專利名稱：一種隔離型有源箝位交錯并聯(lián)dc/dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流一直流變換器，具體說是隔離型有源箝位交錯并聯(lián)DC/DC 變換器。
背景技術(shù)：
常規(guī)的反激型(Flyback)交錯并聯(lián)直流一直流變換器，包括兩個反激變壓器， 兩個輸出二極管，兩個功率開關(guān)管，第一反激變壓器的第一繞組的一端以及第 二反激變壓器的第一繞組的一端共同與輸入電源的正端相連，第一反激變壓器 的第一繞組的另一端與第一功率開關(guān)管的漏極相連，第二反激變壓器的第一繞 組的另一端與第二功率開關(guān)管的漏極相連。第一反激變壓器的第二繞組的一端 以及第二反激變壓器的第二繞組的一端共同與輸出電容的負(fù)端相連，第一反激 變壓器的第二繞組的另一端與第一輸出二極管的陽極相連，第二反激變壓器的 第二繞組的另一端與第二輸出二極管的陽極相連，第一與第二輸出二極管的陰 極共同與輸出電容的正端相連。這種交錯并聯(lián)直流一直流變換器輸出功率等級 較小，功率開關(guān)管的電流應(yīng)力較大，功率開關(guān)管為硬開關(guān)工作，開關(guān)損耗較大。 近年來，相繼研究了一些軟開關(guān)電路，主要有兩種 一種是通過附加有源功率 開關(guān)和無源電感、電容等器件實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)；另一種是通過附加二 極管和無源電感、電容等器件實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)。這兩種方法雖然可以 實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)，但是外加電路復(fù)雜，而且不能降低功率開關(guān)管的電 壓應(yīng)力，也不能提高變換器的輸出功率等級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種功率開關(guān)管電壓應(yīng)力小，結(jié)構(gòu)簡單，開關(guān)管數(shù)量 少，成本低，且無能量損耗的具有高輸出功率等級的隔離型有源箝位交錯并聯(lián) DC/DC變換器。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，隔離型有源箝位交錯并聯(lián)DC/DC 變換器包括兩個功率開關(guān)管，兩個鉗位二極管，兩個輸出二極管， 一個輔助功率 開關(guān)管， 一個箝位電容，兩個開關(guān)電容， 一個輸出電容和兩個反激變壓器，第 一反激變壓器有兩個繞組，第二反激變壓器有兩個繞組，第一反激變壓器的第 一繞組的一端和第二功率開關(guān)管的漏極共同與輸入電源的正端相連，第一反激 變壓器的第一繞組的另一端與第一功率開關(guān)管的漏極以及輔助功率開關(guān)管的漏 極相連，第二反激變壓器的第一繞組的一端與箝位電容的一端以及第二功率開關(guān)管的源極相連，箝位電容的另一端與輔助功率開關(guān)管的源極相連，第二反激 變壓器的第一繞組的另一端以及第一功率開關(guān)管的源極與輸入電源的地相連， 第一反激變壓器的第二繞組的一端與第一鉗位二極管的陽極以及第二開關(guān)電容 的一端相連，第一鉗位二極管的陰極與第一輸出二極管的陽極以及第一開關(guān)電 容的一端相連，第二反激變壓器的第二繞組的一端與第二鉗位二極管的陽極以 及第一開關(guān)電容的另一端相連，第二鉗位二極管的陰極與第二輸出二極管的陽 極以及第二開關(guān)電容的另一端相連，第一輸出二極管的陰極與第二輸出二極管 的陰極以及輸出電容的正端相連，輸出電容的負(fù)端與第一反激變壓器的第二繞 組的另一端以及第二反激變壓器的第二繞組的另一端共同與輸出的地相連；上 述第一反激變壓器的第一繞組與第二功率開關(guān)管的漏極連接端和第一反激變壓 器的第二繞組的接地端為第一反激變壓器的同名端；第二反激變壓器的第一繞 組與箝位電容的連接端和第二反激變壓器的第二繞組的接地端為第二反激變壓 器的同名端。
