一种双极性自均压中心抽头式整流电路

1.本发明涉及一种中心抽头式整流电路，具体涉及一种双极性自均压中心抽头式整流电路。


背景技术：

2.在现有技术中，中心抽头式整流电路与半波整流电路相比整流效率非常高，在电力设备中被广泛应用。其中，双极性中心抽头式整流电路可以实现其中一路输出发生故障时，另一路可以正常工作；并且在其正常运行时，可以提供三个电压等级，由于其较高的灵活性和可靠性，双极性电路在光伏、燃料电池等新能源领域和数据中心与机房的供电方面都表现出先天的优势，因此双极性电路被广泛应用于数据中心和直流微电网中。然而基于变压器多输出绕组设计的双极性电路存在交叉调整率的问题，会导致正负极在负载不平衡时出现较大的电压偏差，对负荷设备的用电质量产生影响，严重的甚至导致系统不能正常工作。
3.目前为实现双极性电路的两级均压，改善措施主要分为控制和电路拓扑两个方面，例如申请公布号为cn106026667a的专利公开了一种改善多路输出开关电源交叉调整率的方法，该专利所述的变换器将rcd吸收电路置于次级输出绕组侧，直接对次级输出绕组漏感电压尖峰进行吸收和抑制。同时，结合初级侧钳位电路的作用，可进一步减小变压器中的漏感电压尖峰和漏感能量耦合，提高辅助输出电压的稳定性，改善多路输出开关电源的交叉调整率。但是在次级侧额外增加的rcd电路将损耗电路中的部分能量，使得该变换器的传输效率低。
4.授权公告号为cn209030069u的专利文献公开了一种多路输出电源，该电源模块在辅路输出电路增设由控制模块、驱动模块、隔离模块和检测模块组成的时序控制电路，能够独立地对各回路输出电压进行控制，极大的降低成本，在保证各输出之间隔离的同时，提高了该电源模块的供电可靠性。然而每个输出回路均设置时序控制电路将会增加控制难度，尤其是对于多路输出电源模块。


