專利名稱：交叉整流的輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)組合變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種交叉整流的輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)組合 變換器。
背景技術(shù)：
隨著功率等級的增加，變換器的磁性元件體積也會增大，并且磁損耗、開關(guān)管的電 流應(yīng)力也會隨之增大，這限制了變換器效率和功率密度。將兩個及兩個以上變換器在輸入 端并聯(lián)和輸出端并聯(lián)能降低單個變換器的功率等級，從而保證單個變換器能工作在較高開 關(guān)頻率，有利于提高功率密度。另外，各個變換器之間通常采用交錯并聯(lián)方式以減少輸入和 輸出的電流紋波，從而減小輸入和輸出濾波電容的體積。鑒于以上優(yōu)點，輸入并聯(lián)輸出并聯(lián) 組合變換器在大電流輸出DC/DC變換領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)組合變換器的各個變換器之間通常需要采取均流措施，其 目的在于保證變換器間電氣應(yīng)力和熱應(yīng)力的均勻分配。因為并聯(lián)運行的各個變換器特性并 不一致，輸出電壓較高，或輸出內(nèi)阻較小的變換器會承擔(dān)更多的電流，甚至過載；輸出電壓 較低或內(nèi)阻較大的變換器則運行于輕載狀態(tài)，甚至是空載。因此，分擔(dān)電流多的變換器相對 于其它變換器承擔(dān)著更大的電氣應(yīng)力和熱應(yīng)力，容易出故障及老化，從而降低了整個變換 器的可靠性和效率。目前，均流方法大致分為兩大類下垂法(droop method)和有源均流法(active current sharing method)。下垂法改變并聯(lián)模塊的輸出內(nèi)阻，只適用于小功率場合。有源 均流法適用范圍廣，輸出特性好，但是需要對每個變換器單元進(jìn)行電流采樣，控制系統(tǒng)設(shè)計 較復(fù)雜，且均流母線容易受干擾。如果采用數(shù)字控制，每增加一個電流采樣點就需要增加一 個模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，而且η個變換器單元的均流環(huán)設(shè)計比較復(fù)雜?？傊?，添加均流環(huán)降低 了組合變換器可靠性，并增加了設(shè)計成本和加大了控制的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種交叉整流的輸入并聯(lián)輸出并聯(lián) 組合變換器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種交叉整流的輸入并聯(lián)輸出并 聯(lián)組合變換器，其主電路包括整流輸出交叉連接的兩個橋式模塊電路。每個橋式模塊電路 由橋式電路、一個高頻隔離變壓器、一個輸出交叉的整流電路，和一個輸出濾波電感構(gòu)成。 橋式電路與變壓器原邊相連，交叉的整流電路一端與變壓器副邊相連，另一端與輸出濾波 電感相連。兩個橋式電路的輸入端并聯(lián)且兩個輸出濾波電感輸出端并聯(lián)。進(jìn)一步地，所述橋式電路為全橋橋式電路，所述變壓器的原邊串聯(lián)一個隔直電容， 所述變壓器原邊單繞組且所述變壓器副邊單繞組，所述交叉整流電路為全橋整流電路。所 述交叉流整流電路由兩組LDD電路并聯(lián)構(gòu)成，每組LDD電路由兩個二極管同向串聯(lián)再與一 個電感串聯(lián)構(gòu)成，兩組LDD電路各自的兩個二極管的連接點處引出來作為所述全橋交叉整流電路的兩個輸入端口，兩組LDD電路并聯(lián)連接點處引出來作為所述全橋交叉整流電路的 兩個輸出端口。