CN109245547A - 一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器 - Google Patents

一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN109245547A
CN109245547A CN201811292594.2A CN201811292594A CN109245547A CN 109245547 A CN109245547 A CN 109245547A CN 201811292594 A CN201811292594 A CN 201811292594A CN 109245547 A CN109245547 A CN 109245547A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rectifier diode
side winding
vice
capacitor
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811292594.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109245547B (zh
Inventor
赵雷
范衠
施羿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shantou University
Original Assignee
Shantou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shantou University filed Critical Shantou University
Priority to CN201811292594.2A priority Critical patent/CN109245547B/zh
Publication of CN109245547A publication Critical patent/CN109245547A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109245547B publication Critical patent/CN109245547B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明实施例公开了一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器，其具体的组成包括第一至第四开关管，第一、第二电容，第一、第二隔离变压器，第一至第四整流二极管，还包括直流电源、滤波电感，其特征在于第一变压器采用全桥整流，第二变压器采用全波整流，并将两组整流器串联连接。该变换器综合了两种整流结构的优点，具有零电压开关范围宽、整流二极管电压应力低等特点，电路结构简单、转换效率高。

Description

一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器。
背景技术
零电压开关全桥直流变换器由于具有恒定频率固定、结构简单、转换效率高等优点，在中大功率场合得到广泛的应用。全桥直流变换器主要包逆变、隔离、整流和滤波四个部分。逆变单元主要将直流电压转变成高频的交流方波，通过隔离变压器实现输入、输出侧的电气隔离，整流单元将高频的交流方波转变成含有直流分量的高频直流方波，滤波单元将高频开关信号滤除，从而得到恒定的直流输出。常见的整流单元有全桥整流和全波整流，其中全桥整流适用于高压输出场合，全波整流适用于低压大电流。
现有的零电压开关全桥直流变换器的整流电路在中等电压、电流输出场合存在一定缺点，并且常规的全桥直流变换器在实际应用中存在以下几个问题：轻载时开关管不能实现零电压开关，造成效率衰减、可靠性降低；非占空比时段，整流电压为零，原边存在环流损耗；原副边功率传递只在占空比时段进行，增加了变换器的纹波；谐振电感引起整流电压振荡和占空比丢失。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器。可拓宽开关管零电压开关范围、消除环流损耗、降低输出纹波，以提高变换器的转换效率。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器，包括第一至第四开关管、第一电容、第一、第二变压器、第一至第四整流二极管、直流电源；
所述第一至第四开关管构成全桥电路，正向并联在所述直流电源正负输出端；
所述第一变压器包含一个原边绕组和一个副边绕组，原边绕组的一端与所述第一、第三开关管的连接点相连，另一端与所述第一电容的一端相连，副边绕组的一端与所述第一整流二极管的阴极、所述第三整流二极管的阳极相连，另一端与所述第二整流二极管的阴极、所述第四整流二极管的阳极相连；
所述第二变压器包含一个原边绕组和两个副边绕组，原边绕组的一端与所述第二、第四开关管的连接点相连，另一端与所述第一电容的一端相连，其中一个副边绕组的一端与所述第三整流二极管的阴极相连，另一副边绕组的一端与所述第四整流二极管的阴极相连，两个副边绕组的另一端直接相连，所述第一、第二整流二极管的阳极相连。
进一步地，还包括第二电容与滤波电感，所述第二变压器的副边绕组的另一端直接相连并与滤波电感的一端连接，所述第一电容的另一端与所述直流电源的负端连接，所述滤波电感的另一端与所述第二电容的一端连接，连接点为输出电压的正端，所述第二电容的另一端与所述第一、第二整流二极管的阳极相连，作为输出电压的负端。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：采用双变压器结构保证了原副边功率传递的连续性，能够消除原边环流损耗、降低输出纹波，同时通过增加变压器的励磁电流，滞后臂开关管可以在宽负载范围内实现零电压开关，而不会导致传导损耗加剧；变压器的漏感可以设计的很小，显著减小占空比丢失和二次侧电压振荡幅值。
在输出侧，变压器分别采用全波整流和全桥整流，两整流器共用一组整流二极管，实现了元器件的复用，本发明的混合式整流结构，减少了整流二极管的个数、降低了二极管的电压应力，具有全波整流和全桥整流结构的优点，有助于提高变换器的转换效率和功率密度。
附图说明
图1是本发明的整体电路结构示意图；
其中：Vin为直流电源，Q1、Q2、Q3、Q4分别为第一至第四开关管，C1、Co分别为第一、第二电容，T1、T2分别为第一、第二变压器，np、mp分别为第一、第二变压器的初级绕组，ns为第一的副边绕组，ms1、ms2分别为第二变压器的副边绕组，D1、D2、D3、D4分别为第一至第四整流二极管，Lo为滤波电感，R为负载电阻。
图2是本发明的等效的电路结构示意图；
图3为本发明提供给的图2的主要工作波形示意图。
图4～11是本发明提供给的图2在不同模态下的等效电路图。
