專利名稱：一種高壓直流電流整流模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及直流電流整流領(lǐng)域，特別是涉及一種帶鉗位二極管全橋PWM三電平ZVS軟開關(guān)準(zhǔn)諧振的高壓直流電流整流模塊。
背景技術(shù)：
目前，高壓直流電流的整流是采用移相全橋技術(shù)，如中國專利ZL201220096735.5，在2012年11月7日申請公開了一種移相全橋開關(guān)電源的直流變換電路，其正是采用移相全橋的控制方式，移相全橋控制方式是諧振變換技術(shù)，其基本工作原理為:每個橋臂的兩個開關(guān)管180度互補(bǔ)導(dǎo)通，每個橋臂的導(dǎo)通之間相差一個相位，即所謂的移相角。移相控制的全橋PwM變換器存在一個主要缺點(diǎn)是:滯后臂開關(guān)管在輕載下很難實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，使它不適合負(fù)載范圍變化大的場合。電路若不能實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)時，將產(chǎn)生以下幾個后果；首先，由于開關(guān)損耗的存在，需要增加散熱器的體積；其次，開關(guān)開通時存在較大的di/dt落，將會造成大的電磁干擾(EMI);再者，由于副邊二極管的反向恢復(fù)，高頻變壓器副邊漏感上的電流瞬交作用，在二極管上產(chǎn)生電壓過沖和振蕩，所以在實(shí)際使用中需在副邊二極管上加入RC吸收。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種聞壓直流電流整流|旲塊，其能有效解決現(xiàn)有之聞壓直流整流模塊很難實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)的問題。為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:一種高壓直流電流整流模塊，所述整流模塊至少包括有母線輸入電容、斬波管、超前管、滯后管，其中，母線輸入電容包括第一電容(Cl)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第四電容(C4)，第一電容(Cl)與第二電容(C2)串聯(lián)后接入正負(fù)母線的第一端和第二端，第三電容(C3)與第四電容(C4)串聯(lián)后接入正負(fù)母線的第一端和第二端，形成并聯(lián)；所述斬波管、超前管和滯后管均包括MOS管；所述斬波管的第一端和所述超前管的漏極、源極正向依次串聯(lián)后的正負(fù)極并聯(lián)在正負(fù)母線的第一端和第二端，并且所述斬波管與所述超前管在A點(diǎn)形成串聯(lián)；所述滯后管中的各MOS管的漏極、源極正向依次串聯(lián)后的正負(fù)極并聯(lián)在正負(fù)母線的第一端和第二端，并且所述滯后管的中部設(shè)置有B點(diǎn)；并且，所述整流模塊至少還設(shè)置有諧振電感(LR)、隔直電容(CR)、功率變壓器(TR)、鉗位二極管(D3、D4)，所述功率變壓器(TR)同名端連接A點(diǎn)，異名端接隔直電容(CR)的第一端；所述隔直電容(CR)的第二端接諧振電感(LR)的第一端和鉗位電感(LR2)的第一端，所述諧振電感(LR)的第二端連接B點(diǎn)，構(gòu)成主功率回路；所述鉗位電感(LR2)的第二端接鉗位二極管(D3、D4)的中點(diǎn)構(gòu)成鉗位電路。[0015]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述鉗位電路鉗位副邊VDC電壓，所述副邊為全橋整流電路。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述副邊的全橋整流電路的輸出加有輸出電感，給全橋斬波管實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)(ZVS)提供能量。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，鉗位二極管包括同向連接的第三二極管D3和第四二極管D4，并且所述鉗位二極管的第一端接入正負(fù)母線的第一端，所述鉗位二極管的第二端接入正負(fù)母線的第二端。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，還包括續(xù)流二極管(Dl、D2、D9、D10)、飛跨電容(CF1、CF2)。