內(nèi)電感全橋變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種內(nèi)電感全橋變換器，屬于電力電子變換器的【技術(shù)領(lǐng)域】。所述的內(nèi)電感全橋變換器包括依次連接的全橋變換結(jié)構(gòu)、變壓器、整流電路、濾波電路，所述濾波電路為一個電容，所述電容并聯(lián)在該變換器的輸出端。通過去掉傳統(tǒng)變換器濾波電路的大電感，只保留一個電容濾波，一方面使得濾波電路的體積減小，另一方面消除了整流二極管的電壓震蕩，解決了現(xiàn)有變換器體積大，整流二極管的寄生振蕩、反向恢復(fù)的問題。
【專利說明】內(nèi)電感全橋變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及內(nèi)電感全橋變換器，屬于電力電子變換器領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 全橋變換器適合于高輸入電壓和中大功率場合，在通訊開關(guān)電源、電力操作電源 等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。無需外加輔助開關(guān)，全橋變換器中獨特的橋臂結(jié)構(gòu)易于實現(xiàn)開關(guān) 管的軟開關(guān)工作（有源箝位軟開關(guān)技術(shù)也可看成是在變換器內(nèi)部構(gòu)造出橋臂結(jié)構(gòu)），從而 可以大幅提高開關(guān)頻率，有利于效率和功率密度的提升。但是傳統(tǒng)ZVS移相全橋變換器存 在軟開關(guān)范圍窄、變壓器副邊占空比丟失、整流二極管電壓振蕩缺點、而且傳統(tǒng)變換器由于 濾波單元采用大電感與電容結(jié)合的電路，使得變換器的體積普遍較大，占用空間大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提出一種內(nèi)電感全橋變換器，通過去掉傳統(tǒng)變換 器濾波電路的大電感，只保留一個電容濾波，一方面使得濾波電路的體積減小，另一方面消 除了整流二極管的電壓震蕩，解決了現(xiàn)有變換器體積大，整流二極管的寄生振蕩、反向恢復(fù) 的問題，提高了變換器的效率和功率密度。
[0004] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：
[0005] 內(nèi)電感全橋變換器，包括依次連接的全橋變換結(jié)構(gòu)、變壓器、整流電路、濾波電路， 所述全橋變換結(jié)構(gòu)包括第一至第四開關(guān)管，其中第一開關(guān)管與第三開關(guān)管組成第一變換橋 臂，第二開關(guān)管與第四開關(guān)管組成第二變換橋臂；所述濾波電路為一個濾波電容，所述濾波 電容并聯(lián)在該變換器的輸出端。
[0006] 所述整流電路為全橋整流電路或全波整流電路。
[0007] 所述全橋整流電路包括第一至第四整流二極管，其中第一整流二極管與第三整流 二極管組成第一整流橋臂，第二整流二極管與第四整流二極管組成第二整流橋臂；所述變 壓器原邊繞組的一端與第一變換橋臂的中點連接，變壓器原邊繞組的另一端與第二變換橋 臂的中點連接，所述變壓器副邊繞組的一端與第一整流橋臂的中點連接，變壓器副邊繞組 的另一端與第二整流橋臂的中點連接。
[0008] 所述全波整流電路包括第一整流二極管、第二整流二極管；所述變壓器原邊繞組 的一端與第一變換橋臂的中點連接，變壓器原邊繞組的另一端與第二變換橋臂的中點連 接，所述變壓器的副邊繞組包括第一至第三端口，變壓器副邊繞組的第一端與第一整流二 級管的陽極連接，變壓器副邊繞組的第二端與第二整流二級管的陽極連接，第一整流二極 管的陰極、第二整流二極管的陰極均與所述濾波電容的一端連接，濾波電容的另一端與變 壓器副邊繞組的第三端連接。
[0009] 所述第一至第四開關(guān)管的輸入端、輸出端之間均并聯(lián)一個二極管與一個電容，其 中，所述二極管的陰極與開關(guān)管的輸入端連接，二極管的陽極與開關(guān)管的輸出端連接。
[0010] 所述第一至第四開關(guān)管為三極管、IGBT管、M0S管中的一種。 toon] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0012] 1、該電路結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的變換器結(jié)構(gòu)缺少了一個大電感，使得變換器的體積減小。
[0013] 2、由于沒有大的濾波電感存在，使得變換器的轉(zhuǎn)換效率得到提高。
[0014] 3、整流二極管無反向恢復(fù)震蕩問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為全橋整流的內(nèi)電感全橋變換器。