工作時，利用兩個反激變壓器的第二繞組和與之串聯(lián)的開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)了電 路的高輸出功率等級；利用第一功率開關(guān)管漏、源極間自身存在的并聯(lián)電容以 及第二功率開關(guān)管漏、源極間自身存在的并聯(lián)電容，實(shí)現(xiàn)了第一功率開關(guān)管和 第二功率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷；箝位電容收集第一反激變壓器與第二反激變壓 器的漏感能量，并最終轉(zhuǎn)移到輸入端，實(shí)現(xiàn)了箝位電路的無損吸收。在整個開 關(guān)周期中，通過控制第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管、輔助開關(guān)管的門極脈 沖，可使第一、第二功率開關(guān)管，輔助開關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓開通和零電壓關(guān)斷。
本發(fā)明的隔離型有源箝位交錯并聯(lián)DC/DC變換器，利用兩個反激變壓器的 第二繞組和與之串聯(lián)的開關(guān)電容提高了變換器的輸出功率等級，只使用了一個 輔助開關(guān)管與一個箝位電容組成的串聯(lián)電路就可以無損地吸收和轉(zhuǎn)移兩個反激 變壓器的漏感能量，并實(shí)現(xiàn)了第一、第二功率開關(guān)管的零電壓開通，利用第一、 第二功率開關(guān)管的并聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)了第一、第二功率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷，利用 第一、第二功率開關(guān)管和輔助開關(guān)管的門極安排，實(shí)現(xiàn)了輔助開關(guān)管的零電壓 開通和零電壓關(guān)斷，無需額外的電感元件，從而附加元件少，結(jié)構(gòu)簡單，有源 器件數(shù)量少，成本低，無需額外的檢測電路，電路中無能量損耗元件，可提高 變換器的輸出增益與電路效率，且換流過程中，功率開關(guān)管關(guān)斷時無電壓過沖， 續(xù)流二極管關(guān)斷時無電流過沖。


圖1是隔離型有源箝位交錯并聯(lián)DC/DC變換器的電路圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，本發(fā)明的隔離型有源箝位交錯并聯(lián)DC/DC變換器包括兩個功率 開關(guān)管S1、 S2，兩個鉗位二極管Dcl、 Dc2，兩個輸出二極管Dol、 Do2， 一個 輔助功率開關(guān)管Sc， 一個箝位電容Cc，兩個開關(guān)電容Cfl、 Cf2， 一個輸出電 容Co和兩個反激變壓器，第一反激變壓器有兩個繞組Lla、 Llb，第二反激變 壓器有兩個繞組L2a、 L2b，第一反激變壓器的第一繞組Lla的一端和第二功率 開關(guān)管S2的漏極共同與輸入電源Vin的正端相連，第一反激變壓器的第一繞組 Lla的另一端與第一功率開關(guān)管Sl的漏極以及輔助功率開關(guān)管Sc的漏極相連， 第二反激變壓器的第一繞組L2a的一端與箝位電容Cc的一端以及第二功率開關(guān) 管S2的源極相連，箝位電容Cc的另一端與輔助功率開關(guān)管Sc的源極相連，第 二反激變壓器的第一繞組L2a的另 一端以及第一功率開關(guān)管S1的源極與輸入電 源的地相連，第一反激變壓器的第二繞組Llb的一端與第一鉗位二極管Dcl的 陽極以及第二開關(guān)電容Cf2的一端相連，第一鉗位二極管Dcl的陰極與第一輸 出二極管Dol的陽極以及第一開關(guān)電容Cfl的一端相連，第二反激變壓器的第 二繞組L2b的一端與第二鉗位二極管Dc2的陽極以及第一開關(guān)電容Cfl的另一 端相連，第二鉗位二極管Dc2的陰極與第二輸出二極管Do2的陽極以及第二開 關(guān)電容Cf2的另一端相連，第一輸出二極管Dol的陰極與第二輸出二極管Do2 的陰極以及輸出電容Co的正端相連，輸出電容Co的負(fù)端與第一反激變壓器的 第二繞組Llb的另一端以及第二反激變壓器的第二繞組L2b的另一端共同與輸 出的地相連；上述第一反激變壓器的第一繞組Lla與第二功率開關(guān)管S2的漏極 連接端和第一反激變壓器的第二繞組Lib的接地端為第一反激變壓器的同名 端;第二反激變壓器的第一繞組L2a與箝位電容Cc的連接端和第二反激變壓器 的第二繞組L2b的接地端為第二反激變壓器的同名端。
