專(zhuān)利名稱(chēng)：一種輸入交錯(cuò)串聯(lián)正激直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流變換器，尤其涉及一種輸入交錯(cuò)串聯(lián)正激直流變換器，屬于直流變 換器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
正激變換器近年來(lái)得到了廣泛的研究與應(yīng)用。傳統(tǒng)的正激變換器需要額外的磁復(fù)位繞組， 這不僅增加了變壓器的體積重量，而且增加了開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力一般在 最大輸入電壓的兩倍以上；RCD復(fù)位型正激變換器不需要額外的磁復(fù)位繞組，但開(kāi)關(guān)管的電 壓應(yīng)力仍為輸入電壓的兩倍，而且復(fù)位電路中電阻需要消耗功率，降低了變換器的效率；有 源箝位正激變換器降低了開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，但是它需要一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)管增加了成本，而且 該變換器導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通損耗增加，降低了變換器的效率；雙管正激變換器開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng) 力等于輸入電壓，使用二極管完成變壓器的磁復(fù)位，但其最大占空比只能為0.5。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)背景技術(shù)中提到的現(xiàn)有正激變換器的缺陷而提出一種輸入交錯(cuò)串聯(lián)正激直流 變換器。
本發(fā)明的輸入交錯(cuò)串聯(lián)正激直流變換器，其結(jié)構(gòu)包括原邊電路、第一高頻隔離變壓器、 第二高頻隔離變壓器和輸出整流及濾波電路，其中原邊電路包括直流電源、第一分壓電容、 第二分壓電容、第一功率開(kāi)關(guān)管、第二功率開(kāi)關(guān)管、第三功率開(kāi)關(guān)管、第四功率開(kāi)關(guān)管、第 一磁復(fù)位二極管和第二磁復(fù)位二極管，直流電源的正極分別連接第一分壓電容的一端和第一 功率開(kāi)關(guān)管的漏極，第一功率開(kāi)關(guān)管的源極分別連接第二磁復(fù)位二極管的陰極和第二功率開(kāi)
關(guān)管的漏極，直流電源的負(fù)極分別連接第二分壓電容的一端和第四功率開(kāi)關(guān)管的源極，第四 功率開(kāi)關(guān)管的漏極分別連接第一磁復(fù)位二極管的陽(yáng)極和第三功率開(kāi)關(guān)管的源極；第一高頻隔
離變壓器包括第一原邊繞組和第一副邊繞組，第二高頻隔離變壓器包括第二原邊繞組和第二 副邊繞組，第一原邊繞組的同名端分別連接第二功率開(kāi)關(guān)管的源極和第一磁復(fù)位二極管的陰 極，第一原邊繞組的非同名端分別連接第一分壓電容的另一端、第二分壓電容的另一端和第 二原邊繞組的非同名端，第二原邊繞組的同名端分別連接第三功率開(kāi)關(guān)管的漏極和第二磁復(fù) 位二極管的陽(yáng)極；輸出整流及濾波電路包括第三二極管、第四二極管、第五二極管、濾波電 感、濾波電容和輸出負(fù)載，第三二極管的陽(yáng)極連接第一副邊繞組的同名端，第一副邊繞組的 非同名端分別連接第二副邊繞組的同名端、第五二極管的陽(yáng)極、濾波電容的一端和輸出負(fù)載 的一端，第二副邊繞組的非同名端連接第四二極管的陽(yáng)極，第四二極管的陰極分別連接第三 二極管的陰極、第五二極管的陰極和濾波電感的一端，濾波電感的另一端分別連接濾波電容 的另一端和輸出負(fù)載的另一端。
本發(fā)明的輸入交錯(cuò)串聯(lián)正激直流變換器擁有如下有益效果1、開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力為輸入電 壓的一半，適用于高壓輸入場(chǎng)合；2、高頻隔離變壓器通過(guò)二極管完成磁復(fù)位，不需要額外的 磁復(fù)位繞組或磁復(fù)位電路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；3、實(shí)現(xiàn)了第一功率開(kāi)關(guān)管和第四功率開(kāi)關(guān)管的零 電壓開(kāi)通，變換效率高；4、副邊并聯(lián)輸出，提高了等效占空比及電感電流脈動(dòng)頻率，有利于 減小輸出濾波器體積，提高功率密度，降低成本；5、不存在橋臂直通，變換器可靠性高。
