CN106787773A - 无直通问题的直流变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无直通问题的直流变压器，在原边侧采用新型双绕组耦合型双Buck/双Boost全桥拓扑和结构，通过无连接点双绕组耦合的方式，将变压器漏感等效成为传统双Buck/双Boost全桥拓扑的防直通电感，和传统全桥拓扑相比，无需在电路中增加额外的元器件，且消除了死区，提高直流电压利用率。
Description
技术领域
本发明涉及直流变压器领域，具体是一种无直通问题的直流变压器。
背景技术
传统的直流变压器为实现电能传输，原边侧需通过逆变器产生高频交流信号，全桥拓扑是目前最常用的逆变器拓扑，当其桥臂功率管以0.5占空比互补导通时，变压器能够实现最大直流母线电压利用率，然而全桥拓扑存在桥臂直通问题，需要加入死区，导致电压利用率降低。
发明内容 本发明的目的是提供一种无直通问题的直流变压器，以解决现有技术直流变压器原边侧全桥拓扑存在直通的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
无直通问题的直流变压器，其特征在于：包括变压器T，所述变压器T具有两组原边绕组Lp1、Lp2，以及一组副边绕组，变压器T的两组原边绕组Lp1、Lp2紧密耦合且匝数相同；在变压器T的原边侧设有二极管Do1、Do2、Do3、Do4，其中二极管Do1的阳极与一个开关So2的一端连接，二极管Do2的阴极与一个开关So1的一端连接，二极管Do3的阳极与一个开关So4的一端连接，二极管Do4的阴极与一个开关So3的一端连接，开关So1的另一端、二极管Do1的阴极、开关So3的另一端、二极管Do3的阴极共接后作为一个输入端，二极管Do2的阳极、开关So2的另一端、二极管Do4的阳极、开关So4的另一端共接后作为另一个输入端，两输入端之间接入电源UDC，开关So1与二极管Do2的阴极之间通过电感Ls11与原边第一组绕组Lp1的一端连接，开关So4与二极管Do3的阳极之间通过电感Ls12与原边第一组绕组Lp1的另一端连接，开关So2与二极管Do1的阳极之间通过电感Ls21与原边第二组绕组Lp2的一端连接，开关So3与二极管Do4的阴极之间通过电感Ls22与原边第二组绕组Lp2的另一端连接；在变压器T的副边侧设有二极管Di1、Di2、Di3、Di4，以及开关Si1、Si2、Si3、Si4，其中二极管Di1的阳极与Di2的阴极连接，二极管Di3的阳极与Di4的阴极连接，开关Si1的一端与开关Si2的一端连接，开关Si3的一端与开关Si4的一端连接，开关Si1的另一端、二极管Di1的阴极、开关Si3的另一端、二极管Di3的阴极共接后作为一个输出端，开关Si2的另一端、二极管Di2的阳极、开关Si4的另一端、二极管Di4的阳极共接后作为另一个输出端，开关Si1与开关Si2之间、二极管Di1的阳极与Di2的阴极之间分别接入副边绕组一端，开关Si3与开关Si4之间、二极管Di3的阳极与Di4的阴极之间分别接入副边绕组另一端。
所述的无直通问题的直流变压器，其特征在于：由二极管Do1、Do2、Do3、Do4，开关So1、So2、So3、So4，以及电感Ls11与电感Ls12、原边绕组Lp1、Lp2构成双绕组耦合型双Buck/双Boost全桥拓扑结构的原边侧。
本发明针对现有技术原边侧高频逆变器采用全桥拓扑，存在直通问题的情况，提出一种无直通问题的新型直流变压器，直流变压器的原边侧高频逆变器电路采用新型双绕组耦合型双Buck/双Boost全桥拓扑，通过无连接点双绕组耦合的方式，将变压器漏感等效成为传统双Buck/双Boost全桥拓扑的防直通电感，和传统全桥拓扑相比，无需在电路中增加额外的元器件，且消除了死区、提高直流电压利用率的同时减小了系统体积。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、避免了传统桥式拓扑直通问题，无需在互补的驱动信号中加入死区，提高了直流电压利用率。
2、通过变压器原边绕组的双绕组耦合，充分利用变压器漏感，无需在电路中增加额外的元器件，比传统双Buck/双Boost拓扑电路更为简单。
附图说明
图1为本发明直流变压器电路图。
图2为三种高频逆变拓扑图，其中：
图2（a）为本发明拓扑图，图2（b）为传统双Buck/双Boost全桥拓扑图，图2（c）为传统全桥拓扑图。
具体实施方式
如图1所示，无直通问题的直流变压器，包括变压器T，所述变压器T具有两组原边绕组Lp1、Lp2，以及一组副边绕组，变压器T的两组原边绕组Lp1、Lp2紧密耦合且匝数相同；在变压器T的原边侧设有二极管Do1、Do2、Do3、Do4，其中二极管Do1的阳极与一个开关So2的一端连接，二极管Do2的阴极与一个开关So1的一端连接，二极管Do3的阳极与一个开关So4的一端连接，二极管Do4的阴极与一个开关So3的一端连接，开关So1的另一端、二极管Do1的阴极、开关So3的另一端、二极管Do3的阴极共接后作为一个输入端，二极管Do2的阳极、开关So2的另一端、二极管Do4的阳极、开关So4的另一端共接后作为另一个输入端，两输入端之间接入电源UDC，开关So1与二极管Do2的阴极