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述續(xù)流二極管包括第一二極管D1、第二二極管D2、第九二極管D9和第十二極管D10，其中第九二極管D9的第一端、第十二極管DlO的第二端連接母線第一電容Cl、第二電容C2之間，第十二極管DlO的第二端連接所述斬波管的中部，第九二極管D9的第一端連接所述超前管的中部；第一二極管Dl的第一端、第二二極管D2的第二端連接母線第三電容C3、第四電容C4之間，第一二極管Dl的第二端、第二二極管D2的第一端分別連接所述滯后管。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，第一飛跨電容CFl的兩端分別連接第一二極管Dl的第二
端、第二二極管D2的第一端；第二飛跨電容CF2的兩端分別連接第十二極管DlO的第二端、第九二極管D9的第一端。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述斬波管包括第一 MOS管(Q1)、第二 MOS管(Q2)，且第一 MOS管(Ql)并聯(lián)第一伴隨MOS管(QS1)、第一伴隨電容(CB1)，第二 MOS管(Q2)并聯(lián)第二伴隨MOS管(QS2)、第二伴隨電容(CB2)。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述超前管包括第三MOS管(Q3)、第四MOS管(Q4)，且第三MOS管(Q3 )并聯(lián)第三伴隨MOS管(QS3 )、第三伴隨電容(CB3 )，第四MOS管(Q4 )并聯(lián)第四伴隨MOS管(QS4 )、第四伴隨電容(CB4 )。作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述滯后管包括第五MOS管(Q5)、第六MOS管(Q6)、第七M(jìn)OS管(Q7 )、第八MOS管(Q8 )，且第五MOS管(Q5 )并聯(lián)第五伴隨MOS管(QS5 )、第五伴隨電容(CB5 )，第六MOS管(Q6 )并聯(lián)第六伴隨MOS管(QS6 )、第六伴隨電容(CB6 )，第七M(jìn)OS管(Q7)并聯(lián)第七伴隨MOS管(QS7)、第七伴隨電容(CB7)，第八MOS管(Q8)并聯(lián)第八伴隨MOS管(QS8)、第八伴隨電容(CB8)。本實(shí)用新型的有益效果為:本實(shí)用新型在移相全橋ZVS變換器的基礎(chǔ)上增添輔助諧振網(wǎng)絡(luò)，使其能順利實(shí)現(xiàn)全橋變換器滯后臂的零電壓開關(guān)，原邊增加鉗位二極管，減小副邊二極管反向恢復(fù)的電壓尖峰，減少RC吸收引起的功率損耗；且使用帶鉗位二極管全橋P麗三電平ZVS軟開關(guān)準(zhǔn)諧振技術(shù)，控制簡單，可根據(jù)輸出電壓的大小自動切換兩電平和三電平模式下工作，有很寬的輸出電壓可調(diào)范圍，用最接近輸出電壓的電平來擬合逼近，減少輸出紋波；同時，本實(shí)用新型控制芯片選用DSP，實(shí)現(xiàn)算法控制、穩(wěn)壓、穩(wěn)流、均流、電壓調(diào)節(jié)、通信、過壓保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)、電量顯示、軟開關(guān)效果；本實(shí)用新型為IOkw的整流模塊，30%以上負(fù)載效率都為91%以上，最高效率為94%，調(diào)壓范圍為100 400VDC。
圖1是本實(shí)用新型的主電路原理圖；圖2是本實(shí)用新型的時序圖和變壓器原副邊電壓波形；圖3a和圖3b是本實(shí)用新型之狀態(tài)1、2的等效電路圖；圖4a和圖4b是本實(shí)用新型之狀態(tài)3、4的等效電路圖；圖5a和圖5b是本實(shí)用新型之狀態(tài)5、6的等效電路圖；圖6a和圖6b是本實(shí)用新型之狀態(tài)7、8的等效電路圖；圖7是本實(shí)用新型之狀態(tài)9的等效電路圖；圖8是本實(shí)用新型之狀態(tài)10的等效電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。請參閱圖1和圖2所示，其顯示了本實(shí)用新型的主要電路結(jié)構(gòu)，包括有母線輸入電容Cl、C2、C3、C4，還包括斬波管、超前管、滯后管、諧振電感Lr、隔直電容Cr、功率變壓器Tr、鉗位二極管D3、D4、續(xù)流二極管(01、02、09、010、飛跨電容0 1、0卩2。