)行變壓而加 W輸出。為此，變壓部120可W包括:第一線圈部化，接收被切換的電源;第 二線圈部化，具有事先設(shè)定的線圈數(shù)，從而與第一線圈部化形成上述的線圈比，并用W輸出 變壓的電源。
[0041 ]第一線圈部化的一端可W連接在錯位電容器Cc的一端，第一線圈部化的另一端可 W連接在第一開關(guān)QA的另一端。此外，第一線圈部化可W包括漏電感成分LK和磁化電感成 分Lm。
[0042] 整流部130可對來自變壓部120之第二線圈部Ns的變壓后的電源進(jìn)行整流而加 W 輸出。
[0043] 為此，整流部130可W包括第一及第二二極管Dl、D2、輸出電感器LoW及輸出電容 器Co。
[0044] 第一二極管Dl的陽極連接在第一第二線圈部Nsl的一端，從而可W整流來自第一 第二線圈部化1的變壓后的電源。
[0045] 第二二極管D2的陽極連接在第二線圈部Ns2的另一端，從而可W整流來自第二線 圈部化2的變壓后的電源。
[0046] 輸出電感器Lo的一端可W連接在第一及第二二極管D1、D2的陰極，輸出電感器Lo 的另一端可W連接在輸出電容器Co。輸出電容器Co的一端可W連接在輸出電感器Lo的另一 端，輸出電感器Lo和輸出電容器Co對來自第一及第二二極管D1、D2的整流后的電源進(jìn)行穩(wěn) 定，從而可將輸出電源Vo傳輸?shù)截?fù)荷R。
[0047] -方面，為了獲得用W降低切換損失的零電壓切換，需要滿足與在開關(guān)打開之前， 流動在電路的電流和輸入電壓、開關(guān)兩端的電壓等各項(xiàng)關(guān)聯(lián)的條件?，F(xiàn)整理其結(jié)果為如下 數(shù)學(xué)式1和數(shù)學(xué)式2。
[004引[數(shù)學(xué)式。
[0049]
[0050] 在此，Lk是第一線圈部的漏電感成分，Lm是第一線圈部的磁化電感成分，lL_max是最 大漏電流，Cdss是第二開關(guān)化的寄生電容成分，Vdsi是第二開關(guān)化兩端的電壓。
[005。[數(shù)學(xué)式2]
[0化2]
[0053] 數(shù)學(xué)式1是在特定負(fù)荷W下領(lǐng)域用W進(jìn)行零電壓切換的條件。在此，Lk是第一線圈 部的漏電感成分，lL_max是最大漏電流，Cess是第二開關(guān)Qm的寄生電容成分，Vdsi是第二開關(guān)化 兩端的電壓。
[0054] 由于作為變壓器寄生成分的漏電感和磁化電感有助于零電壓切換，因此可W在特 定負(fù)荷W下獲得零電壓切換。特定負(fù)荷的基準(zhǔn)是意指二次側(cè)輸出電感器的電流在一個周期 W內(nèi)降至OW下，對此可通過如下數(shù)學(xué)式3進(jìn)行判斷。
[0055] [數(shù)學(xué)式3]
[0化6]
[0057] 在此，I。是流動在輸出電感器的電流，Lo是輸出電感器的電感成分，DT是錯制時 間，Ns是第二線圈部的線圈數(shù)，化是第一線圈部的線圈數(shù)，Vin是輸入電壓，Vo是輸出電壓。
[0058] 但是，如果不滿足數(shù)學(xué)式3,那么如前述的數(shù)學(xué)式2,磁化電感成分Lm對零電壓切換 不產(chǎn)生影響，因此難W獲得零電壓切換。
[0059] 據(jù)此，為了在所有負(fù)荷領(lǐng)域獲得零電壓切換，有必要使漏電感成分變大，而本實(shí)用 新型實(shí)施例的零電壓開關(guān)有源錯位正激變換器是提供能使漏電感成分變大的方案。
[0060] 圖6是示出本實(shí)用新型實(shí)施例之變壓部線圈結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0061] 參照圖5和圖6,本實(shí)用新型實(shí)施例的變壓部120包括:第一線圈部120_1，接收來自 錯位開關(guān)部110之被切換的電源;第二線圈部120_2,與所述第一線圈部120_1相電磁結(jié)合而 形成事先設(shè)定的線圈比，由此對所述被切換的電源的電壓水平進(jìn)行變壓。
[0062] 所述第一線圈部120_1包含忍部(未圖示）W及由所述忍部所貫通支撐的第一線軸 121，在所述第一線軸121上纏繞有第一導(dǎo)線123。
[0063] 所述第二線圈部120_2是與所述第一線圈部120_1彼此對向配置，并包含忍部(未 圖示）W及由所述忍部所貫通支撐的第二線軸122,在所述第二線軸122上纏繞有第二導(dǎo)線 124。
[0064] 本實(shí)用新型的實(shí)施例，其特征是所述第一線圈部120_1和所述第二線圈部120_2W 規(guī)定距離d的間隔而相隔配置?，F(xiàn)有技術(shù)的變壓器是W將一次側(cè)或二次側(cè)的導(dǎo)線纏繞到線 軸(bobbin)上之后，在其之上纏繞二次側(cè)或一次側(cè)導(dǎo)線的方式所制造。此時，在一次側(cè)導(dǎo)線 與二次側(cè)導(dǎo)線之間無縫隙，因此漏電感成分很小，從而在所有負(fù)荷領(lǐng)域難W獲得零電壓切 換。