圖1是本發(fā)明輸入交錯(cuò)串聯(lián)正激直流變換器的電路原理圖。圖2是本發(fā)明輸入交錯(cuò)串聯(lián)正激直流變換器的主要波形圖，圖中i)^ I^分別是第一、 第二、第三和第四功率開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，CW表示開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，OPF表示開(kāi)關(guān)管關(guān)斷；Z'w、 /w分別是第一和第二磁復(fù)位二極管的電流&、 &、 &、 /w分別是第一、第二、第三、第四 功率開(kāi)關(guān)管的源極電流，流出為正值；VMI/、 vw^分別是第一和第二原邊繞組的電壓，其中 第一原邊繞組的同名端為正，非同名端為負(fù)，第二原邊繞組的同名端為負(fù)，非同名端為正； Vw、他、W、 V^分別是第一、第二、第三、第四功率開(kāi)關(guān)管的漏極與源極間的電壓；" & 表示時(shí)間。
圖3 圖8分別為本發(fā)明交錯(cuò)串聯(lián)正激直流變換器在開(kāi)關(guān)模態(tài)1 開(kāi)關(guān)模態(tài)6的等效電路 原理圖。
在圖1及圖3 圖8中的標(biāo)號(hào)名稱(chēng)10—原邊電路；20—輸出整流及濾波電路；F^為直 流電源(輸入電壓)；& &分別為第一、第二、第三、第四功率開(kāi)關(guān)管；D" 02分別為第一、 第二磁復(fù)位二極管；7>、 r2分別為第一、第二高頻隔離變壓器；A^v、 Afe分別為第一原邊繞 組、第一副邊繞組；iV^、 Afe分別為第二原邊繞組、第二副邊繞組；C;、 G分別為第一、第 二分壓電容；^ A分別為第三、第四、第五二極管；丄。一濾波電感；C。一濾波電容；i 。一 輸出負(fù)載。
具體實(shí)施例方式
如圖1所不，本發(fā)明輸入交錯(cuò)串聯(lián)正激直流變換器的電路原理圖，其電路結(jié)構(gòu)包括原
邊電路IO、第一高頻隔離變壓器7>、第二高頻隔離變壓器7^和輸出整流及濾波電路20，其
中原邊電路IO包括直流電源^、第一分壓電容Q、第二分壓電容G、第一功率開(kāi)關(guān)管&、 第二功率開(kāi)關(guān)管&、第三功率開(kāi)關(guān)管&、第四功率開(kāi)關(guān)管&、第一磁復(fù)位二極管"7和第二 磁復(fù)位二極管D2，直流電源的正極分別連接第一分壓電容C;的一端和第一功率開(kāi)關(guān)管& 的漏極，第一功率開(kāi)關(guān)管&的源極分別連接第二磁復(fù)位二極管D2的陰極和第二功率丌關(guān)管
&的漏極，直流電源K 的負(fù)極分別連接第二分壓電容c2的一端和第四功率開(kāi)關(guān)管&的源極，
第四功率開(kāi)關(guān)管&的漏極分別連接第一磁復(fù)位二極管D7的陽(yáng)極和第三功率開(kāi)關(guān)管&的源極；
第一高頻隔離變壓器T/包括第一原邊繞組AW和第一副邊繞組Afe，第二高頻隔離變壓器r2 包括第二原邊繞組iVfe和第二副邊繞組Afe，第一原邊繞組Ww的同名端分別連接第二功率丌 關(guān)管&的源極和第一磁復(fù)位二極管Z)/的陰極，第一原邊繞組iVw的非同名端分別連接第一分 壓電容的另一端、第二分壓電容C2的另一端和第二原邊繞組Afe的非同名端，第二原邊 繞組Afe的同名端分別連接第三功率開(kāi)關(guān)管&的漏極和第二磁復(fù)位二極管"2的陽(yáng)極；輸出整 流及濾波電路20包括第三二極管03、第四二極管i^、第五二極管￡)5、濾波電感丄。、濾波電 容C。和輸出負(fù)載i 。，第三二極管Z)3的陽(yáng)極連接第一副邊繞組iVs/的同名端，第一副邊繞組
A^的非同名端分別連接第二副邊繞組Afe的同名端、第五二極管"5的陽(yáng)極、濾波電容C。的
一端和輸出負(fù)載及。的一端，第二副邊繞組Afe的非同名端連接第四二極管i^的陽(yáng)極，第四二
極管的陰極分別連接第三二極管Dj的陰極、第五二極管￡>5的陰極和濾波電感丄。的一端， 濾波電感丄。的另一端分別連接濾波電容C。的另一端和輸出負(fù)載i 。的另一端。
本發(fā)明輸入交錯(cuò)串聯(lián)正激直流變換器的控制方式如下功率開(kāi)關(guān)管&與&的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相
