一種倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及DC-DC軟開關(guān)變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種的倍壓式軟開關(guān)推挽直 流變換器，一種電力電子變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等新能源發(fā)電，燃料電池發(fā)電W及儲能系統(tǒng)中，由于系 統(tǒng)儲能裝置電壓很低，通常需要將較低的電壓經(jīng)過DC/DC直流變換器升壓到較高的直流電 壓W滿足后級逆變器對直流母線電壓的要求。運就要求DC/DC直流變換器具有增益高，變 換效率高的特點。在運些應(yīng)用場合中，推挽直流變換器由于結(jié)構(gòu)相對簡單，具有電氣隔離， 可W通過調(diào)節(jié)變壓器應(yīng)比來匹配輸入輸出電壓等級等特點而受到青睞。但是，傳統(tǒng)的推挽 直流變換器工作在硬開關(guān)狀態(tài)，隨著開關(guān)頻率的增大，開關(guān)損耗大，變換效率低；另外，變壓 器副邊整流二極管的反向恢復(fù)特性導(dǎo)致二極管兩端產(chǎn)生一個很高的電壓尖峰，帶來了嚴(yán)重 的干擾；在實際應(yīng)用中，經(jīng)常需要增加有源、無源巧位吸收電路，運樣帶來了額外的損耗， 進(jìn)一步降低了變換效率。為此，中國發(fā)明專利公開號為CN103078514A公開了一種具有倍 壓諧振能力的推挽變換器，它包括原邊推挽電路，高頻變壓器，副邊倍壓電路和副邊諧振電 路；副邊利用倍壓結(jié)構(gòu)提升了變換器的增益，在得到相同電壓增益的條件下變壓器的應(yīng)比 降低了一半，減小了變壓器的體積與重量；變壓器副邊的諧振電路讓二極管零電流關(guān)斷，解 決了其反向恢復(fù)帶來的相關(guān)問題；但是變壓器原邊推挽電路的功率管仍是工作在硬開關(guān)狀 態(tài)，功率管關(guān)斷時會產(chǎn)生電壓尖峰，增大了器件的電壓應(yīng)力。另外，中國發(fā)明專利公開號為 CN102111075A發(fā)明了一種倍壓整流推挽正激變換器，該變換器原邊為推挽正激電路，副邊 將全橋不可控制整流電路的兩個二極管用電容替換W實現(xiàn)倍壓效果，有效的降低了變壓器 的應(yīng)比，也實現(xiàn)了二極管的零電流關(guān)斷，同時抑制了變壓器原功率管上的電壓尖峰，但是原 邊功率管仍然是工作在硬開關(guān)條件下，開關(guān)損耗較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的旨在針對背景所述技術(shù)的不足，提供了一種倍壓式軟開關(guān)推挽直流 變換器，能夠減小變壓器體積，功率管與二極管均可實現(xiàn)軟開關(guān)，二極管反向恢復(fù)帶來的電 壓尖峰得到解決，提高了變換器的工作效率。
[0004] 本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案。
[0005]本發(fā)明的一種倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器，其結(jié)構(gòu)包括直流電壓源Vi。，帶反 并聯(lián)二極管和結(jié)電容的第一、第二、第=功率管Si、S2、S3,高頻隔離變壓器化，倍壓整流電 路，電容濾波電路及輸出負(fù)載。所述的高頻隔離變壓器Tr包含原邊第一繞組Npi，原邊第二 繞組Np2,副邊繞組成;所述的倍流整流電路包含整流二極管Dd、Df2與電容Cfi、Cf2;其中電 路的連接關(guān)系為：直流電壓源Vm的正極接第=功率管S3的漏極，第=功率管S3的源極接變 壓器原邊第一繞組Npi的同名端與第二繞組Np2的異名端，原邊第一繞組Npi的異名端接第一 功率管Si的漏極，原邊第二繞組NP2的同名端接第二功率管S2的漏極；第一功率管S1的源 極與第二功率管Sz的源極共同與直流電壓源V1。的負(fù)極相連；變壓器副邊繞組Ng的同名端 與整流二極管Dfi的陽極和整流二極管Df2的陰極連接，變壓器副邊繞組Ng的異名端與電容 Cfi的下端和電容Cf2的上端連接，整流二極管Dfi的陰極和電容Cfi的上端共同與濾波電容 C。的正極與負(fù)載電阻R。的上端相連接，整流二極管Df2的陽極和電容Cf2的下端則共同與濾 波電容C。的負(fù)極與負(fù)載電阻R。的下端相連接。