該斬波管、超前管和滯后管均由MOS管組成,該斬波管和超前管的DS極正向依次串聯(lián)后的正負(fù)極并聯(lián)在正負(fù)母線的電容兩端并具有A點(diǎn)，該滯后管中的各MOS管DS極正向依次串聯(lián)后的正負(fù)極并聯(lián)在正負(fù)母線的電容兩端并具有B點(diǎn)。該功率變壓器Tr同名端接A點(diǎn)，異名端接隔直電容Cr，隔直電容Cr另外一端接諧振電感Lr和鉗位電感Lr2，該諧振電感Lr另外一端接B點(diǎn)，構(gòu)成主功率回路，鉗位電感Lr2接鉗位二極管D3、D4中點(diǎn)構(gòu)成鉗位電路，鉗位副邊VDC電壓，副邊為全橋整流電路，輸出加有輸出電感，給全橋斬波管實(shí)現(xiàn)ZVS提供能量。在本實(shí)施例中，該斬波管有2個MOS管組成,分別為MOS管Ql、Q2 ;該超前管由2個MOS管組成，分別為MOS管Q3、Q4 ;該滯后管由4個MOS管組成，分別為MOS管Q5、Q6、Q7、Q8 ；以及，該前述的每一 MOS管均并聯(lián)有一 MOS管，并聯(lián)的MOS管分別為MOS管QS1、QS2、QS3、QS4、QS5、QS6、QS7、QS8。本實(shí)施例的工作過程共有以下11種狀態(tài):如圖3所示，狀態(tài)I (圖3a)為MOS管Ql、Q2和MOS管Q7、Q8同時開通，由正負(fù)母線向負(fù)載傳送能量；狀態(tài)2 (圖3b)為MOS管Ql關(guān)斷，其他三個MOS管Q2、Q7、Q8開通，由于MOS管Ql的DS兩端有電容存在，MOS管Ql的VDS電壓從0被充到400V，M0S管Q4兩端的電容通過飛跨電容CF2放電到兩端電壓為0，體二極管自然導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)MOS管Q4的零電壓開關(guān)(ZVS)開通。如圖4所示，狀態(tài)3 (圖4a)為上一狀態(tài)穩(wěn)態(tài)過程，即MOS管Ql兩端電壓為400V，此時續(xù)流二極管DlO自然導(dǎo)通，由中點(diǎn)和負(fù)母線向負(fù)載傳送能量，此時為兩電平工作；狀態(tài)4 (圖3b)為MOS管Ql、Q2都關(guān)斷，MOS管Q7、Q8導(dǎo)通，諧振電感Lr中電流給MOS管Q2的DS極電容充電，MOS管Q3的DS極電容通過飛跨電容CF2放電，到其兩端電壓為0，體二極管自然導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)M OS管Q3的零電壓開關(guān)(ZVS)開通。如圖5所示，狀態(tài)5 (圖5a)為上一狀態(tài)穩(wěn)態(tài)過程，諧振電感Lr內(nèi)的能量維持環(huán)路的電流，直到進(jìn)入下一狀態(tài)；狀態(tài)6(圖5b)為MOS管Q7、Q8關(guān)斷，由于功率變壓器Tr副邊二極管全部開通，所以功率變壓器Tr原邊電壓為0，母線電壓全部加在諧振電感Lr上，方向與前一狀態(tài)相反，由于u=L*di/dt，電壓不變，諧振電感Lr電流線性減少，直至減少到0，并向負(fù)方向增加，增加到負(fù)向最大后，MOS管Q3、Q4和MOS管Q5、Q6開通，正負(fù)母線向負(fù)載傳送能量，電流方向反向。如圖6所示，狀態(tài)7 (圖6a)為MOS管Q4關(guān)斷，MOS管Q3、Q5、Q6開通，環(huán)路電流給MOS管Q4兩端的電容充電，充電到400v，M0S管Ql兩端的電容通過飛跨電容CF2放電到0v，體二極管導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)MOS管Ql零電壓開關(guān)(ZVS)開通；狀態(tài)8(圖6b)為續(xù)流二極管D9自然開通，正母線對0向負(fù)載提供能量，此時為兩電平工作。如圖7所示，狀態(tài)9 (圖7)為MOS管Q3、Q4都關(guān)斷，MOS管Q5、Q6導(dǎo)通。諧振電感Lr中電流給MOS管Q3的DS極電容充電，MOS管Q2的DS極電容通過飛跨電容CF2放電到其兩端電壓為Ov，體二極管自然導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)MOS管Q2的零電壓開關(guān)(ZVS)開通。如圖8所示，狀態(tài)10 (圖8)為上一狀態(tài)穩(wěn)態(tài)過程，諧振電感Lr內(nèi)的能量維持環(huán)路的電流，直到進(jìn)入下一狀態(tài)。