同，功率開(kāi)關(guān)管&與&的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相同，功率開(kāi)關(guān)管s,(或&)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與功率開(kāi)關(guān)管
& (或&)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相位相差180° 。
下面結(jié)合圖2~圖8說(shuō)明本發(fā)明的具體工作原理及工作過(guò)程。在分析前先作如下假設(shè)(1) 所有開(kāi)關(guān)管及二極管均為理想器件；(2)分壓電容C/和c2足夠大且相等，可以將它們看作 j^/2的電壓源；(3)濾波電感Z。足夠大，電感電流A為平滑的直流。 1.開(kāi)關(guān)模態(tài)l (對(duì)應(yīng)于[&力]，其等效電路如附圖3所示)
^時(shí)亥ij， &、 &開(kāi)通，其中&為零電壓開(kāi)通，&、 &關(guān)斷，Z)/截止，_02導(dǎo)通，變換器通
過(guò)r,向副邊傳遞能量，r;的磁化電流從o開(kāi)始變大，7>的磁化電流流經(jīng)d2、 &、 c;進(jìn)行去磁，磁化電流不斷減小，Dj導(dǎo)通，A、 A截止。在該模態(tài)，"原邊繞組電壓為F; /2， &、 &
共同承受輸入電壓，&、 ^的電壓應(yīng)力均為rj2。
2. 開(kāi)關(guān)模態(tài)2 (對(duì)應(yīng)于R力]，其等效電路如附圖4所示)
"時(shí)亥U， ^的磁化電流降為0， 7^磁化過(guò)程結(jié)束，&、 &仍開(kāi)通，&、 &均關(guān)斷，Z)7、 Z)2 均截止，變換器通過(guò)7V向副邊傳遞能量，7>的磁化電流繼續(xù)增大，i^導(dǎo)通，"、1)5截止。 在該模態(tài)，&、 &共同承受^ /2電壓，&、 ^的電壓應(yīng)力均為PV4。
3. 開(kāi)關(guān)模態(tài)3 (對(duì)應(yīng)于fo力],其等效電路如附圖5所示)
。時(shí)刻，&、 &關(guān)斷，&仍關(guān)斷，"2截止，r;的磁化電流流經(jīng)Q、 &的體二極管、D;進(jìn) 行去磁，7V的磁化電流不斷減小，A、 A截止，A導(dǎo)通，丄。通過(guò)i^進(jìn)行續(xù)流。在該模態(tài)， &、 &、 &的電壓應(yīng)力均為^ /2。
4. 開(kāi)關(guān)模態(tài)4 (對(duì)應(yīng)于fo力]，其等效電路如附圖6所示)
G時(shí)亥U, &、 &導(dǎo)通，其中&為零電壓開(kāi)通，1)2截止，化導(dǎo)通，變換器通過(guò)7^向副邊傳 遞能量，^的磁化電流從0開(kāi)始變大，r;的磁化電流流經(jīng)G、 &的體二極管、D7進(jìn)行去磁，
磁化電流不斷減小，i^導(dǎo)通，a;、 "5截止。在該模態(tài)，7^原邊繞組電壓為py2， &、 &共同 承受輸入電壓，&、 &的電壓應(yīng)力均為r, /2。
5. 開(kāi)關(guān)模態(tài)5 (對(duì)應(yīng)于["，W，其等效電路如附圖7所示)
~時(shí)刻，K的磁化電流降為O， T/磁化過(guò)程結(jié)束，&、 &仍開(kāi)通，&、 &均關(guān)斷，Z)7、 D2 均截止，變換器通過(guò)T2向副邊傳遞能量，72的磁化電流繼續(xù)增大，i^導(dǎo)通，"3、 05截止。 在該模態(tài)，&、 &共同承受K /2電壓，&、 &的電壓應(yīng)力均為^ /4。
6. 開(kāi)關(guān)模態(tài)6 (對(duì)應(yīng)于[/5，&]，其等效電路如附圖8所示)
G時(shí)刻，&、 &關(guān)斷，&仍關(guān)斷，A截止，7^的磁化電流流經(jīng)C;、 &的體二極管、"進(jìn) 行去磁，72的磁化電流不斷減小，"j、 A截止，￡>5導(dǎo)通，丄。通過(guò)Z^進(jìn)行續(xù)流。在該模態(tài)， &、 &、 &的電壓應(yīng)力均為FOT/2。
