CN102723869A - 功率变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率变换器，包括电感电路和两相交错并联升压电路；所述电感电路包括主电感和反向耦合电感，所述反向耦合电感包括正向电感和反向电感，所述正向电感和所述反向电感为两个相位相反的电感；所述主电感，一端连接所述电源，另一端连接所述正向电感和反向电感的输入端；所述正向电感和所述反向电感的另一端分别连接所述两相交错并联升压电路的两个二极管的阳极。本发明通过在两相交错并联升压电路换相时，通过主电感和反向耦合电感来实现电流的换相，从而实现了功率开关管的零电流开关和零电压开关，并且极大地减小功率二极管反向恢复的影响，并进一步降低功率管的开关损耗。

Description

功率变换器
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术领域的装置，具体涉及一种功率变换器。
背景技术
传统的两相交错并联升压变换器均是采用耦合电感或者变压器，借助于硬开关的控制来提高CCM（电流导通）下的有效电感量。主要有两相交错并联耦合电感升压变换器和两相交错并联三态开关升压变换器两种形式。
两相交错并联耦合电感升压变换器和两相交错并联三态开关升压变换器都是使用PWM（脉宽调制）控制，主功率开关管导通时，主电感储能，负载能量由输出滤波电容提供；主功率开关管断开时，主电感向输出滤波电容及负载提供能量；电路通过安排合适的耦合相位，以此提高CCM下的有效电感量，但是由于所有功率开关管都工作于硬开关控制下，开关损耗较大，同时还存在功率二极管的反向恢复问题。
近年来，也出现了交错并联软开关桥式功率变换器。这种变换器使用三个主电感，在两相交错并联换相时，通过电感来实现电流的换相，从而可以实现主功率开关管的零电流开关(ZCS)，但不能实现零电压开关(ZVS)，开关损耗仍然较大。
发明内容
本发明实施例提供一种功率变换器，针对现有技术的不足，通过在两相交错并联耦合电感升压变换器的基础上，再增加一个主电感，并且耦合电感反向耦合，实现功率开关管的零电流开关，以及零电压开关，降低了功率管的开关损耗。
本发明实施例提供了一种功率变换器，用于将电源的电功率提供给负载，包括：电感电路，连接电源，用于对所述电源的输入电流进行换流；
两相交错并联升压电路，与所述电感电路串联，用于将所述电感电路的输出电压升压后提供给所述负载；
所述电感电路包括主电感和反向耦合电感，所述反向耦合电感包括正向电感和反向电感，所述正向电感和所述反向电感为两个相位相反的电感；
所述主电感，一端连接所述电源，另一端连接所述正向电感和所述反向电感的输入端；
所述正向电感和所述反向电感的另一端分别连接所述两相交错并联升压电路的两个二极管的阳极。
进一步，所述两相交错并联升压电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管，所述第一开关管的输入端与所述反相耦合电感的正向电感的输出端连接，所述第二开关管的输入端与所述反相耦合电感的反向电感的输出端连接，所述电源与所述第一开关管、第二开关管的输出端连接；所述负载的一端连接所述第一二极管、第二二极管的阴极，另一端连接所述第一开关管和第二开关管的输出端。
进一步，所述两相交错并联升压电路还包括滤波电容，所述滤波电容与所述负载并联；所述滤波电容的输出端接地。
进一步，所述第一开关管和第二开关管采用变频控制模式。
进一步，所述第一开关管和第二开关管为场效应管或双极性绝缘栅型场效应管。
本发明实施例还提供一种控制所述功率变换器的方法，其特征在于，在所述两相交错并联升压电路的第一开关管电流为负时，开通所述第一开关管，在所述两相交错并联升压电路的第二开关管电流为负时，开通所述第二开关管，以使所述第一开关管或第二开关管实现零电压导通。
进一步，通过所述两相交错并联升压电路的所述第一开关管与所述第二开关管的导通控制使得所述主电感的占空比为10%。
本发明实施例采用变频控制，在功率管开通前流过负电流，因此同时能够实现零电压开关(ZVS)，明显降低了功率管的开关损耗。
附图说明
图1是本发明实施例的电路图；
图2是本发明实施例的主要波形示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示是本发明实施例功率变换器的电路图，用于将电源V1的电功率提供给负载R1，包括：电感电路，连接电源V1，用于对电源V1的输入电流进行换流；两相交错并联升压电路，与电感电路串联，用于将电感电路的输出电压升压后提供给负载R1。
电感电路包括主电感L1和反向耦合电感TX1，反向耦合电感TX1为两个相位相反的电感P1和P2。主电感L1一端连接电源V1，另一端连接P1、P2的输入端，P1、P2的输出端分别连接两相交错并联升压电路的两个二极管D1、D2的阳极。