進(jìn)一步地，所述橋式電路為全橋橋式電路，所述變壓器的原邊串聯(lián)一個隔直電容， 所述變壓器原邊單繞組且所述變壓器副邊兩繞組，所述交叉整流電路為全波整流電路。進(jìn)一步地，所述橋式電路為半橋橋式電路，所述變壓器原邊單繞組且所述變壓器 副邊單繞組，所述交叉整流電路為全橋整流電路。所述全橋交叉整流電路由兩組LDD電路 并聯(lián)構(gòu)成，每組LDD電路由兩個二極管同向串聯(lián)再與一個電感串聯(lián)構(gòu)成，兩組LDD電路各自 的兩個二極管的連接點處引出來作為所述全橋交叉整流電路的兩個輸入端口，兩組LDD電 路并聯(lián)連接點處引出來作為所述全橋交叉整流電路的兩個輸出端口。進(jìn)一步地，所述橋式電路為半橋橋式電路，所述變壓器原邊單繞組且所述變壓器 副邊兩繞組，所述交叉整流電路為全波整流電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是兩個橋式變換器并聯(lián)，能提高功率等級， 減小開關(guān)器件的電流應(yīng)力。同傳統(tǒng)并聯(lián)橋式電路相比，僅改變了變壓器副邊整流二極管的 連接方式，附加器件少；利用兩模塊的交叉整流來抵消模塊參數(shù)不一致造成的電感電流不 均衡，同時利用半橋電路的橋臂電容或全橋電路的隔直電容來動態(tài)調(diào)節(jié)整流輸出電壓，強(qiáng) 制兩輸出濾波電感均流。不需要對每個電路單元進(jìn)行電流采樣，不需要添加均流控制環(huán)，但 仍能實現(xiàn)均流。該組合變換器實現(xiàn)自然均流，控制系統(tǒng)設(shè)計上可以采用傳統(tǒng)方式，極大地簡 化了控制，從而提高了組合變換器的功率密度和可靠性，也降低了成本。


圖1為本發(fā)明組合變換器的第一種實施方式的電路原理圖； 圖2為本發(fā)明組合變換器的第二種實施方式的電路原理圖3為本發(fā)明組合變換器的第三種實施方式的電路原理圖； 圖4為本發(fā)明組合變換器的第四種實施方式的電路原理圖； 圖5為本發(fā)明組合變換器的驅(qū)動時序圖。
具體實施例方式如圖1所示，作為本發(fā)明的第一種實施方式，組合變換器的主電路包括兩組變壓 器副邊全橋交叉整流的全橋模塊電路。全橋橋式電路Hpl、隔直電容Cpl、高頻隔離變壓器 Tl和全橋整流電路LLl構(gòu)成其中一個電路模塊；全橋橋式電路Hp2、隔直電容Cp2、高頻隔 離變壓器T2和全橋整流電路LL2構(gòu)成另一個電路模塊。交叉整流電路LLl和交叉整流電 路LL2連接輸出濾波電感Ll和輸出濾波電感L2。由于兩個電路模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一樣，為了 闡述方便，下面只對其中一個電路模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。全橋電路Hpl與變壓器Tl原邊相連，開關(guān)管Sll、S12、S13、S14為金屬氧化物硅 場效應(yīng)晶體管(M0SFEET)，變壓器原邊與隔直電容Cpl串聯(lián)，全橋整流電路LLl與變壓器Tl 副邊相連，全橋電路Hpl的兩根母線引出來作為輸入端口。二極管D11、D12、D13、D14分別 表示功率開關(guān)管Sll、S12、S13、S14的反并二極管。每個橋臂的上部MOSFET源極和下部 MOSFET漏極連接，即Sll源極和S12漏極相連，S13源極和S14漏極相連。橋臂上管S11、 S13漏極相連作為輸入端正極，橋臂下管S12、S14源極相連作為輸入端負(fù)極。變壓器Tl的原邊單繞組且變壓器Tl的副邊單繞組。全橋整流電路LLl的輸入端口與變壓器Tl的副邊 連接，輸出端口分別連接輸出濾波電感Ll和L2。全波整流電路LLl由兩組LDD電路并聯(lián)構(gòu) 成二極管D15陰極與二極管D16陽極相連，二極管D15的陽極與輸出端的負(fù)極相連，二極 管D16的陰極與輸出濾波電感Ll相連，構(gòu)成其中一組LDD電路；二極管D17陰極與二極管 D18陽極相連，二極管D17的陽極與輸出端的負(fù)極相連，二極管D18的陰極與輸出濾波電感 L2相連，構(gòu)成另一組LDD電路。