[0065] 在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，于第一線軸121上纏繞第一導(dǎo)線123而形成第一線圈部 120_1，與此單獨(dú)地，在第二線軸122上纏繞第二導(dǎo)線124而形成第二線圈部120_2,從而在第 一導(dǎo)線123與第二導(dǎo)線124之間可W形成間隔。據(jù)此，可W增加漏電感成分，即便沒有追加的 零電壓開關(guān)用電感器的插入，也可W在所有負(fù)荷領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)零電壓切換。
[0066] 而且，所述第一導(dǎo)線123和所述第二導(dǎo)線124可W是不同的材質(zhì)。例如，所述第一導(dǎo) 線123可W為絞合線化itz wire)材質(zhì)，而所述第二導(dǎo)線124可W為銅角線圈材質(zhì)。
[0067] 對于銅角線圈而言，由于具有彎曲特性，因此可容易纏繞到所述第二線軸122,在 增加應(yīng)數(shù)比之時，與現(xiàn)有技術(shù)的方式不同而無需連接螺釘和螺母，因此可W省略制造所需 的空間和材料費(fèi)。
[0068] 另外，所述第二導(dǎo)線124能夠W層狀結(jié)構(gòu)纏繞到所述第二線軸122。
[0069] 并且，所述第一導(dǎo)線123和所述第二導(dǎo)線124可W具有不同的直徑，或者具有不同 的形狀。
[0070] 本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不變更本實(shí)用新型的技術(shù) 思想或必要特征的情況下，能夠W不同的具體形態(tài)來實(shí)施本實(shí)用新型。因此，W上所述的實(shí) 施例均為示例性的，而不能理解為限定性的。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍是相比前述的詳細(xì)說 明，應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在權(quán)利要求書中，并且應(yīng)該解釋成權(quán)利要求范圍W及從其等同概念所推導(dǎo)出 的所有變更或變形的形態(tài)均包含在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改善型零電壓開關(guān)有源鉗位正激變換器，包括:鉗位開關(guān)部，鉗制輸入電源而進(jìn) 行交互切換;變壓部，包含第一線圈部和第二線圈部，所述第一線圈部接收來自所述鉗位開 關(guān)部的被切換的電源，所述第二線圈部與所述第一線圈部相電磁結(jié)合而形成事先設(shè)定的線 圈比，從而對所述被切換的電源的電壓水平進(jìn)行變壓；以及整流部，對來自所述變壓部的變 壓后的電壓進(jìn)行整流而輸出，其中， 所述變壓部包含芯部以及由所述芯部所貫通支撐而相互間隔的第一線軸和第二線軸， 在所述第一線軸上纏繞第一導(dǎo)線而形成所述第一線圈部，在所述第二線軸上纏繞第二導(dǎo)線 而形成所述第二線圈部，所述第一線圈部與所述第二線圈部相隔預(yù)定距離。2. 如權(quán)利要求1所述的改善型零電壓開關(guān)有源鉗位正激變換器，其特征在于所述第一 導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線是不同的材質(zhì)。3. 如權(quán)利要求1所述的改善型零電壓開關(guān)有源鉗位正激變換器，其特征在于所述第一 導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線具有不同的直徑。4. 如權(quán)利要求1所述的改善型零電壓開關(guān)有源鉗位正激變換器，其特征在于所述第一 導(dǎo)線和所述第二導(dǎo)線具有不同的形狀。5. 如權(quán)利要求1所述的改善型零電壓開關(guān)有源鉗位正激變換器，其特征在于所述第二 導(dǎo)線具有彎曲特性。6. 如權(quán)利要求1所述的改善型零電壓開關(guān)有源鉗位正激變換器，其特征在于所述第二 導(dǎo)線是銅角線圈。7. 如權(quán)利要求6所述的改善型零電壓開關(guān)有源鉗位正激變換器，其特征在于所述銅角 線圈以層狀結(jié)構(gòu)所纏繞。8. 如權(quán)利要求1所述的改善型零電壓開關(guān)有源鉗位正激變換器，其特征在于所述第一 導(dǎo)線是絞合線。9. 如權(quán)利要求1所述的改善型零電壓開關(guān)有源鉗位正激變換器，其特征在于在所述第 二線圈部，所述第二導(dǎo)線以層狀結(jié)構(gòu)所纏繞。
【文檔編號】H02M3/335GK205681316SQ201520996088
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2015年12月3日 公開號201520996088.7, CN 201520996088, CN 205681316 U, CN 205681316U, CN-U-205681316, CN201520996088, CN201520996088.7, CN205681316 U, CN205681316U
【發(fā)明人】金頭昊
【申請人】現(xiàn)代摩比斯株式會社