CN103391005A - 一种功率可扩展的变结构变换器 - Google Patents
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Abstract
由于传统的移相全桥电路，在低压大电流情况下，移相角较小，电流峰值较高，导致整体效率损失较大。因此，本发明提出了一种功率可扩展的变结构变换器，相比于传统的移相全桥结构，引入两个变压器，通过控制变压器间的移相相位，实现整体拓扑结构的变化，并优化低压大电流到高压小电流的切换，且按照扩展方案，可根据不同的需要，对拓扑进行扩展，操作灵活简单，具有较强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种电能变换装置，尤其涉及一种直流电流变换器。
背景技术
高效变换器可用于新能源、汽车、航天等负载特性变化较大的高压电源系统中，可有效提高整体的功率密度，减少开关器件的使用。为满足变换器的功率和器件的等级考虑，该变换器可采用两种方式进行功率扩展，从而满足不同负载的要求。
传统设计移相全桥拓扑结构及控制时序如附图1所示，通过控制前级两个桥臂间的移相角，实现对于输出电压的控制。图1中，Vin为输入电压，Vout为输出电压，S1-S4为开关管，T为变压器，L为输出滤波电感，D1-D4为整流二极管。
移相全桥结构拓扑，实际上是谐振变换技术与常规PWM变换技术的结合，其能有效实现软开关，降低电路的开关损耗和开关噪声，减少了器件开关过程中产生的电磁干扰。而对于负载端电压变化范围较大情况，通过控制移相角可实现最终的控制目的，但对于低压大电流情况，损耗较大，开关管的应力较大，导致整体效率降低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提出一种功率可扩展的变结构高效变换器，可以解决现有技术中存在的问题。
本发明通过如下技术方案实现：
一种功率可扩展的变结构变换器，其特征在于，所述变换器包括：
变压器T1和T2，开关管A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4，整流二极管，输出滤波电感以及滤波电容；
所述变换器采用两路全桥拓扑，T1和T2为相同匝比变压器，工作时每路全桥拓扑采用互补方式，通过控制两个全桥拓扑之间的相位，即T1与T2的工作相位，实现后级输出电压的变化。
进一步地，所述两路全桥拓扑具体为：
变压器T1的原边线圈与开关管A1、A2、A3、A4组成一个全桥拓扑结构，称为A类拓扑结构，其中，A1和A3的一端接输入电压、另一端接变压器，A2和A4的一端接变压器、另一端分别接B1和B3；
变压器T2的原边线圈与开关管B1、B2、B3、B4组成一个全桥拓扑结构，称为B类拓扑结构，其中B1和B3的一端接接变压器、另一端分别接A1和A3；
定义变压器T1和T2的副边线圈为T1'和T2'，副边整流拓扑结构由T1'和T2'以及六个整流二极管构成，其中，T1'和T2'以及六个整流二极分别构成全桥整流结构，有两个整流二极管重合，T1'的同名端与副边线圈T2'的异名端相连。
进一步地，所述变结构具体为：当A1与B1同向时，T1'和T2'为串联关系，当A1与B1反向时，T1'和T2'为并联关系，从而实现低压大电流和高压小电流的切换。
进一步地，所述变压器T1和T2为相同匝比变压器具体为磁性材料、尺寸、匝数及匝比相同。
进一步地，所述两路全桥均为互补方式工作，具体为开关管A1、A4同向，A2、A3同向，A1与A3互补，A2与A4互补，B1、B4同向，B2、B3同向，B1与B3互补，B2与B4互补。
进一步地，所述控制两个全桥拓扑之间的相位，具体为通过控制A1与B1间的移相角，来实现变换器输出电压的变化。
本发明还提供了一种多级的变结构变换器，所述变换器包括多个如权利要求2中所述的A类拓扑结构和B类拓扑结构，其中，A类拓扑结构和B类拓扑结构交替连接，分别为互补驱动方式，相同标号的器件驱动信号相同，通过控制A与B之间变压器的移相角实现对输出的控制。
另一种多级的变结构变换器，所述变换器包括多个如权利要求2中所述的副边整流拓扑结构，以实现降低每路整流二极管的电压应力；其中，变压器T1和T2副边多路输出后整流，并将多路整流后的电路串联后滤波得到输出电压。
本发明的有益效果是：传统的移相全桥电路，为保证低压大电流到高压小电流的切换，通常控制移相角实现，在低电压条件下，移相角较小，电流峰值较高，导致整体效率损失较大。而本发明提出的新型变结构高效变换器，相比于传统的移相全桥结构，引入两个变压器，通过控制变压器间的移相相位，实现整体拓扑结构的变化，并优化低压大电流到高压小电流的切换，且按照扩展方案，可根据不同的需要，对拓扑进行扩展，操作灵活简单，具有较强的实用性。
附图说明
图1是现有技术中的移相全桥拓扑变换器电路图；
图2是本发明的功率可扩展的变结构变换器电路图；
图3是本发明的变结构变换器副边的两种工作状态原理图；
图4是本发明的通过并联多路全桥结构实现功率扩展的多级变换器电路图；
图5是本发明的通过串联多路流环节实现功率扩展的多级传变换电路图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
为了实现低压大电流和高压小电流的双向切换，提出一种高压变结构电路，如附图2所示。该电路由变压器T1和T2，开关管A1-A4、B1-B4，整流二极管、输出滤波电感以及滤波电容组成。采用两路全桥拓扑，T1和T2为相同匝比变压器，工作时每路全桥拓扑采用互补方式，通过控制两个全桥拓扑之间的相位，即T1与T2的工作相位，实现后级输出电压的变化。