圖中Csl、 Cs2分別為第一、第二功率開關(guān)管S1、 S2自身存在的并聯(lián)電容。 隔離型有源箝位交錯并聯(lián)DC/DC變換器存在四種換流情況，即第一功率開 關(guān)管Sl關(guān)斷與輔助開關(guān)管Sc開通之間的換流；輔助開關(guān)管Sc關(guān)斷與第一開關(guān) 管Sl開通之間的換流；第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷與輔助開關(guān)管Sc開通之間的換 流；輔助開關(guān)管Sc關(guān)斷與第二功率開關(guān)管S2開通之間的換流。由于電路的對 稱性，僅以第一功率開關(guān)管S1的換流過程為例分析如下
第一功率開關(guān)管Sl關(guān)斷與輔助開關(guān)管Sc開通的換流過程 換流之前，電路處于第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2開通，第一鉗 位二極管Dcl、第一輸出二極管Dol、第二鉗位二極管Dc2、第二輸出二極管Do2關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)管S1關(guān)斷時，由于第一功率開關(guān)管 Sl自身存在并聯(lián)電容，第一功率開關(guān)管SI的電壓從零開始以一定斜率線性上 升，即第一功率開關(guān)管SI實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。第一功率開關(guān)管SI的電壓上升 到一定值時，輔助開關(guān)管Sc的體內(nèi)二極管開通，輔助開關(guān)管Sc的電壓為零， 第一反激變壓器的漏感能量轉(zhuǎn)移到箝位電容Cc上，輔助開關(guān)管Sc的體內(nèi)二極 管開通后，給出輔助開關(guān)管Sc的門極信號，實(shí)現(xiàn)了輔助開關(guān)管Sc的零電壓開 通。在這個過程，第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2導(dǎo)通，反激變壓 器能量開始向電路的輸出端轉(zhuǎn)移。之后，電路進(jìn)入第一功率管SI關(guān)斷，輔助開 關(guān)管Sc開通，第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2開通的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。 輔助開關(guān)管Sc關(guān)斷與第一功率開關(guān)管SI開通的換流過程 輔助開關(guān)管Sc關(guān)斷前，第一反激變壓器的漏感與箝位電容Cc諧振，第一 鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2處于導(dǎo)通的穩(wěn)定運(yùn)行工作狀態(tài)。輔助開 關(guān)管Sc關(guān)斷時，由于第一功率開關(guān)管S1自身存在并聯(lián)電容，輔助開關(guān)管Sc電 壓從零開始以一定斜率線性上升，即輔助開關(guān)管Sc實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。第一反 激變壓器的漏感與第一功率開關(guān)管SI上并聯(lián)電容諧振，第一功率開關(guān)管SI上 并聯(lián)電容能量向第一反激變壓器的漏感轉(zhuǎn)移，第一功率開關(guān)管S1的電壓從一定 值開始以一定斜率下降，當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)管S1的電壓下降到零時，第一功率開 關(guān)管SI的體內(nèi)二極管開通，第一功率開關(guān)管SI的體內(nèi)二極管開通后，給出第 一功率開關(guān)管SI門極信號，實(shí)現(xiàn)了第一功率開關(guān)管SI的零電壓開通。第一鉗 位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2的電流從一定值開始以一定斜率下降，當(dāng) 第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2的電流下降到零時，第一鉗位二極 管Dcl、第二輸出二極管Do2關(guān)斷。