[0016] 圖2為全波整流的內(nèi)電感全橋變換器。
[0017] 圖3為內(nèi)電感全橋變換器電感電流，橋臂中點電壓，變壓器副邊電壓波形。
[0018] 圖4(a)為帶全波整流電路的內(nèi)電感全橋變換器開關(guān)模態(tài)0的等效電路圖。
[0019] 圖4(b)為帶全波整流電路的內(nèi)電感全橋變換器開關(guān)模態(tài)1的等效電路圖。
[0020] 圖4(c)為帶全波整流電路的內(nèi)電感全橋變換器開關(guān)模態(tài)2的等效電路圖。
[0021] 圖4(d)為帶全波整流電路的內(nèi)電感全橋變換器開關(guān)模態(tài)3的等效電路圖。
[0022] 圖4(e)為帶全波整流電路的內(nèi)電感全橋變換器開關(guān)模態(tài)4的等效電路圖。
[0023] 圖4(f)為帶全波整流電路的內(nèi)電感全橋變換器開關(guān)模態(tài)5的等效電路圖。
[0024] 圖5為當(dāng)輸入電壓Vin = 50V，輸出電壓V。= 40V時實驗波形。
[0025] 圖6為輸入電壓Vin = 80V，輸出電壓V。= 40V時實驗波形。
[0026] 圖中標(biāo)號說明：Vin為直流電壓源；Qi、Q2、Q 3、Q4為第一、第二、第三、第四功率開關(guān) 管，Drt、Drt、D rt、Drt為第一至第四整流二極管，C。為濾波電容，R。為負(fù)載；?；為變壓器。

【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0028] 如圖1、圖2所示的內(nèi)電感全橋變換器，包括依次連接的全橋變換結(jié)構(gòu)、變壓器、整 流電路、濾波電路，所述全橋變換結(jié)構(gòu)包括開關(guān)管9 1、92、93、94，其中開關(guān)管91與開關(guān)管9 3組 成第一變換橋臂，開關(guān)管Q2與開關(guān)管Q4組成第二變換橋臂；所述整流電路為全橋整流電路 或全波整流電路。
[0029] 全橋整流電路包括整流二極管Drl、Dr2、Dri、D r4,其中整流二極管Drl與整流二極管 組成第一整流橋臂，整流二極管1\2與整流二極管D rt組成第二整流橋臂；所述變壓器?； 原邊繞組的一端與第一變換橋臂的中點連接，變壓器?；原邊繞組的另一端與第二變換橋臂 的中點連接，所述變壓器?；副邊繞組的一端與第一整流橋臂的中點連接，變壓器?；副邊繞 組的另一端與第二整流橋臂的中點連接，所述濾波電路為一個電容C。，所述電容C。并聯(lián)在 該變換器的輸出端，全橋變換結(jié)構(gòu)輸入端接直流電壓源V in，濾波電路輸出端接負(fù)載R。，電感 L為變壓器?；的等效漏感。采用該結(jié)構(gòu)的變換器，整流二極管無反向恢復(fù)震蕩。
[0030] 全波整流電路包括第一整流二極管、第二整流二極管1\2;所述變壓器?；原邊繞 組的一端與第一變換橋臂的中點A連接，變壓器?；原邊繞組的另一端與第二變換橋臂的中 點B連接，所述變壓器?；的副邊繞組包括第一至第三端口，其中，第二端為變壓器副邊繞組 的中間抽頭，變壓器?；副邊繞組的第一端與第一整流二級管的陽極連接，變壓器?；副邊 繞組的第二端與第二整流二級管的陽極連接，第一整流二極管的陰極、第二整流二極 管比 2的陰極均與所述濾波電容的一端連接，濾波電容的另一端與變壓器?；副邊繞組的第 三端連接。
[0031] 所述開關(guān)管Qp Q2、Q3、Q4的輸入端、輸出端之間均并聯(lián)一個二極管與一個電容，其 中，所述二極管的陰極與開關(guān)管的輸入端連接，二極管的陽極與開關(guān)管的輸出端連接；開關(guān) 管Qi的輸入輸出端之間并聯(lián)二極管Di、電容Ci ;開關(guān)管Q2的輸入輸出端之間并聯(lián)二極管D2、 電容C2 ;開關(guān)管Q3的輸入輸出端之間并聯(lián)二極管D3、電容C3 ;開關(guān)管Q4的輸入輸出端之間 并聯(lián)二極管D4、電容C4。
[0032] 所述開關(guān)管％、Q2、Q3、Q4為三極管、IGBT管、M0S管中的一種。
[0033] 本發(fā)明的工作原理及工作過程如下：
[0034] 本發(fā)明內(nèi)電感全橋變換器的全橋變換結(jié)構(gòu)的控制信號電壓Vg、電感電流Ip、橋臂 中點電壓V AB、變壓器副邊電壓Vm的波形如圖3所示，其工作過程分為6個開關(guān)模態(tài)，分別 為開關(guān)模態(tài)〇至開關(guān)模態(tài)5,具體描述如下 ：