第一組LDD電路的二極管D15和二極管D16的連接點引出 來作為全橋整流電路的一個輸入端口，第二組LDD電路的二極管D17和二極管D18的連接 點引出來作為全橋整流電路的另一個輸入端口。二極管D16陰極和二極管D26陰極連接起 來，連接點連接輸出濾波電感Ll ；二極管D18陰極和二極管D28陰極連接起來，連接點連接 輸出濾波電感L2。變壓器Tl與功率開關(guān)管Sll源極和功率開關(guān)管S12漏極的連接點相連 的端口記為端口 1，變壓器Tl與二極管D15陰極和二極管D16的陽極連接點相連的端口記 為端口 2，則端口 1和端口 2為變壓器Tl的一組同名端。各功率開關(guān)管的柵極和源極引出來接驅(qū)動信號。功率開關(guān)管S11、功率開關(guān)管S14 共用驅(qū)動信號1，功率開關(guān)管S12、功率開關(guān)管S13共用驅(qū)動信號2，功率開關(guān)管S21、功率開 關(guān)管SM共用驅(qū)動信號3，功率開關(guān)管S22、功率開關(guān)管S23共用驅(qū)動信號4。如圖2所示，作為本發(fā)明的第二種實施方式，組合變換器的主電路包括兩組變壓 器副邊全波交叉整流的全橋模塊電路。全橋電路Hpl、隔直電容Cpl、副邊帶中心抽頭的高 頻隔離變壓器Tl、全波整流電路LLl構(gòu)成其中一個電路模塊。全橋電路Hp2、隔直電容Cp2、 副邊帶中心抽頭的高頻隔離變壓器T2、全波整流電路LL2構(gòu)成另一個電路模塊。由于兩個 電路模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一樣，為了闡述方便，下面只對其中一個電路模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行說 明。全橋電路Hpl與變壓器Tl原邊相連。開關(guān)管Sll、S12、S13、S14為金屬氧化物 硅場效應(yīng)晶體管(M0SFEET)，變壓器原邊與隔直電容Cpl串聯(lián)，全橋整流電路LLl與變壓器 Tl副邊相連，全橋電路Hl的兩根母線引出來作為輸入端口。二極管Dll、D12、D13、D14分 別表示功率開關(guān)管S11、S12、S13、S14的反并二極管。每個橋臂的上部MOSFET源極和下部 MOSFET漏極連接，即Sll源極和S12漏極相連，S13源極和S14漏極相連。橋臂上管S11、 S13漏極相連作為輸入端正極，橋臂下管S12、S14源極相連作為輸入端負(fù)極。變壓器Tl的 原邊單繞組且變壓器Tl的副邊繞組帶中心抽頭。全波整流電路LLl的輸入端口與變壓器 Tl的副邊連接，輸出端口連接分別輸出濾波電感Ll和L2。全波整流電路LLl由兩個整流 二極管構(gòu)成二極管D15和D16陽極分別連接變壓器副邊引出線，二極管D15陰極連接電感 Li，二極管D16陰極連接電感L2，變壓器副邊中心抽頭作為輸出端負(fù)極。二極管D17陽極連 接變壓器副邊中心抽頭，陰極與二極管D15的陰極相連。二極管D15陰極和二極管D25陰 極連接起來，連接點連接輸出濾波電感Ll ；二極管D16陰極和二極管擬6陰極連接起來，連 接點連接輸出濾波電感L2。變壓器Tl與功率開關(guān)管Sll源極和功率開關(guān)管S12漏極的連 接點相連的端口記為端口 1，變壓器Tl與二極管D15陽極相連的端口記為端口 2，則端口 1 和端口 2為變壓器Tl的一組同名端。各功率開關(guān)管的柵極和源極引出來接驅(qū)動信號。功率開關(guān)管S11、功率開關(guān)管S14 共用驅(qū)動信號1，功率開關(guān)管S12、功率開關(guān)管S13共用驅(qū)動信號2，功率開關(guān)管S21、功率開 關(guān)管SM共用驅(qū)動信號3，功率開關(guān)管S22、功率開關(guān)管S23共用驅(qū)動信號4。
