一种通过双变压器去除中心抽头的电路及其装置的制作方法

1.本公开实施方式涉及电力电子电路技术领域，尤其涉及一种通过双变压器去除中心抽头的电路及其装置。


背景技术：

2.带中心抽头的变压器，其中心抽头流过的电流是每个绕组流过电流的两倍。因此，在低压大电流应用场合，从每一组铜箔或者铜片上引出中心抽头是非常困难的事情，增加了变压器的工艺难度。
3.以典型的全波整流电路为例，其包括一个副边带中心抽头的变压器，当原边输入交流电压时，副边两路整流二极管分别导通，副边两个绕组分别交替流过电流，最终将原边交流电流整流成直流。全波整流电路有一个特点，变压器的副边绕组交替流过电流，但是变压器副边的中心抽头流过了全部电流，无论哪个绕组导通，中心抽头总是会流过电流，即中心抽头流过的电流是副边每个绕组流过电流的两倍，因此，理论上中心抽头的截面积是副边绕组的两倍。同样的，在低压大电流应用场合，副边绕组通常用导流面积较大铜箔或者铜片，并且往往需要多组铜箔和铜片并联，当铜箔和铜片均匀绕制在变压器磁芯上后，从每一组铜箔或者铜片上引出中心抽头也非常困难，仍然增加了变压器的工艺难度。如果分别将副边两个绕组单独绕制在磁芯上，两个绕组的引脚分别引出来，最后在变压器外部将公共点连接在一起组成中心抽头，虽然可以解决中心抽头截面积不够的问题，但是会影响变压器原边和副边耦合性，最终导致漏感偏大或者副边两个绕组的漏感不对称，带来的问题是整流开关管在关断时的电压应力尖峰过高，导致开关器件损坏。总之，全波整流电路采用中心抽头变压器，电路结构虽然简单，但是应用在低压大电流场合，变压器的工艺难度非常大，寄生参数难以控制。
4.关于上述的技术方案，发明人发现存在如下问题：相关技术中，存在针对如全波整流电路等应用在低压大电流场合时，中心抽头增加变压器工艺难度的问题。
5.因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
6.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

7.本公开实施方式的目的在于提供一种通过双变压器去除中心抽头的电路及其装置，进而至少解决针对如全波整流电路等应用在低压大电流场合时，中心抽头增加变压器工艺难度的问题。
8.本实用新型的目的采用以下技术方案实现：
9.第一方面，本实用新型提供了一种通过双变压器去除中心抽头的电路，包括：
10.第一变压器、第二变压器、第一单通元件和第二单通元件，其中，
11.所述第一变压器的原边绕组的第一端和所述第二变压器的原边绕组的第一端并
联连接形成第一公共端，所述第一变压器的原边绕组的第二端和所述第二变压器的原边绕组的第二端并联连接形成第二公共端，且通过所述第一公共端和所述第二公共端构成用于连接交流电路的交流接口；
12.所述第一变压器的副边绕组的第一端和所述第一单通元件的第一端串联连接，所述第二变压器的副边绕组的第二端和所述第二单通元件的第一端串联连接，所述第一单通元件的第二端和所述第二单通元件的第二端并联连接形成第三公共端，所述第一变压器的副边绕组的第二端和所述第二变压器的副边绕组的第一端串联连接，并在所述第一变压器的副边绕组的第二端和所述第二变压器的副边绕组的第一端之间连接有第四公共端，且通过所述第三公共端和所述第四公共端构成用于连接直流电路的直流接口；
13.其中，所述第一单通元件和所述第二单通元件能够使通过的电流方向为单向通过，且所述第一单通元件和所述第二单通元件允许通过的电流方向相一致。
14.可选地，所述第一单通元件和所述第二单通元件均采用为下述各者中的任一者：单向导电二极管或场效应晶体管。
15.可选地，所述交流接口连接第一电源电路并作为第一输入端；所述直流接口连接第一负载电路并作为第一输出端。
