一種電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及DC-DC變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種功率管電壓箝位的軟開關(guān)推挽 直流變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電力電子裝置的要求是高效率，小型化，輕量化，高 可靠性及穩(wěn)定性等。
[0003] 當(dāng)今，在太陽(yáng)能，燃料電池等低壓輸入的新能源發(fā)電系統(tǒng)中，直直變換器為其中的 一個(gè)很重要組成部分。傳統(tǒng)的推挽直流變換器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，變壓器雙向磁化，磁芯利用 率高，不需要磁復(fù)位且具有隔離效果等自身的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于這些低壓輸入的電能變換場(chǎng) 合，但是傳統(tǒng)的推挽直流變換器的功率管工作在硬開關(guān)條件下，隨著開關(guān)頻率的提高，開關(guān) 損耗大，變換器率低，不利于變換器高效能的傳輸電能。另外，由于變換器中變壓器漏感及 功率回路雜散電感的作用，傳統(tǒng)的推挽變換器在功率管關(guān)斷過程中，功率管兩端會(huì)產(chǎn)生很 高的電壓尖峰，這對(duì)功率器件的選型，系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面造成不良影響。雖然推挽正激變換 器由于箝位電容的作用，其功率管兩端的電壓可被箝位于2倍的輸入電壓，有利于功率管 的安全工作及系統(tǒng)的可靠性，但是其功率管依然工作在硬開關(guān)條件下，因此其變換效率不 尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的旨在針對(duì)背景所述技術(shù)的不足，提出了一種電壓箝位的軟開關(guān)推挽 直流變換器，降低功率管開關(guān)損耗，提高變換效率的同時(shí)功率管兩端的電壓可被箝位，有利 于變換器工作的穩(wěn)定性及可靠性。
[0005] 本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案。
[0006] 本發(fā)明的一種電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器，包括變壓器原邊電路與變壓器 副邊電路，原邊電路包括變壓器原邊第一繞組N pi，原邊第二繞組Np2，第一功率管Q1及其內(nèi) 部體二極管D 1和寄生電容C i，第二功率管Q2及其內(nèi)部體二極管D 2和寄生電容C 2，第三功率 管Q3及其內(nèi)部體二極管D 3和寄生電容C 3，箝位電容Ca和直流電壓源U ιη。原邊電路連接關(guān) 系為：第三功率管Q3的漏極接直流電壓源U ιη的正極，第三功率管Q3的源極接第二功率管Q2 的漏極及變壓器原邊第一繞組Npi的同名端，第二功率管Q 2的源極接箝位電容C 3的上端與 變壓器原邊第二繞組Np2的異名端，變壓器原邊第一繞組N P1的異名端接第一功率管Q i的漏 極和箝位電容Cj]下端，第一功率管Q1的源極、變壓器原邊第二繞組Np2的同名端與直流電 壓源U in的負(fù)極相連。副邊電路包括變壓器副邊繞組Ns，全橋不可控整流電路（D4~D 7)，濾 波電感Lf，濾波電容Cf和負(fù)載Rci。副邊電路連接關(guān)系為：變壓器副邊繞組N s的同名端與整 流二極管D4的陽(yáng)極和D 6的陰極相連，變壓器副邊繞組N s的異名端與整流二極管D 5的陽(yáng)極 和D7的陰極相連，整流二極管D 4、05的陰極共同接濾波電感L f左端，L f的右端接濾波電容 Cf的正極與負(fù)載電阻R。的上端，整流二極管D 6、07的陽(yáng)極共同接濾波電容C f的負(fù)極與負(fù)載 電阻R。的下端。
[0007] 本發(fā)明電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器的PffM控制信號(hào)，即開關(guān)時(shí)序?yàn)椋孩俚?一、第三功率管仏與Q 3共同導(dǎo)通T d/2時(shí)間后關(guān)斷第三功率管Q3;②經(jīng)過一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí) 間后開通第二功率管Q2，第二功率管Q2與第一功率管Q :共同導(dǎo)通T (1-d) /2后，關(guān)斷第一 功率管Q1;③經(jīng)過一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間后開通第三功率管Q 3，第三功率管Q3與第二功率管 Q2共同導(dǎo)通T d/2時(shí)間后關(guān)斷第三功率管Q3;④經(jīng)過一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間后開通第一功率管 Q1，第二功率管Q2與第一功率管Q 同導(dǎo)通T (1-d) /2后，關(guān)斷第二功率管Q 2;⑤經(jīng)過一個(gè) 短暫的死區(qū)時(shí)間后開通第三功率管Q3，第一、第三功率管仏與Q 3同時(shí)導(dǎo)通，回到第①個(gè)過 程；如此周而復(fù)始。
[0008] 本發(fā)明所述的第一、第二、第三功率管是功率MOSFET。
[0009] 本發(fā)明與原有技術(shù)相比主要的技術(shù)特點(diǎn)是：在傳統(tǒng)的推挽直流變換器變壓器原 邊電路增加了一個(gè)功率管Q 3和箝位電容C a，通過控制原邊電路三個(gè)功率管的開關(guān)時(shí)序，使 得三個(gè)功率管工作在零電壓開通與關(guān)斷的狀態(tài)，降低了功率管的開關(guān)損耗；同時(shí)，變壓器的 漏感、寄生電容，功率管的寄生電容都參與了軟開關(guān)過程，提高了變壓器與功率管的使用效 率；箝位電容將三個(gè)功率管兩端電壓進(jìn)行箝位，抑制了功率管兩端的電壓尖峰，使得功率管 的電壓應(yīng)力被箝位于較低的值，減少了開關(guān)噪音，提高了功率管與系統(tǒng)工作的可靠性及穩(wěn) 定性。
[0010] 本發(fā)明的電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了功率開關(guān)管的 軟開關(guān)切換與功率管兩端電壓的箝位，提高了變換器的電能傳輸效率與可靠性，有利于電 路的高頻化工作和電力電子裝置體積的減小，適用于中低壓輸入的直直變換場(chǎng)合。