如圖3所示，作為本發(fā)明的第三種實施方式，組合變換器的主電路包括兩組變壓 器副邊全橋交叉整流的半橋電路。半橋橋式電路Hpl、高頻隔離變壓器Tl和全橋整流電路 LLl構(gòu)成其中一個電路模塊；半橋橋式電路Hp2、高頻隔離變壓器T2和全橋整流電路LL2構(gòu) 成另一個電路模塊。交叉整流電路LLl和交叉整流電路LL2連接輸出濾波電感Ll和輸出 濾波電感L2。由于兩個電路模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一樣，為了闡述方便，下面只對其中一個電路模 塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。半橋電路Hpl與變壓器Tl原邊相連，開關(guān)管S11、S12為金屬氧化物硅場效應(yīng)晶體 管(M0SFEET)。二極管D11、D12分別表示功率開關(guān)管S11、S12的反并二極管。橋臂的上部 MOSFET源極和下部MOSFET漏極連接，S卩Sll源極和S12漏極相連。半橋電容C11、C12串 聯(lián)，Cll另一端連接開關(guān)管Sll漏極，作為輸入端正極，C12另一端連接開關(guān)管S12源極，作 為輸入端負(fù)極。變壓器Tl的原邊單繞組且變壓器Tl的副邊單繞組。變壓器原邊一端與開 關(guān)管組成的橋臂中點相連，另一端與半橋電容中點相連。全橋整流電路LLl的輸入端口與 變壓器Tl的副邊連接，輸出端口連接分別輸出濾波電感Ll和L2。全橋整流電路LLl由兩 組LDD電路并聯(lián)構(gòu)成二極管D13陰極與二極管D14陽極相連，二極管D13的陽極與輸出端 的負(fù)極相連，二極管D14的陰極與輸出濾波電感Ll相連，構(gòu)成其中一組LDD電路；二極管 D15陰極與二極管D16陽極相連，二極管D15的陽極與輸出端的負(fù)極相連，二極管D16的陰 極與輸出濾波電感L2相連，構(gòu)成另一組LDD電路。第一組LDD電路的二極管D13和二極管 D14的連接點引出來作為全橋整流電路的一個輸入端口，第二組LDD電路的二極管D15和 二極管D16的連接點引出來作為全橋整流電路的另一個輸入端口。二極管D14陰極和二極 管D24陰極連接起來，連接點連接輸出濾波電感Ll ；二極管D16陰極和二極管D26陰極連 接起來，連接點連接輸出濾波電感L2。變壓器Tl與功率開關(guān)管Sll源極和功率開關(guān)管S12 漏極的連接點相連的端口記為端口 1，變壓器Tl與二極管D13陰極和二極管D14的陽極連 接點相連的端口記為端口 2，則端口 1和端口 2為變壓器Tl的一組同名端。各功率開關(guān)管的柵極和源極引出來接驅(qū)動信號。功率開關(guān)管Sll使用驅(qū)動信號1， 功率開關(guān)管S12使用驅(qū)動信號2，功率開關(guān)管S21使用驅(qū)動信號3，功率開關(guān)管S22使用驅(qū) 動信號4。如圖4所示，作為本發(fā)明的第四種實施方式，組合變換器的主電路包括兩組變壓 器副邊全波交叉整流的半橋模塊電路。半橋電路HI、副邊帶中心抽頭的高頻隔離變壓器 Tl、全波整流電路LLl和輸出濾波電感Ll構(gòu)成其中一個電路模塊。半橋電路H2、副邊帶中 心抽頭的高頻隔離變壓器T2、全波整流電路LL2和輸出濾波電感L2構(gòu)成另一個電路模塊。 由于兩個電路模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一樣，為了闡述方便，下面只對其中一個電路模塊的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)進(jìn)行說明。半橋電路Hl與變壓器Tl原邊相連。開關(guān)管S11、S12為金屬氧化物硅場效應(yīng)晶體 管(M0SFEET)，二極管D11、D12分別表示功率開關(guān)管S11、S12的反并二極管。橋臂的上部 MOSFET源極和下部MOSFET漏極連接，即Sll源極和S12漏極相連。半橋電容Cll、C12串 聯(lián)，Cll另一端連接開關(guān)管Sll漏極，作為輸入端正極，C12另一端連接開關(guān)管S12源極，作 為輸入端負(fù)極。變壓器Tl的原邊單繞組且變壓器Tl的副邊繞組帶中心抽頭。全波整流電 路LLl的輸入端口與變壓器Tl的副邊連接，輸出端口連接分別輸出濾波電感Ll和L2。全 波整流電路LLl由三個整流二極管構(gòu)成二極管D13和D14陽極分別連接變壓器副邊引出