技术实现要素：

5.为解决双极性中心抽头式整流电路正负极输出电压易受负载扰动影响而产生偏差的问题，本发明提出了一种双极性自均压中心抽头式整流电路，可有效降低双极性中心抽头式整流电路在负载不平衡时输出电压存在较大偏差的问题，且仅通过均压电容可实现双极性输出的自动均压，无需复杂的采样及控制算法，适用于需要双极性电压供电场合。
6.本发明采取的技术方案为：
7.一种双极性自均压中心抽头式整流电路，该电路包括：三绕组中心抽头式整流电路、两个均压电容；
8.所述三绕组中心抽头式整流电路包含输入源us、三绕组变压器t、整流二极管d
p1
、整流二极管d
p2
、整流二极管d
n1
、整流二极管d
n2
、输出电容c
p
、输出电容cn，其连接形式如下：
9.输入电源us的一端连接三绕组变压器t的初级绕组l
p
一端，输入电源us的另一端连接三绕组变压器t的初级绕组l
p
另一端；
10.三绕组变压器t的次级绕组l
s1
包括绕组单元l
s1-1
和绕组单元绕组l
s1-2
，绕组单元l
s1-1
一端与整流二极管d
p1
的阳极连接，绕组单元l
s1-2
另一端与整流二极管d
p2
的阳极连接；
11.绕组单元l
s1-1
的另一端与绕组单元l
s1-2
的一端连接，形成第一中心抽头，第一中心抽头与输出电容c
p
的另一端连接；
12.三绕组变压器t的次级绕组l
s2
包括绕组单元l
s2-1
和绕组单元l
s2-2
，绕组单元l
s2-1
一端与整流二极管d
n1
的阳极连接，绕组单元l
s2-2
另一端与整流二极管d
n2
的阳极连接；
13.绕组单元l
s2-1
的另一端与绕组单元l
s2-2
的一端连接，形成第二中心抽头，第二中心抽头与输出电容cn的另一端连接；
14.整流二极管d
p1
的阴极分别连接整流二极管d
p2
的阴极、输出电容c
p
的一端
15.整流二极管d
n1
的阴极分别连接整流二极管d
n2
的阴极、输出电容cn的一端；
16.输出电容c
p
的另一端连接输出电容cn的一端；
17.所述均压电容包含均压电容c
vb1
和均压电容c
vb2
，其连接形式如下：
18.均压电容c
vb1
的一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s1
一端，均压电容c
vb1
的另一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s2
一端；
19.均压电容c
vb2
的一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s1
另一端，均压电容c
vb2
的另一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s2
另一端；
20.负载r
p
的两端分别连接输出电容c
p
的一端、输出电容c
p
的另一端；负载rn的两端分别连接输出电容cn的一端、输出电容cn的另一端。
21.在电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
一端流入时，整流二极管d
p1
和整流二极管d
n1
导通；
22.在电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
另一端流入时，整流二极管d
p2
和整流二极管d
n2
导通。
23.在整个开关周期内，变压器次级线圈由伏秒平衡原理可知l
s1
和l
s2
的平均电压为0，由c
vb1
→
l
s1
→cvb2
→
l
s2
→cvb1
回路kvl原理可得均压电容c
vb1
的电压u
cvb1
等于均压电容c
vb2
的电压u
cvb2
。
24.在整个开关周期内，变压器次级线圈由伏秒平衡原理可知l
s1-1
和l
s2-1
的平均电压为0，由c
vb1
→
l
s1-1
→cn
→
l
s2-1
→cvb1
回路kvl原理可得均压电容c
vb1
的电压u
cvb1
等于输出电容cn的电压u
cn
。
25.在整个开关周期内，变压器次级线圈由伏秒平衡原理可知l
s1-2
和l
s2-2
的平均电压为0，由c
vb2
→
l
s1-2
→cn
→
l
s2-2
→cvb2
回路kvl原理可得均压电容c
vb2
的电压u
cvb2
等于输出电容cn的电压u
cn
。
26.当电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
一端流入时，整流二极管d
p1
和整流二极管d
n1
导通，均压电容c
vb1
通过整流二极管d
p1
和整流二极管d
n1
与输出电容c
p
并联，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb1
；均压电容c
vb2
通过变压器次级线圈l
s1
、l
s2
和整流二极管d
p1
、整流二极管d
n1
与输出电容c
p
并联，由于变压器次级线圈l
s1
和l
s2
匝数相等，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb2
；
27.当电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
另一端流入时，整流二极管d
p2
和整流二极
管d
n2
导通，均压电容c
vb2
通过整流二极管d
p2
和整流二极管d
n2
与输出电容c
p
并联，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb2
；均压电容c
vb1
通过变压器次级线圈l
s1
、l
s2
和整流二极管d
p2
、整流二极管d
n2
与输出电容c
p
并联，由于变压器次级线圈l
s1
和l
s2
匝数相等，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb1
；故在整个周期内，当均压电容足够大时，输出电压和均压电容的电压相等，实现了输出电压的自均压。
28.本发明一种双极性自均压中心抽头式整流电路，技术效果如下：
29.1)本发明可大幅降低双极性中心抽头式整流电路在负载不均衡时输出电压产生偏差的问题，实现了双极性输出电压的自均压效果。
30.2)该电路拓扑简单，无需控制系统，实现难度低，适用于需要双极性电压供电场合。
31.3)该电路控制简单，通过增加均压电容实现双极性输出的自动均压，无需复杂的采样及控制算法。
附图说明
