CN105871228A - 一种带软开关输入串联输出并联模块化交流变换器 - Google Patents

Abstract

本发明为了克服在输入串联输出并联的移相全桥变换器中滞后桥臂在轻载时不易实现零电压开通(zvs)的问题，提出了一种应用在高压场合下，具有软开关的输入串联输出并联交流变换器。可进一步降低开关损耗，提高变换效率。零压开通;能自动适应不同的输入电压、输出电压和负载。根据本发明能实现移相全桥变换器的全范围软开关，提高整个变换器的效率;适用于高压输入到低压输出的变换场合，且满足宽输入电压范围、宽输出电压范围、宽负载变化。

Description

一种带软开关输入串联输出并联模块化交流变换器

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域在电力系统中的应用，尤其涉及一种带软开关的输入串联输出并联模块化交流变换器。

随着社会需求的发展，不同功率等级的高压输入开关型电力电子变换器已经渗透到国民经济

的各个行业。由于功率器件的限制，高压输入电源不能与传统拓扑一样进行设计，需要采用新型的拓扑配合新型的控制方法实现高输入电压的变化。通过输入串联输出并联把AC-DC变换器模块组合起来可适用于高电压输入低电压大电流输出型的场合，输入串联输出并联模块化交流变换器已有相关的研究，但大多局限于对控制方法的研究，很少对输入串联输出并联变换器的软开关技术进行研究。

发明内容

本发明为了克服在输入串联输出并联的移相全桥变换器中滞后桥臂在轻载时不易实现零电压

开通(zvs)的问题，提出了一种应用在高压场合下，具有软开关的输入串联输出并联模块化交流变换器。

所述具有软开关的输入串联输出并联模块化交流变换器的主电路如图1所示，由两个相同的隔离式移相全桥变换器模块通过输入端串联、输出端并联的形式构成，全桥变换器模块高频变压器原边为由两个MOS管反向串联的可控双向管组成的全桥电路，Q1a、Q1b、Q2a、Q2b、Q3a、Q3b、Q4a、Q4b、Q5a、Q5b、Q6a、Q6b、Q7a、Q7b、Q8a、Q8b等为MOS管，其中Q1a-Q4b为第一移相全桥变换模块，Q5a- Q8b为第二移相全桥变换模块，其中Q1a 、Q1b、Q3a、Q3b、Q5a、Q5b、Q7a、Q7b 构成超前桥臂，Q2a、Q2b、Q4a、Q4b、Q6a、Q6b、Q8a、Q8b构成滞后桥臂。

两个相同的LC网络由一个电感和一个电容串联而成，分别为Cr1、Lr1和Cr2、Lr2，可以实现各个开关管的零电压导通。两个相同的输入电容Cd1、Cd2起到输入分压的作用，各承受输入电压的1/2。两个高频变压器T1、T2参数相同，变压器副边是两组输出整流二极管D1-D4、D5-D6构成的桥式整流电路，和两组输出滤波电感Lf1、 Lf2，参数也完全相同。

由于该交流变换器接有LC谐振软开关，可进一步降低开关损耗，提高变换效率。零压开通;能自动适应不同的输入电压、输出电压和负载。根据本发明能实现移相全桥变换器的全范围软开关，提高整个变换器的效率;适用于高压输入到低压输出的变换场合，且满足宽输入电压范围、宽输出电压范围、宽负载变化。

附图说明

图1是带软开关的输入串联输出并联模块化交流变换器结构图。

具体实施方式

图1为带软开关的输入串联输出并联模块化交流变换器，本发明所涉及的交流变换器采用极性判别的移相控制策略，该交流变换器的输入为交流电压Uin，首先判定Uin的极性，若输入电压大于零，下标为b的所有MOS管导通，原边相当于输入为正电压的全桥电路，采用移相控制，在一定负载情况下，通过设计变压器的漏感参数以及并联MOS管漏源极两端电容参数，能实现各个开关管的软开通。当输入电压为负时，变压器原边下标为a的所有MOS管导通，下标为b的MOS管采用高频控制，仍然是一个移相全桥电路。考虑输入电压大于零的情况，具体过程如下：

开关管Q1b、Q2b、Q3b、Q4b、Q5b、Q6b、Q7b、Q8b 的驱动信号满足如下关系，超前桥臂Q1b、Q7b的驱动信号相同，Q3b、Q5b的驱动信号相同，分别为占空比为0.5的PWM互补信号，两组信号之间存在死区。而滞后桥臂Q2b、Q8b的驱动信号相同，Q4b、Q6b的驱动信号相同，也是占空比为0.5的PWM互补信号，两组信号之间存在死区。

当滞后桥臂Q2b、Q8b驱动信号控制两管同时关断时，ip1和ir1同时与C4、C8谐振，ip2和ir2同时与C12、C16发生谐振。随后，C2、C16充电电压上升到Vin/2，C8、C12被放电至0，此时之后桥臂Q4b、Q6b的二极管导通，Q4b、Q6b实现零电压开通。

当超前桥臂Q1b、Q7b驱动信号控制两管同时关断时，ip1和ir2同时与C3、C7谐振，ip2和ir1同时与C11、C15发生谐振。随后，C3、C15充电电压上升到Vin/2，C7、C11被放电至0，此时之后桥臂Q3b、Q5b的二极管导通，Q3b、Q5b实现零电压开通。另外半个周期开关管与前半个周期相似。

第一移相全桥变换模块超前桥臂上管驱动信号的上升沿到滞后桥臂下管驱动信号的上升沿之间为移相角，调节移相角的大小决定了两个串联LC网络两端电压的作用时间以及两个LC网络中电流幅值大小，从而控制移相变换器的输出电压。移相角增大，输出电压减小，并且串联LC网络中电流幅值增大；反之，移相角减小，输出电压增大，串联LC网络中的电流幅值减小。

当输出为恒定电压时，输入电压升高导致移相角增大，从而串联LC网络中的电流幅值增大，更易实现各开关管的零电压开通。当输出电压恒定且负载减小时，移相角增大，此时LC网络中的电流幅值增大，实现各开关管的零电压开通。在输出电压变化且输出电阻恒定时，输出电压增大，移相角减小，串联LC网络电流减小，但是此时变压器漏感电流仍然能实现开关管的零电压开通。随着输出电压减小，输出功率也减小，移相角增大，串联LC网络的电流幅值增大，此时软开关由LC网络的电流实现。

Claims (3)

1.一种带软开关的输入串联输出并联模块化交流变换器，其特征在于该变换器结构由2个隔离型高频交流变换器子模块构成，输入侧为串联结构，输出侧为并联结构。

2.根据权利1所述子模块选用高频隔离型单极变换拓扑，其特征为高频变压器原边为由两个MOS管反向串联的可控双向管组成的全桥电路，副边为二极管整流，整流后经过滤波电容以及滤波电容，最终得到直流输出电压。

3.根据权利要求2所述的子模块全桥电路，其特征在于，在第一全桥电路变压器原边的超前臂的中点和第二全桥电路变压器原边滞后臂的中点之间接入一个串联LC网络，Cr1和Lr1的位置可互换；在第二全桥电路超前臂中点和第一全桥电路滞后臂中点接入另一串联LC网络，Lr2和Cr2的位置可以互换。