16.可选地，所述第一负载电路为下述各者中的任一者：电阻、电容、电感或以直流电压作为输入电源的电路。
17.可选地，所述第一电源电路为下述各者中的任一者：交流电源或连接有直流电源的逆变电路。
18.可选地，所述交流接口连接第二负载电路并作为第二输出端；所述直流接口连接第二电源电路并作为第二输入端。
19.可选地，所述第二负载电路为下述各者中的任一者：电阻、电容、电感或以交流电压作为输入电源的电路。
20.可选地，所述第二电源电路为下述各者中的任一者：直流电源或连接有交流电源的整流电路。
21.可选地，所述第一变压器和所述第二变压器采用相同的型号或参数。
22.第二方面，本实用新型提供了一种通过双变压器去除中心抽头的装置，包括：上述实施方式中任一项所述通过双变压器去除中心抽头的电路。
23.本公开的实施方式提供的技术方案可以包括以下有益效果：
24.本公开的实施方式中，通过采用原边并联、副边串联的电路形式，将原来带中心抽头的复杂变压器，更换为两个只有原边和副边绕组的独立的变压器，大大降低了变压器的制作工艺难度。
25.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
26.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施方式，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。
27.图1示出本公开示例性实施方式中的通过双变压器去除中心抽头的电路的结构示意图；
28.图2示出典型的全波整流电路的结构示意图；
29.图3示出改进前的全波整流电路的结构示意图；
30.图4示出改进前的整流输出连接方式的示意图；
31.图5示出本公开示例性实施方式中全波整流电路的结构示意图；
32.图6示出本公开示例性实施方式中整流输出连接方式的示意图；
33.图7示出本公开示例性实施方式中另一种全波整流电路的结构示意图；
34.图8示出本公开示例性实施方式中另一种全波整流电路的结构示意图；
35.图9示出本公开示例性实施方式中llc谐振电路的改进前后的比对示意图；
36.图10示出本公开示例性实施方式中推挽斩波电路的改进前后的比对示意图；
具体实施方式
37.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
38.此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
39.本示例实施方式中首先提供了一种通过双变压器去除中心抽头的电路。参考图1中所示，包括：第一变压器t3、第二变压器t4、第一单通元件s1和第二单通元件s2。
40.其中，第一变压器t3的原边绕组的第一端a3和第二变压器t4的原边绕组的第一端a4并联连接形成第一公共端e，第一变压器t3的原边绕组的第二端b3和第二变压器t4的原边绕组的第二端b4并联连接形成第二公共端f，且通过第一公共端e和第二公共端f构成用于连接交流电路的交流接口ac。
41.第一变压器t3的副边绕组的第一端a3和第一单通元件s1的第一端串联连接，第二变压器t3的副边绕组的第二端b4和第二单通元件s2的第一端串联连接，第一单通元件s1的第二端和第二单通元件s2的第二端并联连接形成第三公共端g，第一变压器t3的副边绕组的第二端b3和第二变压器t4的副边绕组的第一端a4串联连接，并在第一变压器t3的副边绕组的第二端a3和第二变压器t4的副边绕组的第一端a4之间连接有第四公共端h，且通过第三公共端g和第四公共端h构成用于连接直流电路的直流接口dc。
42.其中，第一单通元件s1和第二单通元件s2能够使通过的电流方向为单向通过，且第一单通元件s1和第二单通元件s2允许通过的电流方向相一致。