之间通过电感Ls11与原边第一组绕组Lp1的一端连接，开关So4与二极管Do3的阳极之间通过电感Ls12与原边第一组绕组Lp1的另一端连接，开关So2与二极管Do1的阳极之间通过电感Ls21与原边第二组绕组Lp2的一端连接，开关So3与二极管Do4的阴极之间通过电感Ls22与原边第二组绕组Lp2的另一端连接；在变压器T的副边侧设有二极管Di1、Di2、Di3、Di4，以及开关Si1、Si2、Si3、Si4，其中二极管Di1的阳极与Di2的阴极连接，二极管Di3的阳极与Di4的阴极连接，开关Si1的一端与开关Si2的一端连接，开关Si3的一端与开关Si4的一端连接，开关Si1的另一端、二极管Di1的阴极、开关Si3的另一端、二极管Di3的阴极共接后作为一个输出端，开关Si2的另一端、二极管Di2的阳极、开关Si4的另一端、二极管Di4的阳极共接后作为另一个输出端，开关Si1与开关Si2之间、二极管Di1的阳极与Di2的阴极之间分别接入副边绕组一端，开关Si3与开关Si4之间、二极管Di3的阳极与Di4的阴极之间分别接入副边绕组另一端。
由二极管Do1、Do2、Do3、Do4，开关So1、So2、So3、So4，以及电感Ls11与电感Ls12、原边绕组Lp1、Lp2构成双绕组耦合型双Buck/双Boost全桥拓扑结构的原边侧。
对于图1，变压器T的原边部分通过无连接点双绕组耦合的方式，将变压器漏感等效成为传统双Buck/双Boost全桥拓扑的防直通电感，消除了死区，并实现能量的双向流动。当绕组对称时，可将漏感看作对称分布，即L s11和L s12之和为原边绕组Lp1的漏感L s1，L s21和L s22之和为原边绕组Lp2的漏感L s2。
对于图2，在图2(a)中，原边绕组Lp1和原边绕组Lp2紧密耦合，匝数相同，故A1和A2可近似看作等电位点，与图2(b)中的A点等效，同理，图2(a)中的B1和B2点与图2(b)中的B点等效，故在理想情况下，双绕组耦合型双Buck/双Boost全桥拓扑可与传统双Buck/双Boost全桥拓扑等效分析，然而变压器漏感无法等效为传统双Buck/双Boost全桥拓扑的防直通电感，需要额外增加电感器件。对于图2(b)，当So1或Do2导通时，可将E1点定义为桥臂输出点，当So2或Do1导通时，可将E2点定义为桥臂输出点，故E1和E2点与图2(c)中的E点等效，同理图2(b)中F1和F2点与图2(c)中的F点等效，即双Buck/双Boost拓扑桥臂输出点的定义与传统全桥拓扑的桥臂输出点相同。可以看出，三种拓扑在相同驱动信号和参数的情况下，在变压器二次侧感应出的电压完全相同，且拓扑均能实现能量的双向流动，其中双绕组耦合型双Buck/双Boost全桥拓扑不仅可以避免直通导致的直流电压利用率降低，也不存在外加电感导致的系统体积成本的增加和效率降低的问题，适用于车外高频逆变-整流环节。
Claims (2)
1.无直通问题的直流变压器，其特征在于：包括变压器T，所述变压器T具有两组原边绕组Lp1、Lp2，以及一组副边绕组，变压器T的两组原边绕组Lp1、Lp2紧密耦合且匝数相同；在变压器T的原边侧设有二极管Do1、Do2、Do3、Do4，其中二极管Do1的阳极与一个开关So2的一端连接，二极管Do2的阴极与一个开关So1的一端连接，二极管Do3的阳极与一个开关So4的一端连接，二极管Do4的阴极与一个开关So3的一端连接，开关So1的另一端、二极管Do1的阴极、开关So3的另一端、二极管Do3的阴极共接后作为一个输入端，二极管Do2的阳极、开关So2的另一端、二极管Do4的阳极、开关So4的另一端共接后作为另一个输入端，两输入端之间接入电源UDC，开关So1与二极管Do2的阴极之间通过电感Ls11与原边第一组绕组Lp1的一端连接，开关So4与二极管Do3的阳极之间通过电感Ls12与原边第一组绕组Lp1的另一端连接，开关So2与二极管Do1的阳极之间通过电感Ls21与原边第二组绕组Lp2的一端连接，开关So3与二极管Do4的阴极之间通过电感Ls22与原边第二组绕组Lp2的另一端连接；在变压器T的副边侧设有二极管Di1、Di2、Di3、Di4，以及开关Si1、Si2、Si3、Si4，其中二极管Di1的阳极与Di2的阴极连接，二极管Di3的阳极与Di4的阴极连接，开关Si1的一端与开关Si2的一端连接，开关Si3的一端与开关Si4的一端连接，开关Si1的另一端、二极管Di1的阴极、开关Si3的另一端、二极管Di3的阴极共接后作为一个输出端，开关Si2的另一端、二极管Di2的阳极、开关Si4的另一端、二极管Di4的阳极共接后作为另一个输出端，开关Si1与开关Si2之间、二极管Di1的阳极与Di2的阴极之间分别接入副边绕组一端，开关Si3与开关Si4之间、二极管Di3的阳极与Di4的阴极之间分别接入副边绕组另一端。
2.根据权利要求1所述的无直通问题的直流变压器，其特征在于：由二极管Do1、Do2、Do3、Do4，开关So1、So2、So3、So4，以及电感Ls11与电感Ls12、原边绕组Lp1、Lp2构成双绕组耦合型双Buck/双Boost全桥拓扑结构的原边侧。
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