6線，二極管D13陰極連接電感Li，二極管D14陰極連接電感L2，變壓器副邊中心抽頭作為輸 出端負(fù)極。二極管D15陽極連接變壓器副邊中心抽頭，陰極與二極管D13的陰極相連。二 極管D13陰極和二極管D23陰極連接起來，連接點連接輸出濾波電感Ll ；二極管D14陰極 和二極管DM陰極連接起來，連接點連接輸出濾波電感L2。變壓器Tl與功率開關(guān)管Sll源 極和功率開關(guān)管S12漏極的連接點相連的端口記為端口 1，變壓器Tl與二極管D13陽極相 連的端口記為端口 2，則端口 1和端口 2為變壓器Tl的一組同名端。各功率開關(guān)管的柵極和源極引出來接驅(qū)動信號。功率開關(guān)管Sll使用驅(qū)動信號1， 功率開關(guān)管S12使用驅(qū)動信號2，功率開關(guān)管S21使用驅(qū)動信號3，功率開關(guān)管S22使用驅(qū) 動信號4。以上四種實施方式中的功率開關(guān)管一般為金屬氧化物硅場效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field-effect Transistor, MOSFET)或者絕緣柵雙極型晶體管 (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)。所述功率開關(guān)管及其反并二極管可由獨 立晶體管和獨立二極管反并聯(lián)后構(gòu)成，或由內(nèi)部自帶反并二極管的晶體管構(gòu)成。所述第一 種和第二種實施方式中的隔直電容為無極性電容。所述半橋橋式電路中的電容或為有極性 電解電容、或為無極性電容、或為兩者的結(jié)合使用。如圖5所示，本發(fā)明中，兩個電路模塊采用共同占空比控制方式，總共使用4組驅(qū) 動信號，分別為驅(qū)動信號1、驅(qū)動信號2、驅(qū)動信號3、驅(qū)動信號4。驅(qū)動信號1和驅(qū)動信號2 交錯半個開關(guān)周期，驅(qū)動信號4和驅(qū)動信號1相同，驅(qū)動信號3和驅(qū)動信號2相同。驅(qū)動信 號1到4的占空比都小于0. 5。各功率開關(guān)管在以上兩組驅(qū)動信號下協(xié)調(diào)工作，在采用交叉 整流情況下兩個電路模塊實現(xiàn)輸入輸出的自然均流，不需要均流控制環(huán)。這種方案能有效 擴(kuò)大直流變換器的輸出電流，且閉環(huán)控制設(shè)計簡單，可靠性高。
權(quán)利要求
1.一種交叉整流的輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)組合變換器，其特征是其主電路包括整流輸出 交叉連接的兩個隔離型橋式模塊電路；開關(guān)管為金屬氧化物硅場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或 者絕緣雙極晶體管(IGBT)；所述兩個隔離型橋式模塊電路由兩個半橋或帶隔直電容的全 橋電路、兩個高頻隔離變壓器、兩個輸出濾波電感和兩個交叉整流電路構(gòu)成，所述半橋或全 橋電路與所述高頻隔離變壓器原邊相連，所述交叉整流電路一端與所述變壓器副邊相連， 另一端與輸出濾波電感相連；兩個所述半橋或全橋電路的輸入端并聯(lián)且兩個所述輸出濾波 電感輸出端并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉整流輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)組合變換器，其特征是所述橋 