[0006] 本發(fā)明倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器第一、第二、第=功率管的PWM信號開關(guān) 時序為：①第一與第S功率管Si與S3共同導(dǎo)通Td/2時間后關(guān)斷第S功率管S3;②經(jīng)過一 定的死區(qū)時間后開通第二功率管S2,第二功率管Sz與第一功率管S1共同導(dǎo)通T(1-d)/2后 關(guān)斷第一功率管Si;③經(jīng)過一定的死區(qū)時間后開通第=功率管S3,第=功率管S3與第二功 率管Sz共同導(dǎo)通Td/2時間后關(guān)斷第S功率管S3;④經(jīng)過一定的死區(qū)時間后開通第一功率 管Si,第二功率管Sz與第一功率管S巧同導(dǎo)通T(1-d)/2后，關(guān)斷第二功率管S2;⑥經(jīng)過一 定的死區(qū)時間后開通第S功率管S3,第一、第S功率管Si與S3同時導(dǎo)通，回到第①個過程； 如此循環(huán)下去。
[0007] 本發(fā)明所述的倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器省去了濾波電感，有利于變換器體 積的減小。
[0008]本發(fā)明所述的第一、第二、第S功率管Si~S3是功率MOS陽T;所述的變壓器副邊 倍壓整流電路的電容Cfi,為無極性電容；所述的T為第一、第二功率管S1、Sz的開關(guān)周 期，d為第一、第二功率管Si、Sz的導(dǎo)通占空比。
[0009] 本發(fā)明所述高頻隔離變壓器的勵磁電感、漏感，第一、第二、第=功率管的結(jié)電容 與整流二極管的結(jié)電容均參與軟開關(guān)過程，提高變壓器與功率器件的使用效率。
[0010] 本發(fā)明所述的變壓器原邊第一繞組Npi，原與第二繞組Np2應(yīng)數(shù)相等；能夠保證變壓 器的磁平衡，不會因為磁忍飽和而影響變換器傳輸效率與工作性能。
[0011] 本發(fā)明的倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器工作原理為：輸入直流電壓經(jīng)過變壓器 原邊S個功率管兩兩交替導(dǎo)通作用于變壓器的原邊繞組Npi與NP2,通過變壓器實現(xiàn)第一級 升壓；變壓器副邊得到的交變電壓經(jīng)倍壓整流電路后得到直流電壓，倍壓整流電路實現(xiàn)第 二級升壓。在功率管開關(guān)過程中，倍壓整流電路的電容。1，與變壓器的勵磁電感，漏感， 功率管和二極管的結(jié)電容發(fā)生諧振使得功率管Si~S3為零電壓開通與關(guān)斷，整流二極管 Dfi、Df2為零電流關(guān)斷，實現(xiàn)了軟開關(guān)的效果；運樣二極管上的電壓尖峰問題得W解決，減小 了器件應(yīng)力及開關(guān)噪音。
[0012] 本發(fā)明的倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器的有益技術(shù)效果如下：
[0013] (1)本發(fā)明采用倍壓整流的形式，在相同輸入輸出電壓條件有效的降低了變壓器 的應(yīng)比，減小了變壓器的體積與重量。
[0014] (2)本發(fā)明的功率管均實現(xiàn)了軟開關(guān)，減小了開關(guān)損耗；整流二極管為零電流關(guān) 斷，解決了其反向恢復(fù)帶來的問題，減小了損耗，提高了整個變換器的工作效率。
[0015] (3)本發(fā)明的變換器不含有濾波電感，有利于電路的高頻化工作和電力電子裝置 體積的減小。
【附圖說明】