43.需要理解的是，交流接口和直流接口分别连接电源电路和负载电路，从而构成完整的电路结构。可以是交流接口连接电源电路且直流接口连接负载电路，也可以是交流接
口连接负载电路且直流接口连接电源电路。
44.还需要理解的是，第一单通元件和第二单通元件能够使通过的电流方向为单向通过，因此，第一单通元件和第二单通元件可以采用单向导通的二极管或三极管等开关管。
45.还需要理解的是，通过第一单通元件和第二单通元件的电流方向为下述各者中的一者：从变压器流向第三公共端，或者从第三公共端流向变压器。因此，第一单通元件和第二单通元允许通过的电流方向相一致，就是指第一单通元件和第二单通元的电流方向都是从变压器流向第三公共端，或者第一单通元件和第二单通元的电流方向都是从第三公共端流向变压器。这两种方式都可以实现电路的实施，但通常便于电路的通用性，采用第一单通元件和第二单通元的电流方向都是从变压器流向第三公共端的方式。
46.还需要理解的是，参考图2所示，以典型的全波整流电路为例，典型的全波整流电路所采用的变压器，为一个副边带中心抽头的变压器。传统的全波整流电路工作原理是，变压器原边输入交流电压，当输入为正极性电压时，第一副边绕组(c～a)和开关管v1工作，当输入为负极性电压时，第二副边绕组(c～b)和开关管v2工作；两个副边回路分时工作，并且通过二极管耦合将交流电压整流为直流电压。
47.参考图1所示，基于上述的电路对典型的全波整流电路进行改进。改进后的全波整流电路，包括两个变压器和两个开关管及输出负载，变压器包括原边绕组和副边绕组，两个变压器的原边绕组并联，两个变压器的副边绕组串联，第一变压器t3副边绕组另一端和第一开关管s1串联，第二变压器t4的副边绕组另一端和第二开关管s2串联，第一开关管s1和第二开关管s2另一端并联在一起连接负载第一端，两个变压器副边绕组串联连接点连接到负载第二端。
48.改进后的全波整流电路工作原理是，输入交流电压，当输入电压为正极性电压时，第一变压器t3和第二变压器t4副边绕组的电压极性为上正下负，第一开关管s1导通，第二开关管s2截止，正极性电压通过第一开关管s1整流后输出正极性电压；当输入为负极性电压时，第一变压器t3和第二变压器t4副边绕组的电压极性为下正上负，第一开关管s1截止，第二开关管s2导通，负极性电压通过第二开关管s2整流后输出正极性电压。可见，改进后的全波整流电路功能与改进前的全波整流电路功能相同。
49.因此，改进后的全波整流电路用两个相同的独立变压器代替了带中心抽头的变压器，两个变压器各自的原边和副边之间有磁耦合，但是两个变压器之间没有磁耦合。通过电路形式的改进，将原来带中心抽头的复杂变压器，更换为两个只有原边和副边绕组的两个相同的并且独立的变压器，大大降低了变压器的制作工艺难度。
50.还需要理解的是，为了进一步说明改进后的全波整流电路的有益效果，以500a的整流输出电路为例。假如变压器的副边匝数为1，则至少需要100平方毫米的铜线才能承载500a的电流，此时选择铜带或者多股铜线是比较好的选择。参考图3和图4所示，如果采用带中心抽头的变压器，副边两个绕组分别需要从磁芯中绕制一匝，根据同名端的关系，副边两个绕组必须要从同名端进入，从异名端出来，最后必须将第一绕组的同名端和第二绕组的异名端短接在一起，由于两个绕组的同名端在一个方向，两个绕组的异名端在同一个方向，此时要将第一绕组的同名端和第二绕组的异名端短接在一起，形成公共中心抽头就非常困难。
51.参考图5和图6所示，改进后的全波整流电路，采用两个独立的变压器，每个变压器