如附图3所示，当A1与B1同向时，此时T1'和T2'为串联关系，当A1与B1反向时，T1'和T2'为并联关系，从而实现低压大电流和高压小电流的切换。
按照图2给出的电路结构，恒功率输出情况下，需满足相应的设计原则，变压器T1与T2需保证相同，包括磁性材料，尺寸，匝数及匝比；同时需保证两路全桥均为互补方式工作，即A1，A4同向，A2，A3同向，A1与A3互补，A2与A4互补，B1-B4类似，通过控制A1与B1间的移相角实现变换器输出电压的变化。
与此同时，由于功率等级和器件的考虑，该方案可采用以下两种方案进行功能扩展。
方案1如附图4所示，为通过扩展前级并联的全桥数目，从而实现功率扩展的目的，同时降低每路整流二极管的电流应力，该拓扑的使用要求为全桥结构分为A，B两类，即A类包括A1-A4，B类包括B1-B4，分别为互补驱动方式，相同标号的器件驱动信号相同，通过控制A与B之间变压器的移相角实现对输出的控制。
方案2如附图5所示，为通过扩展副边的整流部分，实现降低每路整流二极管的电压应力，该拓扑的使用要求为变压器T1和T2副边多路输出后整流，并将多路整流后的电路串联，以实现电压等级的扩展。如有需要也可将方案1和方案2共同使用，以达到扩展功率的同时，降低副端整流二极管的电压及电流应力。
综上所述，通过合理设计变压器及选择合适的扩展方式，可以低压大电流到高压小电流的切换控制，相比传统的移相全桥方式更具灵活性。
本发明的有益效果是：传统的移相全桥电路，为保证低压大电流到高压小电流的切换，通常控制移相角实现，在低电压条件下，移相角较小，电流峰值较高，导致整体效率损失较大。而本发明提出的新型变结构高效变换器，相比于传统的移相全桥结构，引入两个变压器，通过控制变压器间的移相相位，实现整体拓扑结构的变化，并优化低压大电流到高压小电流的切换，且按照扩展方案，可根据不同的需要，对拓扑进行扩展，操作灵活简单，具有较强的实用性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种功率可扩展的变结构变换器，其特征在于，所述变换器包括：
变压器T1和T2，开关管A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4，整流二极管，输出滤波电感以及滤波电容；
所述变换器采用两路全桥拓扑，T1和T2为相同匝比变压器，工作时每路全桥拓扑采用互补方式，通过控制两个全桥拓扑之间的相位，即T1与T2的工作相位，实现后级输出电压的变化。
2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述两路全桥拓扑具体为：
变压器T1的原边线圈与开关管A1、A2、A3、A4组成一个全桥拓扑结构，称为A类拓扑结构，其中，A1和A3的一端接输入电压、另一端接变压器，A2和A4的一端接变压器、另一端分别接B1和B3；
变压器T2的原边线圈与开关管B1、B2、B3、B4组成一个全桥拓扑结构，称为B类拓扑结构，其中B1和B3的一端接变压器、另一端分别接A1和A3；
定义变压器T1和T2的副边线圈为T1'和T2'，副边整流拓扑结构由T1'和T2'以及六个整流二极管构成，其中T1'和T2'以及六个整流二极分别构成全桥整流结构，有两个整流二极管重合，T1'的同名端与副边线圈T2'的异名端相连。
3.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述变结构具体为：当A1与B1同向时，T1'和T2'为串联关系，当A1与B1反向时，T1'和T2'为并联关系，从而实现低压大电流和高压小电流的切换。
4.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述变压器T1和T2为相同匝比变压器具体为磁性材料、尺寸、匝数及匝比相同。
5.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述两路全桥均为互补方式工作，具体为开关管A1、A4同向，A2、A3同向，A1与A3互补，A2与A4互补，B1、B4同向，B2、B3同向，B1与B3互补，B2与B4互补。
6.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述控制两个全桥拓扑之间的相位，具体为通过控制A1与B1间的移相角，来实现变换器输出电压的变化。
7.一种多级的变结构变换器，其特征在于，所述变换器包括多个如权利要求2中所述的A类拓扑结构和B类拓扑结构，其中，A类拓扑结构和B类拓扑结构交替连接，分别为互补驱动方式，相同标号的器件驱动信号相同，通过控制A与B之间变压器的移相角实现对输出的控制。
8.一种多级的变结构变换器，其特征在于，所述变换器包括多个如权利要求2中所述的副边整流拓扑结构，以实现降低每路整流二极管的电压应力；其中，变压器T1和T2副边多路整流后输出，并将多路整流后的电路串联后滤波得到输出电压。
9.一种多级的变结构变换器，其特征在于，所述变换器包括如权利要求8和9中所述的拓扑结构。
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2013
- 2013-07-24 CN CN2013103128252A patent/CN103391005A/zh active Pending
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