CN109104093A - 一种双向变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明供一种双向变换器，包括由功率开关管组成的桥臂，在所述的每条桥臂一端串连一个控制功率开关管反射恢复电流的低压开关管，所述的低压开关管与所述的功率开关管反相串连；还包括一个旁路二极管，所述的旁路二极管的两端分别与功率开关管和桥臂的另一端相连，所述的旁路二极管与功率开关管的方向相同。本发明中由于在每条桥臂一端串连一个控制功率开关管反射恢复电流的低压开关管，消除了由于功率开关管其体二极管的反向恢复问题所带来额外的功率损耗、以及桥臂上下管直通电流产生的可靠性问题。

Description

一种双向变换器
技术领域
本发明涉及变换器领域，特别是一种双向变换器，该双向变换器消除了由于功率开关管其体二极管的反向恢复问题所带来额外的功率损耗、以及桥臂上下管直通电流产生的可靠性问题。
背景技术
随着智能电网和能源互联化的快速发展，将电能进行双向变换传输的产品的成为该领域的市场热点。如图1所示为一种典型的DC－DC双向全桥变换器，它具有电路结构简单、电压电流应力比较小控制方式成熟等优点，因而在中大功率场合应用有着广泛的应用，如图1所示该全桥变换器源边具有四个开关管Q01、Q02、Q03和Q04，同样副边也具有四个开关管Q05、Q06、Q07和Q08，它们构成了全桥变换器的八个桥臂，也就是一对源端的上桥臂、一对源端下桥臂、一对目标端上桥臂和一对目标端下桥臂。
由于三电平变换器降低了开关管的应力，使开关管的应力仅仅为如图1所示的双向全桥变换器中的应力的一半，因此，三电平变换器得到广泛的应用。如图2所示为一种三电平全桥变换器的电路原理图。与图1相比，也是具有一对源端上桥臂、一对源端下桥臂、一对目标端上桥臂和一对目标端下桥臂共四对八个桥臂，每个桥臂由一个开关管Qi和另外一个输入同样控制信号gi的开关管QiA组成，这里，i为1、2、3、4、5、6、7、8中的任一，具体的一个臂如图3所示，由两个开关管组成。
如图1和图2所示，功率开关管是双向变换器的核心器件之一，功率开关管器的可靠、高效运行是双向变换器的关键技术。然而，由于功率开关管其体二极管的反向恢复问题会带来额外的功率损耗、以及桥臂上下管直通电流产生的可靠性问题。因此亟待一种解决功率开关管的反向恢复问题的技术方案，以保证功率开关管的高效、可靠的运行。
发明内容
本发明针对目前双向变换器中由于功率开关管其体二极管的反向恢复问题会带来额外的功率损耗、以及桥臂上下管直通电流产生的可靠性问题所带来的不足，提供一种双向变换器，该双向变换器消除了由于功率开关管其体二极管的反向恢复问题所带来额外的功率损耗、以及桥臂上下管直通电流产生的可靠性问题。
本发明为实现其技术目的所采用的技术方案是:一种双向变换器，包括由功率开关管组成的桥臂，在所述的每条桥臂一端串连一个控制功率开关管反射恢复电流的低压开关管，所述的低压开关管与所述的功率开关管反相串连；还包括一个旁路二极管，所述的旁路二极管的两端分别与功率开关管和桥臂的另一端相连，所述的旁路二极管与功率开关管的方向相同。
本发明中由于在每条桥臂一端串连一个控制功率开关管反射恢复电流的低压开关管，消除了由于功率开关管其体二极管的反向恢复问题所带来额外的功率损耗、以及桥臂上下管直通电流产生的可靠性问题。
进一步的，上述的双向变换器中：还包括功率开关管结电容的放电通路，所述的放电通路包括与所述的低压开关管并联的稳压管ZD1。
进一步的，上述的双向变换器中：所述的桥臂包括功率开关管Qi和功率开关管QiA,所述的功率开关管QiA的S与功率开关管Qi的D极相连，所述的低压开关管Qix的D极与功率开关管QiA的D极相连，所述的旁路二极管Di的阴极接低压开关管Qix的S极，阳极接功率开关管Qi的S极。
进一步的，上述的双向变换器中：所述的桥臂包括功率开关管Qi和功率开关管QiA,所述的功率开关管QiA的S与功率开关管Qi的D极相连，所述的低压开关管为二极管Dix，二极管Dix的阴极与功率开关管QiA的D极相连，所述的旁路二极管Di的阴极接二极管Dix的阳极，阳极接功率开关管Qi的S极。