式電路為全橋橋式電路，所述變壓器的原邊串聯(lián)一個隔直電容，所述變壓器原邊單繞組且 所述變壓器副邊單繞組，所述交叉整流電路為全橋整流電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交叉整流輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)組合變換器，其特征是所述全 橋整流電路由兩組LDD電路并聯(lián)構(gòu)成，所述LDD電路由兩個二極管同向串聯(lián)再與一個電感 串聯(lián)構(gòu)成，兩組所述LDD電路各自的兩個所述二極管的連接點處引出來作為所述全橋整流 電路的兩個輸入端口，兩組所述LDD電路并聯(lián)連接點處引出來作為所述全橋整流電路的兩 個輸出端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉整流輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)組合變換器，其特征是所述橋 式電路為全橋橋式電路，所述變壓器的原邊串聯(lián)一個隔直電容，所述變壓器原邊單繞組且 所述變壓器副邊兩繞組，所述交叉整流電路為全波整流電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉整流輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)組合變換器，其特征是所述橋 式電路為半橋橋式電路，所述變壓器原邊單繞組且所述變壓器副邊單繞組，所述交叉整流 電路為全橋整流電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交叉整流輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)組合變換器，其特征是所述全 橋整流電路由兩組LDD電路并聯(lián)構(gòu)成，所述LDD電路由兩個二極管同向串聯(lián)再與一個電感 串聯(lián)構(gòu)成，兩組所述LDD電路各自的兩個所述二極管的連接點處引出來作為所述全橋整流 電路的兩個輸入端口，兩組所述LDD電路并聯(lián)連接點處引出來作為所述全橋整流電路的兩 個輸出端口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交叉整流輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)組合變換器，其特征是所述橋 式電路為半橋橋式電路，所述變壓器原邊單繞組且所述變壓器副邊兩繞組，所述交叉整流 電路全波整流電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交叉整流的輸入并聯(lián)輸出并聯(lián)組合變換器，其主電路包括整流輸出交叉連接的兩個隔離型橋式模塊電路；每個橋式模塊電路由一個半橋或帶隔直電容的全橋電路、一個高頻變壓器、一個整流電路和一個輸出濾波電感構(gòu)成，半橋或全橋電路與變壓器原邊相連，整流電路與變壓器副邊相連，整流輸出交叉連接兩個輸出濾波電感。橋式電路的輸入端并聯(lián)且輸出濾波電感輸出端并聯(lián)。本發(fā)明通過交叉整流電路來抵消電路參數(shù)不一致造成的整流輸出電壓不一致，實現(xiàn)兩個輸出濾波電感的自然均流，同時實現(xiàn)兩個橋式電路的輸入自然均流，不需要添加均流控制環(huán)，不需要對橋式電路進(jìn)行電流采樣，極大簡化了控制，并提高了組合變換器的功率密度和可靠性，降低了成本。
文檔編號H02M3/335GK102130599SQ20111007233
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者石健將, 程娟, 羅劼 申請人:浙江大學(xué)