【附圖說明】
[0011] 附圖1為傳統(tǒng)的推挽直流變換器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 附圖2為本發(fā)明提出的電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 附圖3為本發(fā)明電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器的PffM開關(guān)時(shí)序圖。
[0014] 附圖4為本發(fā)明的電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 附圖5為本發(fā)明的電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器實(shí)施電路主要波形示意圖。
[0016] 附圖6~附圖11為本發(fā)明的電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器實(shí)施例的各個(gè)開 關(guān)豐旲態(tài)不意圖。
[0017] 附圖12為本發(fā)明電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器的PffM開關(guān)時(shí)序產(chǎn)生原理圖。
[0018] 以上附圖中的主要符號(hào)名稱：Uin:直流電源電壓；Q1-Q 3:功率開關(guān)管；(^~C3:寄 生電容A~D3:體二極管；Ca:箝位電容；TX :高頻變壓器；D 4~D6:整流二極管；Lf:濾波電 感；Cf:濾波電容；R。:負(fù)載電阻；u gsl~u gs3:功率管Q廣Q 3的驅(qū)動(dòng){目號(hào)；L leak i、Lleak 2:變壓 器原邊繞組NP1、Np2的漏感；u dsl~u ds3:功率管Q Q3兩端承受的電壓；i pl、ip2:流過原邊 繞組NP1、Np2的電流；i i 3:流過功率管Q 〇3的電流；u s:變壓器副邊繞組電壓；i s:流 過變壓器副邊繞組電流比:流過濾波電感電流；U ^:輸出電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0020] 附圖1為傳統(tǒng)的推挽直流變換器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 附圖2、附圖3為本發(fā)明提出的電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器結(jié)構(gòu)示意圖與 其所對(duì)應(yīng)的PWM開關(guān)時(shí)序圖。
[0022] 附圖4是本發(fā)明電壓箝位軟開關(guān)型推挽直流變換器的實(shí)施電路結(jié)構(gòu)示意圖。由直 流電壓源1、三個(gè)功率管2、箝位電容3、隔離變壓器4、整流電路5及濾波輸出電路6組成。 Q1- Q 3是三只功率管，D廣D 3分別是功率管Q廣Q 3的體二極管，C廣C 3分別是Q廣Q 3 的寄生電容，Ca是箝位電容，TX是隔離變壓器，L lMk i、LlMk 2是隔離變壓器原邊繞組的漏感， D4~D7是輸出整流二極管，Lf是濾波電感，Cf是濾波電容，R。為輸出負(fù)載。本變換器采用 附圖3所示的PffM開關(guān)時(shí)序：①功率管仏與Q 3共同導(dǎo)通T d/2時(shí)間后關(guān)斷功率管Q3;②經(jīng) 過一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間后開通功率管Q2，功率管仏與Q :共同導(dǎo)通T (1-d) /2后，關(guān)斷功率管 Q1;③經(jīng)過一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間后開通功率管Q 3，功率管93與Q 2共同導(dǎo)通T d/2時(shí)間后關(guān)斷 功率管Q3;④經(jīng)過一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間后開通功率管Q i，功率管仏與Q 同導(dǎo)通T (1-d) /2 后，關(guān)斷功率管Q2;⑤經(jīng)過一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間后開通功率管Q 3，功率管仏與Q 3同時(shí)導(dǎo)通， 回到第①個(gè)過程；如此周而復(fù)始。
[0023] 下面以附圖4為主電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合附圖5~附圖12對(duì)本發(fā)明變換器的具體工作原 理進(jìn)行詳細(xì)的描述。由附圖5可知，整個(gè)變換器在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)共有12個(gè)開關(guān)模態(tài)，分別 疋t 1]、t 2]、t 3]、t 4]、t 5]、t 6]、t 7]、t 8]、
[ts~t J、[t9~t 1()]、[t!。~t n]、[tn~t 12]，其中[t。~t 6]為前半周其月，[t7~t 12]為后 半周期。下面對(duì)各個(gè)模態(tài)的工作原理具體分析。
[0024] 為了分析方便，分析之前先做如下假設(shè)：1)所有功率管和二極管為理想器件，導(dǎo) 通壓降為零；2)三個(gè)電容C 1AjP C 3值都等于C ;3)變壓器的勵(lì)磁電感足夠大，勵(lì)磁電流忽 略不計(jì)，變壓器副原邊繞組的IM比為n = NS/NP1= NS/NP2,漏感Llf3ak i= L lf；ak 2= L lf；ak;4)濾 波電感足夠大，等效為一個(gè)恒流源；5)箝位電容上的電壓保持不變，看作為一個(gè)恒壓源U ra。
[0025] 1模態(tài)I [t。~t J [對(duì)應(yīng)附圖6]
[0026] 功率管QJPQ3導(dǎo)通，副邊二極管D 4, 07導(dǎo)通續(xù)流，變換器向負(fù)載側(cè)傳遞能量。原 邊側(cè)直流電壓源Uin和Np i并聯(lián)，箝位電容C 3與Np 2并聯(lián)，電源電壓U ιη作用在繞組Np i、漏感 Lleak ^及輸出濾波電感折射到原邊的電感L f/n2上；箝位電容電壓u &則作用在繞組Np 2、 漏感Llrak ,以及輸出濾