进一步的，上述的双向变换器中：还包括钳位电路，所述的钳位电路设置在一对上下桥臂之间，包括二极管D9、二极管D10和电容Cf1；所述的二极管D9设置在上桥臂的两个功率相连的公共端与地之间，二极管D9的阳极接地；所述的二极管D10设置在下桥臂的两个功率相连的公共端与地之间，二极管D10的阴极接地；所述的电容设置在上桥臂的两个功率相连的公共端与下桥臂的两个功率相连的公共端之间。
进一步的，上述的双向变换器中：变换器的谐振网络包括变压器T100，所述的变压器T100原边绕组分别接变换器源边前上、下桥臂连接的公共端和后上、下桥臂连接的公共端之间；所述的变压器T100的次级绕组分别接变换器副边前上、下桥臂连接的公共端和后上、下桥臂连接的公共端之间。
进一步的，上述的双向变换器中：在所述的变压器T100的原边绕组两端还设置有电感Lm。
进一步的，上述的双向变换器中：在所述的变压器T100的源边绕组上还串连有电容Crp或/和电感Lrp。
进一步的，上述的双向变换器中：在所述的变压器T100的次级绕组上还串连有电容Crs或/和电感Lrs。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
附图1是一种典型的DC－DC双向全桥变换器电路原理图。
附图2是一种三电平双向全桥变换器电路原理图。
附图3是一种三电平双向全桥变换器的一个桥臂电路原理图。
附图4是本发明中三电平双向全桥变换器的一个消除了反向恢复的桥臂电路原理图(一)。
附图5是本发明中三电平双向全桥变换器的一个消除了反向恢复的桥臂电路原理图(二)。
附图6是本发明中三电平双向全桥变换器的一个消除了反向恢复的桥臂电路原理图(三)。
附图7是本发明中三电平双向全桥变换器的一个消除了反向恢复的桥臂电路原理图(四)。
附图8是本发明中三电平双向全桥变换器原边电路原理图(一)。
附图9是本发明中三电平双向全桥变换器原边电路原理图(二)。
附图10是本发明中三电平双向全桥变换器电路原理图(一)。
附图11是本发明中三电平双向全桥变换器电路原理图(二)。
附图12是本发明中三电平双向全桥变换器谐振网络电路原理图(一)。
附图13是本发明中三电平双向全桥变换器谐振网络电路原理图(二)。
附图14是本发明中三电平双向全桥变换器谐振网络电路原理图(三)。
附图15是本发明中三电平双向全桥变换器谐振网络电路原理图(四)。
具体实施方式
实施例1，如图4、5、6、7、8、9所示，本实施例是一种三电平双向全桥变换器，包括由功率开关管组成的桥臂，共8条桥臂，如图8和图9所示，分别是源端前上、前下、后上、后下，副边同样的也是前上、前下、后上、后下四板桥臂，是对称设置的，每根桥臂，如图4或者图5所示，包括两个相连的功率开关管Qi和功率开关管QiA，另外还有一个低压开关管Qix，低压开关管Qix可以设置在任一根桥臂的两都都可以。这里i可以选择1、2、3、4、5、6、7、8分别表示是上面的八条桥臂，在低压开关管Qix上并联有稳压管ZDi，这里在每条桥臂一端串连一个控制功率开关管反射恢复电流的低压开关管，低压开关管与所述的功率开关管反相串连；还包括一个旁路二极管，旁路二极管的两端分别与功率开关管和桥臂的另一端相连，旁路二极管与功率开关管的方向相同。在实践中，低压开关管Qix可以用二极管Di代替，如图6和图7所示。
如图4所示，桥臂包括功率开关管Qi和功率开关管QiA,功率开关管QiA的S与功率开关管Qi的D极相连，低压开关管Qix的D极与功率开关管QiA的D极相连，旁路二极管Di的阴极接低压开关管Qix的S极，阳极接功率开关管Qi的S极。
如图5所示，桥臂包括功率开关管Qi和功率开关管QiA,功率开关管QiA的S与功率开关管Qi的D极相连，低压开关管Qix的S极与功率开关管Qi的S极相连，旁路二极管Di的阴极接低压开关管Qix的D极，阳极接功率开关管QiA的D极。
如图6所示，桥臂包括功率开关管Qi和功率开关管QiA,功率开关管QiA的S与功率开关管Qi的D极相连，低压开关管为二极管Dix，二极管Dix的阴极与功率开关管QiA的D极相连，所述的旁路二极管Di的阴极接二极管Dix的阳极，阳极接功率开关管Qi的S极。