的副边绕组分别从同名端进入，从异名端出来。注意只需要将变压器将变压器的极性调转，就可以将变压器副边绕组的同名端和异名端调转方向。因此，可以将两个变压器的副边绕组的异名端直接短接在一起，形成公共连接点输出，此时两个同名端分别连接整流二极管。由于采用了两个独立的变压器，并且两个变压器的原边绕组是并联的关系，在连接线时，只要改变原边绕组的连接机型，就很容易调整副边绕组的极性，相比带中心抽头的耦合变压器，改进后的电路明显可以降低变压器的设计工艺复杂度。以上实施方式是以最简单的副边绕组匝数为1来进行说明，当匝数变多时，变压器的绕制工艺将变得更加困难。
52.根据上述通过双变压器去除中心抽头的电路，通过采用原边并联、副边串联的电路形式，将原来带中心抽头的复杂变压器，更换为两个只有原边和副边绕组的独立的变压器，大大降低了变压器的制作工艺难度。
53.下面，参考图1至图10所示对本示例实施方式中的上述通过双变压器去除中心抽头的电路进行更详细的说明。
54.可选地，参考图7和图8中所示，第一单通元件和第二单通元件均采用为下述各者中的一者：单向导电二极管或场效应晶体管。需要理解的是，场效应晶体管可以是金氧半场效晶体管(mosfet)。
55.可选地，参考图7中所示，交流接口连接第一电源电路并作为第一输入端；直流接口连接第一负载电路并作为第一输出端。第一负载电路为下述各者中的一者：电阻、电容、电感或以直流电压作为输入电源的电路。第一电源电路为下述各者中的一者：交流电源或连接有直流电源的逆变电路。需要理解的是，具体的，第一单通元件d1和第二单通元件d2选择单向导电二极管器件。为了更加清晰说明电路的功能，变压器原边输入侧输入交流电源ac，输出侧增加负载电路r1。当交流电源为正极性电压时，第一变压器t1和第二变压器t2副边感应的电压极性都为上正下负，此时只有d1二极管承受正向电压导通，d2承受反极性电压截止。当交流电源ac为负极性电压时，第一变压器t1和第二变压器t2副边感应的电压极性都为上负下正，此时只有d2二极管承受正向电压导通，d1承受反极性电压截止。d1和d2交替导通，将输入交流电压整流成直流电压。第一变压器和第二变压器也是分时流过电流。
56.可选地，参考图8中所示，交流接口连接第二负载电路并作为第二输出端；直流接口连接第二电源电路并作为第二输入端。第二负载电路为下述各者中的一者：电阻、电容、电感或以交流电压作为输入电源的电路。第二电源电路为下述各者中的一者：直流电源或连接有交流电源的整流电路。需要理解的是，以一种具体的改进全波电路为例，第一单通元件mos1和第二单通元件mos2选择mosfet，直流接口一侧接直流电源dc1，交流接口一侧接负载电路r5。当开关mos1导通mos2关断时，直流电压dc1加在第一变压器t5副边绕组，第一变压器t5原边绕组感应出上正下负电压，负载电阻r5两端出现正极性电压；当开关mos2导通mos1关断时，直流电压dc1加在第二变压器t6副边绕组，第二变压器t6原边绕组感应出上负下正电压，负载电阻r5两端出现正负极性电压；可见此电路可以实现将直流电压转换成交流电压。
57.可选地，参考图1中所示，第一变压器和第二变压器采用相同的型号或参数。需要理解的是，第一变压器和第二变压器采用相同的型号或参数指的是采用两个相同的并且独立的变压器，来替代原来电路中带中心抽头的复杂变压器。且原来电路中的复杂变压器的中心抽头处于复杂变压器的中心，也就是原来电路中的复杂变压器的两个副边绕组的匝数
相同。由此可以推导，当原来电路中的复杂变压器的两个副边绕组的匝数不相同时，第一变压器和第二变压器也可以进行相应的调整而形成两个不同的变压器来取代原来电路中的复杂变压器。
58.进一步的，上述通过双变压器去除中心抽头的电路除了适用于全波整流电路，还可以适用于其他的电路。参考图9中所示，可以将典型的llc谐振电路变换成新的形式。其中，左侧的图为典型的llc谐振电路，右侧的图为改进后的llc谐振电路。参考图10中所示，也可以将典型的推挽斩波电路变换成新的形式。其中，左侧的图为典型的推挽斩波电路，右侧的图为改进后的推挽斩波电路。