32.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
33.图1是未加均压电容前双极性中心抽头式整流电路原理图。
34.图2是未加均压电容前双极性中心抽头式整流电路在负载不平衡下的输出电压波形仿真图。
35.图3是本发明的电路原理图。
36.图4是采用本发明时两路负载不平衡下的输出电压波形仿真图。
37.其中：图2、图4所有工况均相同。
具体实施方式
38.由图1可以看出双极性中心抽头式整流电路含有两个次级绕组，由于交叉调整率的问题使得双极性输出电压在负载不平衡的时候产生电压偏差，双路输出电压难以保持一致。
39.由图2可以看出双极性中心抽头式整流电路在负载不平衡时的输出电压差值为62v，难以满足在负载不平衡下对于输出电压的要求。
40.如图3所示，一种双极性自均压中心抽头式整流电路包括：三绕组中心抽头式整流电路、两个均压电容；
41.所述三绕组中心抽头式整流电路包含输入源us、三绕组变压器t、整流二极管d
p1
、整流二极管d
p2
、整流二极管d
n1
、整流二极管d
n2
、输出电容c
p
、输出电容cn，其连接形式如下：
42.输入电源us的一端连接三绕组变压器t的初级绕组l
p
一端，输入电源us的另一端连接三绕组变压器t的初级绕组l
p
另一端；
43.三绕组变压器t的次级绕组l
s1
由l
s1-1
和l
s1-2
组成，l
s1-1
一端与整流二极管d
p1
的阳极连接，l
s1-2
另一端与整流二极管d
p2
的阳极连接，l
s1-1
的另一端与l
s1-2
的另一端连接形成中心抽头，中心抽头与输出电容c
p
的另一端连接；
44.绕组变压器t的次级绕组l
s2
由l
s2-1
和l
s2-2
组成，l
s2-1
一端与整流二极管d
n1
的阳极连接，l
s2-2
另一端与整流二极管d
n2
的阳极连接，l
s2-1
的另一端与l
s2-2
的另一端连接形成中心
抽头，中心抽头与输出电容cn的另一端连接；
45.整流二极管d
p1
的阴极分别连接整流二极管d
p2
的阴极、输出电容c
p
的一端；
46.整流二极管d
n1
的阴极分别连接整流二极管d
n2
的阴极、输出电容cn的一端；
47.输出电容c
p
的另一端连接输出电容cn的一端；
48.所述均压电容包含均压电容c
vb1
和均压电容c
vb2
。其连接形式如下：
49.均压电容c
vb1
的一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s1
一端，均压电容c
vb1
的另一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s2
一端；
50.均压电容c
vb2
的一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s1
另一端，均压电容c
vb2
的另一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s2
另一端；
51.负载r
p
的两端分别与输出电容c
p
的一端、另一端连接，负载rn的两端分别与输出电容cn的一端、另一端连接。
52.在电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
一端流入时，整流二极管d
p1
和整流二极管d
n1
导通；
53.在电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
另一端流入时，整流二极管d
p2
和整流二极管d
n2
导通。
54.在整个开关周期内，变压器次级线圈由伏秒平衡原理可知l
s1
和l
s2
的平均电压为0，由c
vb1
→
l
s1
→cvb2
→
l
s2
→cvb1
回路kvl原理可得均压电容c
vb1
的电压u
cvb1
等于均压电容c
vb2
的电压u
cvb2
。
55.在整个开关周期内，变压器次级线圈由伏秒平衡原理可知l
s1-1
和l
s2-1
的平均电压为0，由c
vb1
→
l
s1-1
→cn
→
l
s2-1
→cvb1
回路kvl原理可得均压电容c
vb1
的电压u
cvb1
等于输出电容cn的电压u
cn
。
56.在整个开关周期内，变压器次级线圈由伏秒平衡原理可知l
s1-2
和l
s2-2
的平均电压为0，由c
vb2
→
l
s1-2
→cn
→
l
s2-2
→cvb2
回路kvl原理可得均压电容c
vb2
的电压u
cvb2
等于输出电容cn的电压u
cn
。
57.当电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
一端流入时，整流二极管d
p1
和整流二极管d
n1
导通，均压电容c
vb1
通过整流二极管d
p1
和整流二极管d
n1
与输出电容c
p
并联，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb1
；均压电容c
vb2
通过变压器次级线圈l
s1
、l
s2
和整流二极管d
p1
、整流二极管d
n1
与输出电容c
p
并联，由于变压器次级线圈l
s1
和l
s2
匝数相等，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb2
；
58.当电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
另一端流入时，整流二极管d
p2
和整流二极管d
n2
导通，均压电容c
vb2
通过整流二极管d
p2
和整流二极管d
n2
与输出电容c
p
并联，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb2
；均压电容c
vb1
通过变压器次级线圈l
s1
、l
s2
和整流二极管d
p2
、整流二极管d
n2
与输出电容c
p
并联，由于变压器次级线圈l
s1
和l
s2
匝数相等，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb1
；故在整个周期内，当均压电容足够大时，输出电压和均压电容的电压相等，实现了输出电压的自均压。
59.由图4可以看采用本发明时两路负载不平衡下的输出电压相等，并无差值，有效减小了双极性中心抽头式整流电路输出电压差值，在负载不平衡的情况下仅依靠电路本身实现了输出电压的自均压，电压偏差仅为0.2v，解决了输出无法自均压的问题。