[0035] 開關(guān)模態(tài)0,對應(yīng)圖3中的h時刻：等效電路如圖4(a)所示，在h時刻之前，〇3和 Q4都導(dǎo)通，原邊電流Ip由地經(jīng)二極管D4、漏感Lp變壓器原邊繞組以及開關(guān)管Q3最后回到 地。副邊電流回路是：下面副邊繞組的負(fù)端，經(jīng)第二整流二極管Dr 2，濾波電容C。與負(fù)載R 回到下面副邊繞組的正端。
[0036] 開關(guān)I旲態(tài)1，對應(yīng)圖3中的[tQ, tj :等效電路如圖4 (b)所不，tQ時刻關(guān)斷Q3, Ip從 Q3中轉(zhuǎn)移到C3和Q的支路中，給C3充電，同時Q被放電，由于C 3、Q和Q3是零電壓關(guān)斷， 在L時刻C3充電到Vin，Di自然導(dǎo)通。
[0037] 開關(guān)I旲態(tài)2,對應(yīng)圖3中的[tp t2]:等效電路如圖4(c)所不，Di導(dǎo)通后，開通(^， 由于Di的存在，Qi中沒有電流流過，Ip逐漸反向減小到0,副邊整流二極管Dr 2關(guān)斷換流。
[0038] 開關(guān)模態(tài)3,對應(yīng)圖3中的[t2，t3]:等效電路如圖4(d)所示，Ip由負(fù)值過零并且正 方向增大，變壓器原邊電壓下正上負(fù)，上面副邊繞組上正下負(fù)D ri開通，至t3時刻Q4關(guān)斷。
[0039] 開關(guān)I旲態(tài)4,對應(yīng)圖3中的[t3, t4]:等效電路如圖4(e)所不，Ip由Q4轉(zhuǎn)移到C2，C4 的支路上，給C4充電C2放電，由于C2和C4, Q4為零電壓關(guān)斷，在t4時刻C2放電到零，D2自 然導(dǎo)通。
[0040] 開關(guān)模態(tài)5,對應(yīng)圖3中的[t4, t5]:等效電路如圖4(f)所示Ip由電源正流經(jīng)％經(jīng) 原邊繞組，l"d2回到電源正，在這期間開通〇 2，由于D2的存在，Q2中沒有電流流過。由于是 在D2導(dǎo)通時開通Q 2所以Q2是零電壓開通。
[0041] 在t5時刻，Qi關(guān)斷，變換器開始另一半個周期的工作其工作情況類似于上述的半 個周期。
[0042] 由上述分析可得增益表達(dá)式為：
[0043]

【權(quán)利要求】
1. 內(nèi)電感全橋變換器，包括依次連接的全橋變換結(jié)構(gòu)、變壓器、整流電路、濾波電路， 所述全橋變換結(jié)構(gòu)包括第一至第四開關(guān)管，其中第一開關(guān)管與第三開關(guān)管組成第一變換橋 臂，第二開關(guān)管與第四開關(guān)管組成第二變換橋臂；其特征在于：所述濾波電路為一個濾波 電容，所述濾波電容并聯(lián)在該變換器的輸出端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)電感全橋變換器，其特征在于：所述整流電路為全橋整流 電路或全波整流電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)電感全橋變換器，其特征在于：所述全橋整流電路包括第 一至第四整流二極管，其中第一整流二極管與第三整流二極管組成第一整流橋臂，第二整 流二極管與第四整流二極管組成第二整流橋臂；所述變壓器原邊繞組的一端與第一變換橋 臂的中點連接，變壓器原邊繞組的另一端與第二變換橋臂的中點連接，所述變壓器副邊繞 組的一端與第一整流橋臂的中點連接，變壓器副邊繞組的另一端與第二整流橋臂的中點連 接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)電感全橋變換器，其特征在于：所述全波整流電路包括第 一整流二極管、第二整流二極管；所述變壓器原邊繞組的一端與第一變換橋臂的中點連接， 變壓器原邊繞組的另一端與第二變換橋臂的中點連接，所述變壓器的副邊繞組包括第一至 第三端口，變壓器副邊繞組的第一端與第一整流二級管的陽極連接，變壓器副邊繞組的第 二端與第二整流二級管的陽極連接，第一整流二極管的陰極、第二整流二極管的陰極均與 所述濾波電容的一端連接，濾波電容的另一端與變壓器副邊繞組的第三端連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的內(nèi)電感全橋變換器，其特征在于：所述第一至 第四開關(guān)管的輸入端、輸出端之間均并聯(lián)一個二極管與一個電容，其中，所述二極管的陰極 與開關(guān)管的輸入端連接，二極管的陽極與開關(guān)管的輸出端連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)電感全橋變換器，其特征在于：所述第一至第四開關(guān)管為 三極管、IGBT管、MOS管中的一種。
【文檔編號】H02M7/219GK104158414SQ201410346447
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】湯雨, 付東進(jìn) 申請人:南京航空航天大學(xué)