CN105915065B - 基于三绕组变压器的隔离型双有源全桥dc-dc变换器 - Google Patents
基于三绕组变压器的隔离型双有源全桥dc-dc变换器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于三绕组变压器的隔离型双有源全桥DC‑DC变换器，本发明基于隔离型双向有源全桥变换器的基础上，通过一台三绕组变压器及第一开关K1、第二开关K2来实现；第一开关K1、第二开关K2的通断由高压端和低压端的比例而定。本发明在变压器原边侧，通过引入三绕组变压器的方式，在工作模式一下，电路为传统的隔离型双向全桥DC‑DC变换器；在工作模式二下，变压器副边侧电路采用两个半波整流模式的结合，使得在一个工作周期内，只需要两个开关管开通和关断，与全桥整流电路相比，减少了两个开关管的切换，从而降低了整体电路的损耗。
Description
技术领域
本发明涉及电源变换技术领域，特别涉及一种基于三绕组变压器的隔离型双有源全桥DC-DC变换器。
背景技术
在可再生直流供电系统中，设备通常需要电池作为后备电源，电池的电压等级往往要比直流母线的电压等级低很多，因此需要双向直流变换器降压来对电池充电，或由电池经过升压馈能给直流母线。
如图2所示，若采用不隔离型变换器，应用在两侧电压差别很大的场合时，电压调整范围及变换器转换效率并不是十分理想，且由于不采用电气隔离，存在安全隐患；隔离型双向变换器，解决了不隔离型变换器电压调整范围和安全性上的不足。但在电压变比相对较大的场合下，高压侧电压输入范围不够大，低压侧开关管的电压、电流应力较大，存在相应的不足。
发明内容
本发明提供了一种基于三绕组变压器的隔离型双向有源全桥变换器，降低了低压侧的能耗，改善变换器的变换效率。
为解决上述技术问题，本发明提供的解决方案为：
作为一种改进，本发明的目的是这样实现的：基于隔离型双向有源全桥变换器的基础上，通过一台三绕组变压器及第九开关管K1、第十开关管K2来实现；第九开关管K1、第十开关管K2的通断由高压端和低压端的比例而定。
与现有技术相比，本发明带来的有益效果是：
在变压器原边侧，通过引入三绕组变压器的方式，在工作模式一下，电路为传统的隔离型双向全桥DC-DC变换器；
在工作模式二下，变压器副边侧电路采用两个半波整流模式的结合，使得在一个工作周期内，只需要两个开关管开通和关断，与全桥整流电路相比，减少了两个开关管的切换，从而降低了整体电路的损耗；
附图说明
图1为本发明电路原理图；
图2为传统隔离型双向有源全桥DC-DC变换器电路原理图；
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明电路原理图，本发明在传统隔离型双向有源全桥DC-DC变换器电路的基础上，通过一台三绕组变压器及低压侧两个全桥输出端的并联来实现。
基于三绕组变压器的隔离型双有源全桥DC-DC变换器，第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管Q1、第六开关管Q2、第七开关管Q3、第八开关管Q4、第九开关管K1、第十开关管K2、第十一开关管Q5、第十二开关管Q6、三绕组变压器T1、极性电容C2、第一电感Lr和电源V1；
所述的第一开关管S1的漏极、第三开关管S3的漏极、电源V1的正极连接，第二开关管S2的源极与第四开关管S4的源极、电源V1的负极连接，第一开关管S1的源极、第二开关管S2的漏极、第一电感Lr的一端相连，第一电感Lr的另一端与三绕组变压器T1原边的一端相连，三绕组变压器T1原边的另一端、第三开关管S3的源极、第四开关管S4的漏极相连；三绕组变压器T1副边侧的第一抽头、第五开关管Q1的源极、第六开关管Q2的漏极相连，第五开关管Q1的漏极、第九开关管K1的漏极相连，第九开关管K1的源极、第十开关管K2的源极相连，第十开关管K2的漏极、第七开关管Q3的漏极、第十一开关管Q5的漏极、极性电容C2的正极相连，作为变压器副边侧电源的正极，三绕组变压器T1副边侧的第二抽头、第七开关管Q3的源极、第八开关管Q4的漏极相连，三绕组变压器T1副边侧的第三抽头、第十一开关管Q5的源极、第十二开关管Q6的漏极相连，第六开关管Q2的源极、第八开关管Q4的源极、第十二开关管Q6的源极、极性电容C2的负极相连，作为变压器副边侧电源的负极。
第九开关管K1、第十开关管K2断开时，当能量从变压器原边侧流向变压器副边侧时，DSP驱动第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4进行全桥逆变，与此同时，DSP驱动第七开关管Q3、第八开关管Q4，第十一开关管Q5、第十二开关管Q6进行全桥整流；当能量从变压器副边侧流向变压器原边侧时，DSP驱动第七开关管Q3、第八开关管Q4，第十一开关管Q5、第十二开关管Q6进行全桥逆变，与此同时，DSP驱动第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4进行全桥整流；
第九开关管K1、第十开关管K2闭合时，电路可以有两种工作模式：
工作模式一：
当第七开关管Q3、第八开关管Q4封锁脉冲，不处在工作状态；第五开关管Q1、第六开关管Q2、第十一开关管Q5、第十二开关管Q6作为一个全桥工作；当能量从变压器原边侧流向变压器副边侧时，DSP驱动第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4进行全桥逆变，与此同时，DSP驱动第五开关管Q1、第六开关管Q2、第十一开关管Q5、第十二开关管Q6进行全桥整流；当能量从变压器副边侧流向变压器原边侧时，DSP驱动第五开关管Q1、第六开关管Q2、第十一开关管Q5、第十二开关管Q6进行全桥逆变，与此同时，DSP驱动第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4进行全桥整流；
工作模式二：