59.进一步的，本示例实施方式中，基于相同的构思，还提供了一种通过双变压器去除中心抽头的装置，该装置包括：上述实施方式中任一项通过双变压器去除中心抽头的电路。该通过双变压器去除中心抽头的装置的实施可以参照通过双变压器去除中心抽头的电路的实施，重复之处不再赘述。
60.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施方式仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

技术特征：
1.一种通过双变压器去除中心抽头的电路，其特征在于，包括：第一变压器、第二变压器、第一单通元件和第二单通元件，其中，所述第一变压器的原边绕组的第一端和所述第二变压器的原边绕组的第一端并联连接形成第一公共端，所述第一变压器的原边绕组的第二端和所述第二变压器的原边绕组的第二端并联连接形成第二公共端，且通过所述第一公共端和所述第二公共端构成用于连接交流电路的交流接口；所述第一变压器的副边绕组的第一端和所述第一单通元件的第一端串联连接，所述第二变压器的副边绕组的第二端和所述第二单通元件的第一端串联连接，所述第一单通元件的第二端和所述第二单通元件的第二端并联连接形成第三公共端，所述第一变压器的副边绕组的第二端和所述第二变压器的副边绕组的第一端串联连接，并在所述第一变压器的副边绕组的第二端和所述第二变压器的副边绕组的第一端之间连接有第四公共端，且通过所述第三公共端和所述第四公共端构成用于连接直流电路的直流接口；其中，所述第一单通元件和所述第二单通元件能够使通过的电流方向为单向通过，且所述第一单通元件和所述第二单通元件允许通过的电流方向相一致。2.根据权利要求1所述电路，其特征在于，所述第一单通元件和所述第二单通元件均采用为下述各者中的任一者：单向导电二极管或场效应晶体管。3.根据权利要求2所述电路，其特征在于，所述交流接口连接第一电源电路并作为第一输入端；所述直流接口连接第一负载电路并作为第一输出端。4.根据权利要求3所述电路，其特征在于，所述第一负载电路为下述各者中的任一者：电阻、电容、电感或以直流电压作为输入电源的电路。5.根据权利要求3所述电路，其特征在于，所述第一电源电路为下述各者中的任一者：交流电源或连接有直流电源的逆变电路。6.根据权利要求2所述电路，其特征在于，所述交流接口连接第二负载电路并作为第二输出端；所述直流接口连接第二电源电路并作为第二输入端。7.根据权利要求6所述电路，其特征在于，所述第二负载电路为下述各者中的任一者：电阻、电容、电感或以交流电压作为输入电源的电路。8.根据权利要求6所述电路，其特征在于，所述第二电源电路为下述各者中的任一者：直流电源或连接有交流电源的整流电路。9.根据权利要求1-8中任一项的所述电路，其特征在于，所述第一变压器和所述第二变压器采用相同的型号或参数。10.一种通过双变压器去除中心抽头的装置，其特征在于，包括：权利要求1-9中任一项的通过双变压器去除中心抽头的电路。

技术总结
本实用新型是关于一种通过双变压器去除中心抽头的电路及其装置。该电路包括：第一变压器、第二变压器、第一单通元件和第二单通元件。其中，第一变压器、第二变压器的原边绕组并联以形成交流接口，副边绕组串联以形成直流接口。本实用新型通过采用原边并联、副边串联的电路形式，将原来带中心抽头的复杂变压器，更换为两个只有原边和副边绕组的独立的变压器，大大降低了变压器的制作工艺难度。大大降低了变压器的制作工艺难度。大大降低了变压器的制作工艺难度。


技术研发人员：石伟 刘中伟 肖正虎 史耀华
受保护的技术使用者：西安图为电气技术有限公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/27