[0016] 附圖1為本發(fā)明提出的倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 附圖2為本發(fā)明倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器的PWM開關(guān)時序圖。
[0018] 附圖3為本發(fā)明的倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器實施電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 附圖4為本發(fā)明的倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器實施電路主要波形示意圖。
[0020] 附圖5~附圖10為本發(fā)明的倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器實施例的各個開關(guān) 板態(tài)不意圖。
[0021] W上附圖中的主要符號名稱：Vm:直流電源電壓；Sl~S3:功率開關(guān)管；Cl~Cs:寄 生電容斯~體二極管；Tr :高頻變壓器；Dfi~Df2:整流二極管；C j:整流二極管結(jié)電容； Crl~C r2:整流電路電容；C。:濾波電容；R。:負(fù)載電阻；Ugsl~U功率管Q廣Qs的驅(qū)動信 號；Liki、Lik2:變壓器原邊繞組N P1、Np2的漏感；L ml、Lm2:變壓器勵磁電感；U dsl~U ds3:功率管 〇1~〇3兩端承受的電壓；111<1、111<2:流過功率管8 1、52的電流；1。:流過功率管5 3的電流；1^、 iu"2:變壓器勵磁電流；Us:變壓器副邊繞組電壓；i S:流過變壓器副邊繞組電流；V。:輸出電 壓；i。:輸出電流。
【具體實施方式】
[0022] 為了更具體的描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì) 描述。
[0023] 附圖1、附圖2為本發(fā)明提出的電壓巧位軟開關(guān)型推挽直流變換器結(jié)構(gòu)示意圖與 其所對應(yīng)的PWM開關(guān)時序圖。
[0024] 附圖3是本發(fā)明倍壓式軟開關(guān)型推挽直流變換器的實施電路結(jié)構(gòu)示意圖。由直流 電壓源，S個功率管，高頻隔離變壓器，倍壓整流電路和濾波電容及負(fù)載組成。Si~S3是S 只功率管，化~D3分別是功率管S1~S3的體二極管，C1~C3分別是S1~S3的寄生電容， TX是隔離變壓器，Liki、Lik2、Lik3是隔離變壓器原副邊繞組的漏感，Lmi、Lm2是變壓器勵磁電 感，Dd~Dr2是整流二極管，C~Ci2是整流二極管的結(jié)電容，Cri~Cr2為整流電路電容，C。 是濾波電容，R。為輸出負(fù)載。其中直流電壓源V1。的正極接功率管S3的漏極，功率管S3的 源極接變壓器原邊繞組Npi的同名端與繞組NP2的異名端，原邊繞組NPi的異名端接功率管 Si的漏極，原邊繞組NP2的同名端接功率管S2的漏極；功率管S1的源極與功率管S2的源極 共同與直流電壓源Vi。的負(fù)極相連；變壓器副邊繞組Ng的同名端與整流二極管Dfi的陽極和 整流二極管斬2的陰極連接，變壓器副邊繞組Ng的異名端與電容Cd的下端和電容Cf2的上 端連接，二極管Dfi的陰極和電容Cfi的上端共同與濾波電容C。的正極與負(fù)載電阻R。的上端 相連接，二極管Df2的陽極和電容Cf2的下端則共同與濾波電容C。的負(fù)極與負(fù)載電阻R。的 下端相連接。本變換器采用附圖2所示的PWM開關(guān)時序：①功率管Si與S3共同導(dǎo)通Td/2 時間后關(guān)斷功率管S3;②經(jīng)過一個短暫的死區(qū)時間后開通功率管S2,功率管S2與S1共同導(dǎo) 通T(1-d)/2后，關(guān)斷功率管Si;③經(jīng)過一個短暫的死區(qū)時間后開通功率管S3,功率管S3與 Sz共同導(dǎo)通Td/2時間后關(guān)