如图7所示，桥臂包括功率开关管Qi和功率开关管QiA,功率开关管QiA的S与功率开关管Qi的D极相连，低压开关管为二极管Dix，二极管Dix的阳极与功率开关管Qi的S极相连，旁路二极管Di的阳极接二极管Dix的阴极，阳极接功率开关管QiA的D极。
如图8和图9所示，在本实施例的三电平双向全桥变换器中还包括钳位电路，钳位电路设置在一对上下桥臂之间，包括二极管D9、二极管D10和电容Cf1；二极管D9设置在上桥臂的两个功率相连的公共端与地之间，二极管D9的阳极接地；二极管D10设置在下桥臂的两个功率相连的公共端与地之间，二极管D10的阴极接地；电容设置在上桥臂的两个功率相连的公共端与下桥臂的两个功率相连的公共端之间。
如图10和图11所示为本实施例的三电平双向全桥变换器的两种电路原理图，都具有三根桥臂，对称设置在谐振网络两端，变换器的谐振网络如图12、13、14、15所示，包括变压器T100，变压器T100原边绕组分别接变换器源边前上、下桥臂连接的公共端和后上、下桥臂连接的公共端之间；变压器T100的次级绕组分别接变换器副边前上、下桥臂连接的公共端和后上、下桥臂连接的公共端之间。在变压器T100的原边绕组两端还可以设置有电感Lm。在变压器T100的源边绕组上还串连有电容Crp或/和电感Lrp。在变压器T100的次级绕组上还串连有电容Crs或/和电感Lrs。
实施例2，本实施例是一种使用于无线充电器的充电电路中的变换器中，在任一变换器的桥臂上串连一个低压开关管可以消除了由于功率开关管其体二极管的反向恢复问题所带来额外的功率损耗、以及桥臂上下管直通电流产生的可靠性问题，也可以提高无线充电器的效率。

Claims (9)

1.一种双向变换器，包括由功率开关管组成的桥臂，其特征在于：在所述的每条桥臂一端串连一个控制功率开关管反射恢复电流的低压开关管，所述的低压开关管与所述的功率开关管反相串连；还包括一个旁路二极管，所述的旁路二极管的两端分别与功率开关管和桥臂的另一端相连，所述的旁路二极管与功率开关管的方向相同。
2.根据权利要求1所述的双向变换器，其特征在于：还包括功率开关管结电容的放电通路，所述的放电通路包括与所述的低压开关管并联的稳压管ZD1。
3.根据权利要求2所述的双向变换器，其特征在于：所述的桥臂包括功率开关管Qi和功率开关管QiA,所述的功率开关管QiA的S与功率开关管Qi的D极相连，所述的低压开关管Qix的D极与功率开关管QiA的D极相连，所述的旁路二极管Di的阴极接低压开关管Qix的S极，阳极接功率开关管Qi的S极。
4.根据权利要求2所述的双向变换器，其特征在于：所述的桥臂包括功率开关管Qi和功率开关管QiA,所述的功率开关管QiA的S与功率开关管Qi的D极相连，所述的低压开关管为二极管Dix，二极管Dix的阴极与功率开关管QiA的D极相连，所述的旁路二极管Di的阴极接二极管Dix的阳极，阳极接功率开关管Qi的S极。
5.根据权利要求3或4所述的双向变换器，其特征在于：还包括钳位电路，所述的钳位电路设置在一对上下桥臂之间，包括二极管D9、二极管D10和电容Cf1；所述的二极管D9设置在上桥臂的两个功率相连的公共端与地之间，二极管D9的阳极接地；所述的二极管D10设置在下桥臂的两个功率相连的公共端与地之间，二极管D10的阴极接地；所述的电容设置在上桥臂的两个功率相连的公共端与下桥臂的两个功率相连的公共端之间。
6.根据权利要求3或4所述的双向变换器，其特征在于：变换器的谐振网络包括变压器T100，所述的变压器T100原边绕组分别接变换器源边前上、下桥臂连接的公共端和后上、下桥臂连接的公共端之间；所述的变压器T100的次级绕组分别接变换器副边前上、下桥臂连接的公共端和后上、下桥臂连接的公共端之间。
7.根据权利要求6所述的双向变换器，其特征在于：在所述的变压器T100的原边绕组两端还设置有电感Lm。
8.根据权利要求7所述的双向变换器，其特征在于：在所述的变压器T100的源边绕组上还串连有电容Crp或/和电感Lrp。
9.根据权利要求6所述的双向变换器，其特征在于：在所述的变压器T100的次级绕组上还串连有电容Crs或/和电感Lrs。
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