技术特征：
1.一种双极性自均压中心抽头式整流电路，其特征在于：该电路包括：三绕组中心抽头式整流电路、两个均压电容；所述三绕组中心抽头式整流电路包含输入源u
s
、三绕组变压器t、整流二极管d
p1
、整流二极管d
p2
、整流二极管d
n1
、整流二极管d
n2
、输出电容c
p
、输出电容c
n
，其连接形式如下：输入电源u
s
的一端连接三绕组变压器t的初级绕组l
p
一端，输入电源u
s
的另一端连接三绕组变压器t的初级绕组l
p
另一端；三绕组变压器t的次级绕组l
s1
包括绕组单元l
s1-1
和绕组单元绕组l
s1-2
，绕组单元l
s1-1
一端与整流二极管d
p1
的阳极连接，绕组单元l
s1-2
另一端与整流二极管d
p2
的阳极连接；绕组单元l
s1-1
的另一端与绕组单元l
s1-2
的一端连接，形成第一中心抽头，第一中心抽头与输出电容c
p
的另一端连接；三绕组变压器t的次级绕组l
s2
包括绕组单元l
s2-1
和绕组单元l
s2-2
，绕组单元l
s2-1
一端与整流二极管d
n1
的阳极连接，绕组单元l
s2-2
另一端与整流二极管d
n2
的阳极连接；绕组单元l
s2-1
的另一端与绕组单元l
s2-2
的一端连接，形成第二中心抽头，第二中心抽头与输出电容c
n
的另一端连接；整流二极管d
p1
的阴极分别连接整流二极管d
p2
的阴极、输出电容c
p
的一端整流二极管d
n1
的阴极分别连接整流二极管d
n2
的阴极、输出电容c
n
的一端；输出电容c
p
的另一端连接输出电容c
n
的一端；所述均压电容包含均压电容c
vb1
和均压电容c
vb2
，其连接形式如下：均压电容c
vb1
的一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s1
一端，均压电容c
vb1
的另一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s2
一端；均压电容c
vb2
的一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s1
另一端，均压电容c
vb2
的另一端连接三绕组变压器t的次级绕组l
s2
另一端；负载r
p
的两端分别连接输出电容c
p
的一端、输出电容c
p
的另一端；负载r
n
的两端分别连接输出电容c
n
的一端、输出电容c
n
的另一端。2.根据权利要求1所述一种双极性自均压中心抽头式整流电路，其特征在于：在电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
一端流入时，整流二极管d
p1
和整流二极管d
n1
导通；在电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
另一端流入时，整流二极管d
p2
和整流二极管d
n2
导通。3.根据权利要求2所述一种双极性自均压中心抽头式整流电路，其特征在于：在整个开关周期内，变压器次级线圈由伏秒平衡原理可知l
s1
和l
s2
的平均电压为0，由c
vb1
→
l
s1
→
c
vb2
→
l
s2
→
c
vb1
回路kvl原理可得均压电容c
vb1
的电压u
cvb1
等于均压电容c
vb2
的电压u
cvb2
；在整个开关周期内，变压器次级线圈由伏秒平衡原理可知l
s1-1
和l
s2-1
的平均电压为0，由c
vb1
→
l
s1-1
→
c
n
→
l
s2-1
→
c
vb1
回路kvl原理可得均压电容c
vb1
的电压u
cvb1
等于输出电容c
n
的电压u
cn
；在整个开关周期内，变压器次级线圈由伏秒平衡原理可知l
s1-2
和l
s2-2
的平均电压为0，由c
vb2
→
l
s1-2
→
c
n
→
l
s2-2
→
c
vb2
回路kvl原理可得均压电容c
vb2
的电压u
cvb2
等于输出电容c
n
的电压u
cn
；当电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
一端流入时，整流二极管d
p1
和整流二极管d
n1
导
通，均压电容c
vb1
通过整流二极管d
p1
和整流二极管d
n1
与输出电容c
p
并联，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb1
；均压电容c
vb2
通过变压器次级线圈l
s1
、l
s2
和整流二极管d
p1
、整流二极管d
n1
与输出电容c
p
并联，由于变压器次级线圈l
s1
和l
s2
匝数相等，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb2
；当电流由三绕组变压器t的初级绕组l
p
另一端流入时，整流二极管d
p2
和整流二极管d
n2
导通，均压电容c
vb2
通过整流二极管d
p2
和整流二极管d
n2
与输出电容c
p
并联，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb2
；均压电容c
vb1
通过变压器次级线圈l
s1
、l
s2
和整流二极管d
p2
、整流二极管d
n2
与输出电容c
p
并联，由于变压器次级线圈l
s1
和l
s2
匝数相等，因此有输出电容c
p
的电压u
cp
等于u
cvb1
；故在整个周期内，当均压电容足够大时，输出电压和均压电容的电压相等，实现了输出电压的自均压。

技术总结
一种双极性自均压中心抽头式整流电路，该电路包括：三绕组中心抽头式整流电路、两个均压电容；所述三绕组中心抽头式整流电路包含输入源u


技术研发人员：邾玢鑫 杨浴金 杨楠 李振华 谭超 王凯宏
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/12