狀態(tài)11為MOS管Q5、Q6關(guān)斷，由于功率變壓器Tr副邊二極管全部開通，所以功率變壓器Tr原邊電壓為0，母線電壓全部加在諧振電感Lr上，方向與前一狀態(tài)相反，由于u=L*di/dt，電壓不變，諧振電感Lr電流線性減少，直至減少到0，并向正方向增加，增加到正向最大后，MOS管Q3、Q4和MOS管Q5、Q6開通，正負(fù)母線向負(fù)載傳送能量，電流方向?yàn)檎?，之后重?fù)前述狀態(tài)I的過程，周期性工作。接下來分析原邊鉗位二極管工作原理，由于副邊整流二極管反向恢復(fù)引起的電壓尖峰很大，如果簡單用RC吸收，既有很大的功率損耗，效果又不是很顯著，所以在原邊增加鉗位二極管D3、D4來抑制電壓尖峰。在正向電流情況下，當(dāng)副邊電壓尖峰超過VIN/K時，原邊變壓器兩端電壓升高，鉗位二極管D3和鉗位二極管D4的中點(diǎn)電壓高于正母線電壓，鉗位二極管D3自然導(dǎo)通，從而使原邊電壓鉗位在VIN處，繼而副邊電壓也被鉗位在VIN/K處；在負(fù)向電流情況下，工作原理同上。本實(shí)用新型在移相全橋ZVS變換器的基礎(chǔ)上增添輔助諧振網(wǎng)絡(luò)，使其能順利實(shí)現(xiàn)全橋變換器滯后臂的零電壓開關(guān)，原邊增加鉗位二極管，減小副邊二極管反向恢復(fù)的電壓尖峰，減少RC吸收引起的功率損耗；且使用帶鉗位二極管全橋PWM三電平ZVS軟開關(guān)準(zhǔn)諧振技術(shù)，控制簡單，可根據(jù)輸出電壓的大小自動切換兩電平和三電平模式下工作，有很寬的輸出電壓可調(diào)范圍，用最接近輸出電壓的電平來擬合逼近，減少輸出紋波；同時，本實(shí)用新型控制芯片選用DSP，實(shí)現(xiàn)算法控制、穩(wěn)壓、穩(wěn)流、均流、電壓調(diào)節(jié)、通信、過壓保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)、電量顯示、軟開關(guān)效果；本實(shí)用新型為IOkw的整流模塊，30%以上負(fù)載效率都為91%以上，最高效率為94%，調(diào)壓范圍為100 400VDC。以上結(jié)合具體實(shí)施例描述了本實(shí)用新型的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本實(shí)用新型的原理，而不能以任何方式解釋為對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制。基于此處的解釋，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本實(shí)用新型的其它具體實(shí)施方式
，這些方式都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種高壓直流電流整流模塊，其特征在于:所述整流模塊至少包括有母線輸入電容、斬波管、超前管、滯后管， 其中，母線輸入電容包括第一電容(Cl)、第二電容(C2)、第三電容(C3)、第四電容(C4)，第一電容(Cl)與第二電容(C2)串聯(lián)后接入正負(fù)母線的第一端和第二端，第三電容(C3)與第四電容(C4)串聯(lián)后接入正負(fù)母線的第一端和第二端，形成并聯(lián)； 所述斬波管、超前管和滯后管均包括MOS管； 所述斬波管的第一端和所述超前管的漏極、源極正向依次串聯(lián)后的正負(fù)極并聯(lián)在正負(fù)母線的第一端和第二端，并且所述斬波管與所述超前管在A點(diǎn)形成串聯(lián)； 所述滯后管中的各MOS管的漏極、源極正向依次串聯(lián)后的正負(fù)極并聯(lián)在正負(fù)母線的第一端和第二端，并且所述滯后管的中部設(shè)置有B點(diǎn)； 并且，所述整流模塊至少還設(shè)置有諧振電感(LR)、隔直電容(CR)、功率變壓器(TR)、鉗位二極管(D3、D4)， 所述功率變壓器(TR)同名端連接A點(diǎn)，異名端接隔直電容(CR)的第一端； 所述隔直電容(CR)的第二端接諧振電感(LR)的第一端和鉗位電感(LR2)的第一端，所述諧振電感(LR)的第二端連接B點(diǎn)，構(gòu)成主功率回路； 