上述附图中的主要物理量为：D是占空比，Ts是开关周期，负载电流为Io，n为T1、T2变压器副边与原边匝数之比，Llkl为T1的漏感，Llk2为T2的漏感，Lm为T2的励磁电感，C1等效为恒定电压源0.5Vin，滤波电感等效为恒定电流源Io。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明专利的电路连接示意图如图1所示，一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器，包括第一至第四开关管(Q1～Q4)、第一和第二隔离变压器(T1、T2)、第一至第四整流二极管(D1～D4)、第一和第二电容(C1、Co)、直流电源和滤波电感，变压器T1包括原边绕组np和副边绕组ns，变压器T2包括原边绕组mp和副边绕组ms1、ms2。
所述第一至第四开关管构成全桥电路，正向并联在直流电源正负输出端，第一变压器包含一个原边绕组和一个副边绕组，原边绕组的一端与第一、第三开关管的连接点相连，另一端与第一电容的一端相连，副边绕组的一端与第一整流二极管的阴极、第三整流二极管的阳极相连，另一端与第二整流二极管的阴极、第四整流二极管的阳极相连，第二变压器包含一个原边绕组和两个副边绕组，原边绕组的一端与第二、第四开关管的连接点相连，另一端与第一电容的一端相连，其中一个副边绕组的一端与第三整流二极管的阴极相连，另一副边绕组的一端与第四整流二极管的阴极相连，副边绕组的另一端直接相连并以滤波电感的一端连接，第一电容的另一端与直流电源的负端连接，滤波电感的另一端与第二电容的一端连接，连接点为输出电压的正端，第二电容的另一端与第一、第二整流二极管的阳极相连，作为输出电压的负端。
在本发明专利的一个具体实施例中，Q1、Q3构成超前桥臂，Q2、Q4构成滞后桥臂，忽略死区时间时，每个开关管的占空比为0.5，通过调整两个桥臂之间的移相角，实现对输出电压的调节，T1变压器的副边只有一个绕组，采用全桥整流结构，T2变压器副边包含两个绕组，采用全波整流结构，两组整流器共用D2、D4二极管，如附图1。
下面以附图2简化的等效电路，结合附图3～11叙述本发明的具体工作原理。由附图3可知整个变换器在一个开关周期有16种开关模态，分别是[t0～t1]、[t1～t2]、[t2～t3]、[t3～t4]、[t4～t5]、[t5～t6]、[t6～t7]、[t7～t8]、[t8～t9]、[t9～t10]、[t10～t11]、[t11～t12]、[t12～t13]、[t13～t14]、[t14～t15]、[t15～t16]，其中，[t0～t8]为前半周期，[t8～t16]为后半周期，下面对各开关模态的工作情况进行具体分析。
为简化分析，作如下假设：1)所有器件均为理想器件；2)开关管的寄生器件只考虑体二极管和结电容；3)忽略T1变压器的励磁电感，其漏感为Llkl；4)T2的励磁电感为Lm，漏感为Llk2；5)输出滤波电感Lo看作恒流源，电容C1等效为恒压源。
开关模态1[t0～t1](对应于附图4)：Q1、Q4、D2、D3导通，该时段为占空比时段，输出滤波电感能够映射到初级侧，原边电流近似为恒定值。
开关模态2[t1～t2](对应于附图5)：在t1时刻，Q1关断，Q1、Q3的结电容通过恒流源线性充放电，超前臂中点电压、整流电压、T1变压器原副边电压开始线性下降。
开关模态3[t2～t3](对应于附图6)：在t2时刻，vp1下降到0，D1导通，D1、D2开始换流，T1的次级绕组被短路，初级侧结电容与T1漏感发生谐振。
开关模态4[t3～t4](对应于附图7)：在t3时刻，vlea下降到0，Q3的体二极管导通，Q3可以实现零电压开通，Llk1上的电压为0.5Vin，ip1线性下降，在t4时刻，D1、D2换流结束，D2关断。
开关模态5[t4～t5](对应于附图8)：在该时段内，超前臂电流ip1为零，D1、D3保持导通，该时段称为非占空比时段。
开关模态6[t5～t6](对应于附图9)：在t5时刻，Q4关断，滞后臂中点电压线性上升，在t6时刻，滞后臂中点电压上升到0.25Vin，D4开始导通，T1与T2副边绕组并联。
开关模态7[t6～t7](对应于附图10)：该时段内，变压器漏感与开关管结电容发生谐振，滞后臂中点电压谐振上升，在t6时刻，滞后臂中点电压上升到Vin，Q2体二极管开始导通，因此，Q2能够实现零电压开通。
开关模态8[t7～t8](对应于附图11)：D4电流逐渐增大，D3电流逐渐减小，在t8时刻D3电流下降到零，变换器进入到后半周期。
后半周期[t8～t16]的工作原理与前半周期[t0～t8]基本相同，只是电流、电压反方向变化，不再重复叙述。
总结上述工作过程可知，该变换器的所有开关管都能够实现零电压开关，二次侧采用混合整流式结构，可以减少二极管的个数、降低二极管的电压应力，同时能够保证原副边功率传递的连续性，有利于提升变换器的转换效率和功率密度。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器，其特征在于，包括第一至第四开关管、第一电容、第一、第二变压器、第一至第四整流二极管、直流电源；
所述第一至第四开关管构成全桥电路，正向并联在所述直流电源正负输出端；
所述第一变压器包含一个原边绕组和一个副边绕组，原边绕组的一端与所述第一、第三开关管的连接点相连，另一端与所述第一电容的一端相连，副边绕组的一端与所述第一整流二极管的阴极、所述第三整流二极管的阳极相连，另一端与所述第二整流二极管的阴极、所述第四整流二极管的阳极相连；
所述第二变压器包含一个原边绕组和两个副边绕组，原边绕组的一端与所述第二、第四开关管的连接点相连，另一端与所述第一电容的一端相连，其中一个副边绕组的一端与所述第三整流二极管的阴极相连，另一副边绕组的一端与所述第四整流二极管的阴极相连，两个副边绕组的另一端直接相连，所述第一、第二整流二极管的阳极相连。
2.根据权利要求1所述的混合整流式零电压开关全桥直流变换器，其特征在于，还包括第二电容与滤波电感，所述第二变压器的副边绕组的另一端直接相连并与滤波电感的一端连接，所述第一电容的另一端与所述直流电源的负端连接，所述滤波电感的另一端与所述第二电容的一端连接，连接点为输出电压的正端，所述第二电容的另一端与所述第一、第二整流二极管的阳极相连，作为输出电压的负端。
CN201811292594.2A 2018-10-31 2018-10-31 一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器 Active CN109245547B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811292594.2A CN109245547B (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811292594.2A CN109245547B (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109245547A true CN109245547A (zh) 2019-01-18
CN109245547B CN109245547B (zh) 2019-11-12

