專利名稱：軟開關(guān)三電平雙正激直流－直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流-直流變換器，尤其是軟開關(guān)三電平直流-直流變換器。
背景技術(shù)：
目前，采用雙正激電路組合而成的三電平直流-直流變換器如圖1，它包括高頻變壓器Tx及接于高頻變壓器Tx兩個原邊線圈的開關(guān)器件S1-S4，電容Cs1-Cs4、二極管D1-D4和接于高頻變壓器Tx副邊線圈的整流電路構(gòu)成的組合式雙正激電路，其中高頻變壓器Tx的兩個原邊線圈分別與S1、S2、D1、D2和S3、S4、D3、D4組成的單元1與單元2的橋臂中點(diǎn)相連，高頻變壓器Tx的副邊繞組接由二極管構(gòu)成的整流電路的輸入端，圖1中V1為直流輸入電源，C1、C2為輸入分壓電容，Lf為輸出濾波電感，C為輸出濾波電容，R為負(fù)載。這種直流-直流變換器應(yīng)用于高電壓輸入場合，雖然沒有橋臂直通的危險(xiǎn)，但電路工作在硬開關(guān)狀態(tài)，器件開關(guān)損耗大，限制了工作頻率的提高，降低了電路效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在高輸入直流電壓的場合，使用安全可靠的軟開關(guān)三電平雙正激直流-直流變換器，以減小開關(guān)損耗，提高電路效率。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是在現(xiàn)有的三電平雙正激直流-直流變換器的高頻變壓器副邊線圈與整流電路的輸入端之間接入電感。
軟開關(guān)三電平雙正激直流-直流變換器包括高頻變壓器及接于高頻變壓器兩個原邊線圈的開關(guān)器件、電容、二極管和接于高頻變壓器副邊線圈的整流電路構(gòu)成的組合式雙正激電路，其特征是在高頻變壓器副邊線圈與整流電路的輸入端之間接入電感。
上述接于高頻變壓器副邊線圈的整流電路可以是全橋整流電路、全波整流電路或倍流整流電路。對于副邊不同形式的整流電路，利用這個接入的電感在一個開關(guān)周期內(nèi)儲存的能量，可實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓軟開關(guān)。
本發(fā)明的軟開關(guān)三電平雙正激直流-直流變換器，結(jié)構(gòu)簡單，其所有功率開關(guān)器件均工作在軟開關(guān)狀態(tài)，從而減小了開關(guān)損耗，可以提高電路效率，有利于提高工作頻率，進(jìn)而提高功率密度。該變換器的電路無橋臂直通危險(xiǎn)，可靠性高，無需輸入電容均壓控制，可用于分布式電源中前級整流裝置為三相不控整流或三相功率因數(shù)校正電路。


圖1是現(xiàn)有的三電平直流-直流變換器；圖2是本發(fā)明一種具體電路實(shí)例；圖3是本發(fā)明另一種具體電路實(shí)例；圖4是本發(fā)明又一種具體電路實(shí)例；圖5是本發(fā)明中開關(guān)器件的控制脈沖時序圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的軟開關(guān)三電平雙正激直流-直流變換器，是在現(xiàn)有的三電平雙正激直流-直流變換器的高頻變壓器Tx副邊線圈與整流電路的輸入端之間接入電感Ls而構(gòu)成。它包括高頻變壓器Tx及接于高頻變壓器Tx兩個原邊線圈Np的開關(guān)器件S1-S4，電容Cs1-Cs4、二極管D1-D4，接在高頻變壓器Tx原邊部分的電路與現(xiàn)有的三電平直流-直流變換器接在高頻變壓器Tx原邊部分的電路相同。圖2所示實(shí)例中，在高頻變壓器的副邊線圈Ns和由二極管D5-D8構(gòu)成的全橋整流電路的輸入端之間接一個電感Ls。全橋整流電路的輸出端接由電感Lf、電容C組成的低通濾波器，電容C的兩端接負(fù)載R。它可應(yīng)用于高電壓輸入場合。圖3所示，整流電路為由二極管D5、D6構(gòu)成的全波整流電路，高頻變壓器具有兩個副邊繞組Ns，在每個副邊線圈與整流二極管陽極的連接處各串接一個大小相同的電感Ls、Ls’。圖4所示，整流電路為倍流整流形式，在高頻變壓器副邊線圈Ns和由二極管D5、D6構(gòu)成的倍流整流電路的輸入端之間接電感Ls。對于副邊不同形式的整流電路，利用接在高頻變壓器副邊線圈和整流電路輸入端之間的電感都可實(shí)現(xiàn)高頻變壓器原邊開關(guān)管的軟開關(guān)。
以下以圖2為例，詳細(xì)描述其工作過程，其他形式整流電路的電路工作過程類似，在此略去。
軟開關(guān)三電平雙正激直流-直流變換器前半個周期可分成6個階段，后半個周期的工作情況與前半個周期類似。其中S1-S4的控制時序如圖5，設(shè)輸入電壓為2E，高頻變壓器變比為n(Np/Ns)，兩個原邊線圈電流分別為ip1、ip2。
階段1(t0-t1)在t0時刻之前，S1、S2導(dǎo)通，S3、S4關(guān)斷。整流二極管D5、D8導(dǎo)通，高頻變壓器的原邊向負(fù)載提供能量。在t0時刻關(guān)斷S1，ip1給Cs1充電，ip2給Cs3、Cs4放電。由于電容Cs1的存在，S1上的電壓從零開始線性上升，因而S1是零電壓關(guān)斷的。S3、S4的電壓從E開始線性下降。
階段2(t1-t2)在t1時刻，Cs1電壓上升到E，S3、S4上的電壓即Cs3、Cs4電壓上升到E/2，于是D1自然導(dǎo)通，D6、D7、D5和D8導(dǎo)通。D1導(dǎo)通后，電流ip1經(jīng)過S2、高頻變壓器原邊和D1循環(huán)。
階段3(t2-t3)在t2時刻，關(guān)斷S2，ip1給Cs2充電，同時ip2給Cs3、Cs4放電。由于整流管D5、D6、D7和D8是同時導(dǎo)通的，在這段時間里電感Ls和Cs2、Cs3、Cs4一起諧振工作。在t3時刻，Cs2的電壓上升到E，Cs3、Cs4的電壓下降到0，為S3、S4的零電壓開通創(chuàng)造了條件。
階段4(t3-t4)在t3時刻，S3、S4體內(nèi)反并聯(lián)二極管導(dǎo)通，將S3、S4的電壓箝位到零，這時向S3、S4施加驅(qū)動脈沖，S3、S4可零電壓開通。ip1、ip2分別流過D1、D2和S3、S4體內(nèi)反并聯(lián)二極管，由于副邊四個整流二極管同時導(dǎo)通，加在諧振電感兩端電壓是E/n，ip1、ip2線性下降。
階段5(t4-t5)到t4時刻ip1、ip2下降到零，D1、D2和S3、S4體內(nèi)反并聯(lián)二極管自動關(guān)斷。電流ip2開始正向流過S3、S4，由于此時ip2仍不足以提供負(fù)載電流，負(fù)載電流仍由四個整流二極管提供回路。加在電感Ls上的電壓是E/n，電流ip2反向線性增加。到t5時刻，ip2達(dá)到負(fù)載電流折算到原邊的值，D5、D8關(guān)斷，D6、D7流過全部負(fù)載電流。
從t6起電源給負(fù)載提供能量，后半個周期工作開始。工作情況與前半個周期相同。
綜上所述，本發(fā)明利用電感Ls上的能量將開關(guān)管并聯(lián)電容上的電壓清到零，實(shí)現(xiàn)開關(guān)器件的零電壓開通。通過增加Ls的值可以拓寬軟開關(guān)的范圍。
權(quán)利要求
1.軟開關(guān)三電平雙正激直流-直流變換器，包括高頻變壓器(Tx)及接于高頻變壓器(Tx)兩個原邊線圈的開關(guān)器件(S1-S4)，電容(Cs1-Cs4)、二極管(D1-D4)和接于高頻變壓器(Tx)副邊線圈的整流電路構(gòu)成的組合式雙正激電路，其特征是在高頻變壓器(Tx)副邊線圈與整流電路的輸入端之間接入電感(Ls)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟開關(guān)三電平雙正激直流-直流變換器，其特征是所說的整流電路是全橋整流電路、全波整流電路或倍流整流電路。
全文摘要
本發(fā)明的軟開關(guān)三電平雙正激直流－直流變換器是在現(xiàn)有的三電平雙正激直流－直流變換器的高頻變壓器副邊線圈與整流電路的輸入端之間接入電感而構(gòu)成。它包括高頻變壓器及接于高頻變壓器兩個原邊線圈的開關(guān)器件、電容、二極管和接于高頻變壓器副邊線圈的整流電路構(gòu)成的組合式雙正激電路，其特征是在高頻變壓器副邊線圈與整流電路的輸入端之間接入電感。該變換器結(jié)構(gòu)簡單，其所有功率開關(guān)器件均工作在軟開關(guān)狀態(tài)，從而減小了開關(guān)損耗，可以提高電路效率，有利于提高工作頻率，進(jìn)而提高功率密度。其電路無橋臂直通危險(xiǎn)，可靠性高，無需輸入電容均壓控制，可用于分布式電源中前級整流裝置為三相不控整流或三相功率因數(shù)校正電路。
文檔編號H02M3/335GK1431760SQ0311530
公開日2003年7月23日 申請日期2003年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月27日
發(fā)明者徐德鴻, 樓俊山, 羅瑪 申請人:浙江大學(xué)