两相交错并联升压电路还包括第一开关管S1和第二开关管S2，第一开关管S1的输入端与正向电感P1的输出端连接，第二开关管S2的输入端与反向电感P2的输出端连接，电源V1分别与第一开关管S1、第二开关管S2的输出端连接；负载R1的一端连接两个二极管D1、D2的阴极，另一端连接第一开关管S1和第二开关管S2的输出端。
两相交错并联升压电路还包括滤波电容C1，滤波电容C1与负载R1并联；滤波电容C1的输出端接地。
第一开关管S1和第二开关管S2采用变频控制模式。
第一开关管S1和第二开关管S2为场效应管或双极性绝缘栅型场效应管。
所述功率变换器适用于各种类型的功率拓扑，如升压去磁（Buck）、升压（Boost）、电感补偿（PFC）及逆变电路等。
一种控制本发明功率变换器的方法，在两相交错并联升压电路的第一开关管S1电流为负时，开通第一开关管S1，在两相交错并联升压电路的第二开关管S2电流为负时，开通第二开关管S2，以使第一开关管S1或第二开关管S2实现零电压导通。该方法通过对两相交错并联升压电路的第一开关管S1与第二开关管S2的导通控制使得主电感的占空比为10%。
如图2所示是本发明实施例功率变换器的主要波形图，主电感的电流为IL1，耦合电感一个绕组的电流为Ip1，此时的占空比为10%。当两相交错并联的一个通道关断、另一个通道开通时，主电感电流Il1通过耦合电感TX1换流，从波形上看就是，一个电流较快上升、另一个电流较快下降，当降至零时，开通的耦合电感电流升至主电感电流。由于耦合电感电流从零开始上升，因此可以实现零电流开通。同时，由于耦合电感电流降至零，这样就可以极大地减小功率二极管反向恢复的影响。本发明采用变频控制，由图2可见，功率管开通前流过负电流，因此同时能够实现零电压开关，进一步降低了功率管的开关损耗。
与现有技术相比，采用本发明实施例的方案，实现了以下显著的有益技术效果：
1．本发明利用主电感和一对反向耦合电感，在两相交错并联换相时，通过电感来实现电流的换相，从而实现功率开关管的零电流开关(ZCS)，不存在功率二极管的反向恢复问题；
2.本发明采用变频控制，在功率管开通前流过负电流，因此同时能够实现零电压开关(ZVS)，明显降低了功率管的开关损耗；
3．本发明应用广泛，可应用于各种类型的功率拓扑，如升压去磁（Buck）、升压（Boost）、电感补偿（PFC）及逆变电路等。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种功率变换器，用于将电源的电功率提供给负载，其特征在于，包括：
电感电路，连接电源，用于对所述电源的输入电流进行换流；
两相交错并联升压电路，与所述电感电路串联，用于将所述电感电路的输出电压升压后提供给所述负载；
所述电感电路包括主电感和反向耦合电感，所述反向耦合电感包括正向电感和反向电感，所述正向电感和所述反向电感为两个相位相反的电感；
所述主电感，一端连接所述电源，另一端连接所述正向电感和所述反向电感的输入端；
所述正向电感和所述反向电感的另一端分别连接所述两相交错并联升压电路的两个二极管的阳极。
2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述两相交错并联升压电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管，所述第一开关管的输入端与所述反相耦合电感的正向电感的输出端连接，所述第二开关管的输入端与所述反相耦合电感的反向电感的输出端连接，所述电源与所述第一开关管、第二开关管的输出端连接；所述负载的一端连接所述第一二极管、第二二极管的阴极，另一端连接所述第一开关管和第二开关管的输出端。
3.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述两相交错并联升压电路还包括滤波电容，所述滤波电容与所述负载并联；所述滤波电容的输出端接地。
4.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管采用变频控制模式。
5.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管为MOS场效应管或双极性绝缘栅型场效应管。
6.一种控制权利要求1至5任一项所述功率变换器的方法，其特征在于，在所述两相交错并联升压电路的第一开关管电流为负时，开通所述第一开关管，在所述两相交错并联升压电路的第二开关管电流为负时，开通所述第二开关管，以使所述第一开关管或第二开关管实现零电压导通。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过所述两相交错并联升压电路的所述第一开关管与所述第二开关管的导通控制使得所述主电感的占空比为10%。
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