所述鉗位電感(LR2)的第二端接鉗位二極管(D3、D4)的中點(diǎn)構(gòu)成鉗位電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流電流整流模塊，其特征在于，所述鉗位電路鉗位副邊VDC電壓，所述副邊為全橋整流電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓直流電流整流模塊，其特征在于，所述副邊的全橋整流電路的輸出加有輸出電感，給全橋斬波管實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)(ZVS)提供能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流電流整流模塊，其特征在于，鉗位二極管包括同向連接的第三二極管D3和第四二極管D4，并且所述鉗位二極管的第一端接入正負(fù)母線的第一端，所述鉗位二極管的第二端接入正負(fù)母線的第二端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流電流整流模塊，其特征在于，還包括續(xù)流二極管(D1、D2、D9、D10)、飛跨電容(CF1、CF2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓直流電流整流模塊，其特征在于， 所述續(xù)流二極管包括第一二極管D1、第二二極管D2、第九二極管D9和第十二極管D10，其中第九二極管D9的第一端、第十二極管DlO的第二端連接母線第一電容Cl、第二電容C2之間，第十二極管DlO的第二端連接所述斬波管的中部，第九二極管D9的第一端連接所述超前管的中部； 第一二極管Dl的第一端、第二二極管D2的第二端連接母線第三電容C3、第四電容C4之間，第一二極管Dl的第二端、第二二極管D2的第一端分別連接所述滯后管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓直流電流整流模塊，其特征在于， 第一飛跨電容CFl的兩端分別連接第一二極管Dl的第二端、第二二極管D2的第一端； 第二飛跨電容CF2的兩端分別連接第十二極管DlO的第二端、第九二極管D9的第一端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流電流整流模塊，其特征在于，所述斬波管包括第一MOS管(Q1)、第二 MOS管(Q2)，且第一 MOS管(Ql)并聯(lián)第一伴隨MOS管(QS1)、第一伴隨電容(CB1)，第二 MOS管(Q2)并聯(lián)第二伴隨MOS管(QS2)、第二伴隨電容(CB2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓直流電流整流模塊，其特征在于，所述超前管包括第三MOS管(Q3)、第四MOS管(Q4)，且第三MOS管(Q3)并聯(lián)第三伴隨MOS管(QS3)、第三伴隨電容(CB3)，第四MOS管(Q4)并聯(lián)第四伴隨MOS管(QS4)、第四伴隨電容(CB4)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓直流電流整流模塊，其特征在于，所述滯后管包括第五MOS管(Q5)、第六MOS管(Q6)、第七M(jìn)OS管(Q7)、第八MOS管(Q8)，且第五MOS管(Q5)并聯(lián)第五伴隨MOS管(QS5 )、第五伴隨電容(CB5 )，第六MOS管(Q6 )并聯(lián)第六伴隨MOS管(QS6 )、第六伴隨電容(CB6 )，第七M(jìn)OS管(Q7 )并聯(lián)第七伴隨MOS管(QS7 )、第七伴隨電容(CB7 )，第八MOS管(Q8)并聯(lián) 第八伴隨MOS管(QS8)、第八伴隨電容(CB8)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種高壓直流電流整流模塊，包括有母線輸入電容、斬波管、超前管、滯后管、諧振電感、隔直電容、功率變壓器、鉗位二極管、續(xù)流二極管、飛跨電容；本實(shí)用新型在移相全橋ZVS變換器的基礎(chǔ)上增添輔助諧振網(wǎng)絡(luò),使其能順利實(shí)現(xiàn)全橋變換器滯后臂的零電壓開關(guān)，原邊增加鉗位二極管，減小副邊二極管反向恢復(fù)的電壓尖峰，減少RC吸收引起的功率損耗；且使用帶鉗位二極管全橋PWM三電平ZVS軟開關(guān)準(zhǔn)諧振技術(shù)，控制簡單，可根據(jù)輸出電壓的大小自動切換兩電平和三電平模式下工作，有很寬的輸出電壓可調(diào)范圍，用最接近輸出電壓的電平來擬合逼近，減少輸出紋波；本實(shí)用新型為10kw的整流模塊，30%以上負(fù)載效率都為91%以上，最高效率為94%，調(diào)壓范圍為100～400VDC。
文檔編號H02M7/217GK202997963SQ201220749150
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者劉忠仁, 馬玉山, 王一博 申請人:廣東志成冠軍集團(tuán)有限公司