從以上分析可以看出，兩個(gè)交錯(cuò)串聯(lián)的正激變換器，不僅實(shí)現(xiàn)了變壓器的磁復(fù)位，而且 開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力僅為輸入電壓的一半，因此可以適用于中、高壓場(chǎng)合，副邊采用交錯(cuò)并聯(lián) 連接，提高了等效占空比及輸出電感電流脈動(dòng)頻率，有利于減小輸出濾波器的體積，特別適 合輸出大電流的場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1、一種輸入交錯(cuò)串聯(lián)正激直流變換器，其特征在于包括原邊電路(10)、第一高頻隔離變壓器(T1)、第二高頻隔離變壓器(T2)和輸出整流及濾波電路(20)，其中原邊電路(10)包括直流電源(Vin)、第一分壓電容(C1)第二分壓電容(C2)、第一功率開(kāi)關(guān)管(S1)、第二功率開(kāi)關(guān)管(S2)、第三功率開(kāi)關(guān)管(S3)、第四功率開(kāi)關(guān)管(S4)、第一磁復(fù)位二極管(D1)和第二磁復(fù)位二極管(D2)，直流電源(Vin)的正極分別連接第一分壓電容(C1)的一端和第一功率開(kāi)關(guān)管(S1)的漏極，第一功率開(kāi)關(guān)管(S1)的源極分別連接第二磁復(fù)位二極管(D2)的陰極和第二功率開(kāi)關(guān)管(S2)的漏極，直流電源(Vin)的負(fù)極分別連接第二分壓電容(C2)的一端和第四功率開(kāi)關(guān)管(S4)的源極，第四功率開(kāi)關(guān)管(S4)的漏極分別連接第一磁復(fù)位二極管(D1)的陽(yáng)極和第三功率開(kāi)關(guān)管(S3)的源極；第一高頻隔離變壓器(T1)包括第一原邊繞組(NP1)和第一副邊繞組(NS1)，第二高頻隔離變壓器(T2)包括第二原邊繞組(NP2)和第二副邊繞組(NS2)，第一原邊繞組(NP1)的同名端分別連接第二功率開(kāi)關(guān)管(S2)的源極和第一磁復(fù)位二極管(D1)的陰極，第一原邊繞組(NP1)的非同名端分別連接第一分壓電容(C1)的另一端、第二分壓電容(C2)的另一端和第二原邊繞組(NP2)的非同名端，第二原邊繞組(NP2)的同名端分別連接第三功率開(kāi)關(guān)管(S3)的漏極和第二磁復(fù)位二極管(D2)的陽(yáng)極；輸出整流及濾波電路(20)包括第三二極管(D3)、第四二極管(D4)、第五二極管(D5)、濾波電感(Lo)、濾波電容(Co)和輸出負(fù)載(Ro)，第三二極管(D3)的陽(yáng)極連接第一副邊繞組(NS1)的同名端，第一副邊繞組(NS1)的非同名端分別連接第二副邊繞組(NS2)的同名端、第五二極管(D5)的陽(yáng)極、濾波電容(Co)的一端和輸出負(fù)載(Ro)的一端，第二副邊繞組(NS2)的非同名端連接第四二極管(D4)的陽(yáng)極，第四二極管(D4)的陰極分別連接第三二極管(D3)的陰極、第五二極管(D5)的陰極和濾波電感(Lo)的一端，濾波電感(Lo)的另一端分別連接濾波電容(Co)的另一端和輸出負(fù)載(Ro)的另一端。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種輸入交錯(cuò)串聯(lián)正激直流變換器，屬于直流變換器領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)包括原邊電路、第一高頻隔離變壓器、第二高頻隔離變壓器和輸出整流及濾波電路，其中原邊電路由直流電源、兩個(gè)分壓電容、四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管和兩個(gè)磁復(fù)位二極管構(gòu)成，所述第一和第二高頻隔離變壓器均由原邊繞組和副邊繞組構(gòu)成，輸出整流及濾波電路由濾波電感、濾波電容、輸出負(fù)載和三個(gè)二極管構(gòu)成。本發(fā)明中兩個(gè)交錯(cuò)串聯(lián)的正激變換器，不僅實(shí)現(xiàn)了變壓器的磁復(fù)位，且開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力僅為輸入電壓的一半；本發(fā)明提高了變換器等效占空比，濾波器體積小，可靠性高，適合中、高壓輸入及大電流輸出場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H02M3/24GK101557172SQ20091002770
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者吳紅飛, 巖 邢 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)