变压器副边侧两个绕组匝数相同,当能量从变压器原边侧流向变压器副边侧时，变压器副边侧的中心抽头作为两个绕组的公共端，两个绕组及相关开关管分别工作在半波整流的工作模式；开关管第六开关管Q2、第七开关管Q3、第十二开关管Q6封锁脉冲，不处在工作状态；第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4工作在全桥逆变模式；
当变压器副边侧电压为正向时，DSP驱动第五开关管Q1、第八开关管Q4开通进行整流，电流经第一抽头流出，经过第五开关管Q1、第九开关管K1、第十开关管K2、负载、第八开关管Q4，流入中心抽头；当变压器副边侧电压为负向时，DSP驱动第十一开关管Q5、第八开关管Q4开通进行整流，电流经第三抽头流出，经过第十一开关管Q5、负载、第八开关管Q4，流入中心抽头，整个过程为两个半波整流的结合；
上诉过程中，第八开关管Q4一直处于导通状态，在一个工作周期内，只需要第五开关管Q1、第十一开关管Q5开通和关断，与全桥整流电路相比，减少了两个工作的开关管，从而降低了整体电路的损耗；
应当注意，在说明本发明的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本发明的某些特定特点、特征或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本发明限定在说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。
Claims (1)
1.基于三绕组变压器的隔离型双有源全桥DC-DC变换器，其特征在于：在传统隔离型双向有源全桥DC-DC变换器电路的基础上，通过一台三绕组变压器及低压侧两个全桥输出端的并联来实现；
该基于三绕组变压器的隔离型双有源全桥DC-DC变换器，包括：第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4、第五开关管Q1、第六开关管Q2、第七开关管Q3、第八开关管Q4、第九开关管K1、第十开关管K2、第十一开关管Q5、第十二开关管Q6、三绕组变压器T1、极性电容C2、第一电感Lr和电源V1；
所述的第一开关管S1的漏极、第三开关管S3的漏极、电源V1的正极连接，第二开关管S2的源极与第四开关管S4的源极、电源V1的负极连接，第一开关管S1的源极、第二开关管S2的漏极、第一电感Lr的一端相连，第一电感Lr的另一端与三绕组变压器T1原边的一端相连，三绕组变压器T1原边的另一端、第三开关管S3的源极、第四开关管S4的漏极相连；三绕组变压器T1副边侧的第一抽头、第五开关管Q1的源极、第六开关管Q2的漏极相连，第五开关管Q1的漏极、第九开关管K1的漏极相连，第九开关管K1的源极、第十开关管K2的源极相连，第十开关管K2的漏极、第七开关管Q3的漏极、第十一开关管Q5的漏极、极性电容C2的正极相连，作为变压器副边侧电源的正极，三绕组变压器T1副边侧的第二抽头、第七开关管Q3的源极、第八开关管Q4的漏极相连，三绕组变压器T1副边侧的第三抽头、第十一开关管Q5的源极、第十二开关管Q6的漏极相连，第六开关管Q2的源极、第八开关管Q4的源极、第十二开关管Q6的源极、极性电容C2的负极相连，作为变压器副边侧电源的负极；
第九开关管K1、第十开关管K2断开时，当能量从变压器原边侧流向变压器副边侧时，DSP驱动第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4进行全桥逆变，与此同时，DSP驱动第七开关管Q3、第八开关管Q4，第十一开关管Q5、第十二开关管Q6进行全桥整流；当能量从变压器副边侧流向变压器原边侧时，DSP驱动第七开关管Q3、第八开关管Q4，第十一开关管Q5、第十二开关管Q6进行全桥逆变，与此同时，DSP驱动第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4进行全桥整流；
第九开关管K1、第十开关管K2闭合时，该基于三绕组变压器的隔离型双有源全桥DC-DC变换器有两种工作模式：
工作模式一：
当第七开关管Q3、第八开关管Q4封锁脉冲，不处在工作状态；第五开关管Q1、第六开关管Q2、第十一开关管Q5、第十二开关管Q6作为一个全桥工作；当能量从变压器原边侧流向变压器副边侧时，DSP驱动第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4进行全桥逆变，与此同时，DSP驱动第五开关管Q1、第六开关管Q2、第十一开关管Q5、第十二开关管Q6进行全桥整流；当能量从变压器副边侧流向变压器原边侧时，DSP驱动第五开关管Q1、第六开关管Q2、第十一开关管Q5、第十二开关管Q6进行全桥逆变，与此同时，DSP驱动第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4进行全桥整流；
工作模式二：
变压器副边侧两个绕组匝数相同,当能量从变压器原边侧流向变压器副边侧时，变压器副边侧的中心抽头作为两个绕组的公共端，两个绕组及第五开关管Q1、第八开关管Q4、第十一开关管Q5分别工作在半波整流的工作模式；开关管第六开关管Q2、第七开关管Q3、第十二开关管Q6封锁脉冲，不处在工作状态；第一开关管S1、第二开关管S2、第三开关管S3、第四开关管S4工作在全桥逆变模式；
当变压器副边侧电压为正向时，DSP驱动第五开关管Q1、第八开关管Q4开通进行整流，电流经第一抽头流出，经过第五开关管Q1、第九开关管K1、第十开关管K2、负载、第八开关管Q4，流入中心抽头；当变压器副边侧电压为负向时，DSP驱动第十一开关管Q5、第八开关管Q4开通进行整流，电流经第三抽头流出，经过第十一开关管Q5、负载、第八开关管Q4，流入中心抽头，整个过程为两个半波整流的结合；
上述过程中，第八开关管Q4一直处于导通状态，在一个工作周期内，只需要第五开关管Q1、第十一开关管Q5开通和关断。
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