這樣，第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二 極管Do2的反向恢復(fù)電流為零，大大減小了第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二 極管Do2帶來的反向恢復(fù)損耗。之后，電路進(jìn)入第一功率開關(guān)管Sl導(dǎo)通，第一 鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2關(guān)斷的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
權(quán)利要求
1. 一種隔離型有源箝位交錯并聯(lián)DC/DC變換器，其特征是包括兩個功率開關(guān)管(S1、S2)，兩個箝位二極管(Dc1、Dc2)，兩個輸出二極管(Do1、Do2)，一個輔助功率開關(guān)管(Sc)，一個箝位電容(Cc)，兩個開關(guān)電容(Cf1、Cf2)，一個輸出電容(Co)和兩個反激變壓器，第一反激變壓器有兩個繞組(L1a、L1b)，第二反激變壓器有兩個繞組(L2a、L2b)，第一反激變壓器的第一繞組(L1a)的一端和第二功率開關(guān)管(S2)的漏極共同與輸入電源的正端相連，第一反激變壓器的第一繞組(L1a)的另一端與第一功率開關(guān)管(S1)的漏極以及輔助功率開關(guān)管(Sc)的漏極相連，第二反激變壓器的第一繞組(L2a)的一端與箝位電容(Cc)的一端以及第二功率開關(guān)管(S2)的源極相連，箝位電容(Cc)的另一端與輔助功率開關(guān)管(Sc)的源極相連，第二反激變壓器的第一繞組(L2a)的另一端以及第一功率開關(guān)管(S1)的源極與輸入電源的地相連，第一反激變壓器的第二繞組(L1b)的一端與第一鉗位二極管(Dc1)的陽極以及第二開關(guān)電容(Cf2)的一端相連，第一鉗位二極管(Dc1)的陰極與第一輸出二極管(Do1)的陽極以及第一開關(guān)電容(Cf1)的一端相連，第二反激變壓器的第二繞組(L2b)的一端與第二鉗位二極管(Dc2)的陽極以及第一開關(guān)電容(Cf1)的另一端相連，第二鉗位二極管(Dc2)的陰極與第二輸出二極管(Do2)的陽極以及第二開關(guān)電容(Cf2)的另一端相連，第一輸出二極管(Do1)的陰極與第二輸出二極管(Do2)的陰極以及輸出電容(Co)的正端相連，輸出電容(Co)的負(fù)端與第一反激變壓器的第二繞組(L1b)的另一端以及第二反激變壓器的第二繞組(L2b)的另一端共同與輸出的地相連；上述第一反激變壓器的第一繞組(L1a)與第二功率開關(guān)管(S2)的漏極連接端和第一反激變壓器的第二繞組(L1b)的接地端為第一反激變壓器的同名端；第二反激變壓器的第一繞組(L2a)與箝位電容(Cc)的連接端和第二反激變壓器的第二繞組(L2b)的接地端為第二反激變壓器的同名端。
全文摘要
本發(fā)明公開的隔離型有源箝位交錯并聯(lián)直流—直流變換器包括兩個功率開關(guān)管，兩個輸出二極管，兩個鉗位二極管，一個輔助功率開關(guān)管，一個箝位電容，兩個開關(guān)電容，一個輸出電容和兩個反激變壓器。兩個反激變壓器分別有兩個繞組。本發(fā)明利用兩個反激變壓器的第二繞組與兩個開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)了變換器輸出功率等級的提高。只使用一個輔助開關(guān)管和一個箝位電容吸收兩個反激變壓器的漏感能量，利用兩個功率開關(guān)管自身存在的并聯(lián)電容及兩個功率開關(guān)管和輔助開關(guān)管的門極安排，實(shí)現(xiàn)了兩個功率開關(guān)管和輔助開關(guān)管的零電壓開通和零電壓關(guān)斷，利用兩個反激變壓器的漏感實(shí)現(xiàn)了兩個輸出二極管和兩個鉗位二極管的軟關(guān)斷，電路中無能量損耗元件，可提高變換器的輸出增益與電路效率。
文檔編號H02M3/24GK101282089SQ20081006181
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者何湘寧, 東 汪 申請人:浙江大學(xué)