Family

ID=65080218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811292594.2A Active CN109245547B (zh) 2018-10-31 2018-10-31 一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109245547B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111313708A (zh) * 2020-01-13 2020-06-19 北京理工大学 一种全桥dc-dc变换器
US11646670B2 (en) 2021-02-05 2023-05-09 Delta Electronics, Inc. Power conversion module

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111313708A (zh) * 2020-01-13 2020-06-19 北京理工大学 一种全桥dc-dc变换器
CN111313708B (zh) * 2020-01-13 2021-07-27 北京理工大学 一种全桥dc-dc变换器
US11646670B2 (en) 2021-02-05 2023-05-09 Delta Electronics, Inc. Power conversion module

Also Published As

Publication number Publication date
CN109245547B (zh) 2019-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108448913B (zh) 一种单级式基于交错并联无桥pfc电路和llc谐振的隔离型ac-dc变换器
CN106655793B (zh) 一种共用谐振电感型宽输入范围llc谐振变换器
CN106685231B (zh) 一种原边钳位型软开关全桥变换器及其不对称控制方法
CN111669058A (zh) 三相cllc双向直流变换器及其控制方法
CN105896986B (zh) 一种谐振变换器及其控制方法
CN103812359A (zh) 一种交流-直流变换电路及其控制方法
CN101847936B (zh) 滞后臂并联辅助网络的软开关全桥直流变换器
CN109889050B (zh) 基频-倍频双工作模态clcl谐振式dc/dc变换器
CN106505866B (zh) 一种三电平全桥直流变换装置
CN2917083Y (zh) 正激－反激合并式dc/dc隔离变换器
CN103441680B (zh) 一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器
CN110071640A (zh) 一种三倍流整流llc三相全桥直流变换器
CN101604916B (zh) 基于π型辅助网络零电压开关全桥直流变换器
CN103887976A (zh) 电流源输入型谐振软开关dc/dc变换器
CN109245545A (zh) 一种高电压增益的lcl谐振式直流-直流变换器
CN109245547B (zh) 一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器
CN101557172B (zh) 一种输入交错串联正激直流变换器
CN201312262Y (zh) 一种具有较高转换效率的高频开关电源
CN110572039A (zh) 一种基于倍流整流器的新型全桥直流变换器
CN112350583A (zh) 一种电流型推挽桥式软开关双向直流变换器
CN117060709A (zh) 单级无桥隔离式Zeta型功率因数校正电路
CN109149954B (zh) 一种宽负载范围软开关电流型推挽直流变换器
CN115133781A (zh) 一种多模式三桥臂直流-直流变换器
CN114977790A (zh) 一种基于耦合电感的两相交错Boost-Sepic型高增益变换器及控制方法
CN103746563A (zh) 双桥宽负载范围zvs三电平直流变换器、开关电源

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant