CN109560715A - 一种改进型倍流整流电路 - Google Patents

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刘飞
李滨
胡伊通
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Abstract

一种改进型倍流整流电路，涉及电力电子技术领域，能够提供更大的输出电流和更小的输出电压纹波。传统的倍流整流电路会有以下几个缺点：需要二个输出电感，体积大，质量大；无法保证两个滤波电感高度一致，所以流经两个电抗器的电流会有差异导致偏磁产生；这几个缺点都在一定程度阻碍了倍流整流电路的发展。本发明将传统倍流电路进行改进，在直流端加了一个磁性电感L3。L2、L1使用两个空心绕组。在实际电路中大大减少了电感的总体积、质量，节约空间。由于L1、L2电感量很小，在制造中两者电感量差异很小，流经的电流差异也很小，解决了两个电抗器因差异大引起的偏磁问题。

Description

一种改进型倍流整流电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体的说，是一种整流电路。
背景技术
随着电力电子技术的发展发明出了整流电路，可以将交流电变为直流电，应用十分广泛。随着开关电源技术迅速发展，通信电源要求更大的输出电流和更小的输出电压纹波，所以常常使用倍流整流电路。而传统的倍流整流电路会有以下几个缺点：需要二个输出电感，体积大，质量大；无法保证两个滤波电感高度一致，所以流经电流会有差异导致偏磁产生；这几个缺点都在一定程度阻碍了倍流整流电路的发展。
发明内容
本发明目的在于提供一种改进型的倍流整流电路，能够克服传统倍流整流电路存在的不足。
为了解决上述技术问题，本创新性采用以下技术方案：
本发明包括：
本发明使用全桥逆变电路和倍流整流改进电路拓扑结构来搭建软开关逆变电源平台，主要包括：直流电源DC、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一开关管并联电容C1、第二开关管并联电容C2、第一开关管并联二极管D1、第二开关管并联二极管D2、第三开关管并联二极管D3、第四开关管并联二极管D4、隔直电容Cb、饱和电感Lr、变压器漏感Lk、变压器Tr、变压器原边绕组n1、变压器副边绕组n2、第一电感L1，第二电感L2，第三电感L3、第一二极管DR1、第二二极管DR2、滤波电容C，负载R。
全桥逆变电路可以将直流电转换为交流电，再通过改进的倍流整流电路输出稳定直流电。前级全桥逆变电路：直流电源DC、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一开关管并联电容C1、第二开关管并联电容C2、第一开关管并联二极管D1、第二开关管并联二极管D2、第三开关管并联二极管D3、第四开关管并联二极管D4、隔直电容Cb、饱和电感Lr、变压器漏感Lk、变压器Tr及变压器原边绕组n1；所述第一开关管Q1、第三开关管Q3的集电极、第一开关管并联二极管D1阴极、第三开关管并联二极管D3阴极、第一开关管并联的电容C1的上端与直流电源DC的正极相连；直流电源DC的负极与第二开关管Q2、第四开关管Q4的发射极、第二开关管并联二极管D2阳极、第四开关管并联二极管D4阳极、第二开关管并联的电容C2的下端相连；第一开关管Q1的发射级与第二开关管Q2的集电极、第一开关管并联二极管D1阳极、第二开关管并联二极管D2阴极、隔直电容Cb的左端、第二开关管并联的电容C2的上端相连；第三开关管Q3的发射极与第四开关管Q4的集电极、第三开关管并联二极管D3阳极、第四开关管并联二极管D4阴极、变压器原边绕组n1的下端相连；隔直电容Cb的右端和饱和电感左端Lr相连，饱和电感Lr右端和变压器漏感Lk左面相连，变压器漏感Lk右面与变压器原边绕组n1的上端相连。后级整流电路：所述第一电感L1上端，第一二极管DR1阳极与变压器副边绕组n2上端相连，变压器副边绕组n2的下端与第二电感L2下端和第二二极管DR2阳极相连；第一二极管DR1的阴极与第二二极管DR2的阴极和第三电感L3左端相连，第三电感L3右端与滤波电容C上端和负载R上端相连，滤波电容C的下端和负载R下端和第一电感L1和第二电感L2连接点相连。
本发明将传统倍流电路进行改进，在直流端加了第三电感L3。第一电感L1、第二电感L2是两个电感量比第三电感L3小很多的电感。在实际电路中大大减少了电感的总体积、质量，节约空间。由于第一电感L1、第二电感L2电感量很小，在制造中两者电感量差异很小，流经的电流差异也很小，解决了之前两个电抗器因差异大引起的偏磁问题。而且第一电感L1、第二电感L2能够在空载情况下提供能量，有助于空载情况下实现软开关。
附图说明
图1为主电路原理示意图
图2功率器件的控制信号及主电路主要波形
图3改进型倍流工作状态的等效拓扑
具体实施方式
本电路的具体实施方式如下：
如图1所示，本发明使用全桥逆变电路和倍流整流改进电路拓扑结构来搭建，主要包括：直流电源DC、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一开关管并联电容C1、第二开关管并联电容C2、第一开关管并联二极管D1、第二开关管并联二极管D2、第三开关管并联二极管D3、第四开关管并联二极管D4、隔直电容Cb、饱和电感Lr、变压器漏感Lk、变压器Tr、变压器原边绕组n1、变压器副边绕组n2、第一电感L1，第二电感L2，第三电感L3、第一二极管DR1、第二二极管DR2、滤波电容C，负载R。
全桥逆变电路可以将直流电转换为交流电，再通过改进的倍流整流电路输出稳定直流电。前级全桥逆变电路：直流电源DC、所述第一开关管Q1、第三开关管Q3的集电极、第一开关管并联二极管D1阴极、第三开关管并联二极管D3阴极、第一开关管并联的电容C1的上端与直流电源DC的正极相连；直流电源DC的负极与第二开关管Q2、第四开关管Q4的发射极、第二开关管并联二极管D2阳极、第四开关管并联二极管D4阳极、第二开关管并联的电容C2的下端相连；第一开关管Q1的发射级与第二开关管Q2的集电极、第一开关管并联二极管D1阳极、第二开关管并联二极管D2阴极、隔直电容Cb的左端、第二开关管并联的电容C2的上端相连；第三开关管Q3的发射极与第四开关管Q4的集电极、第三开关管并联二极管D3阳极、第四开关管并联二极管D4阴极、变压器原边绕组n1的下端相连；隔直电容Cb的右端和饱和电感Lr左端相连，饱和电感Lr右端和变压器漏感Lk左面相连，变压器漏感Lk右面与变压器原边绕组n1的上端相连。后级整流电路：所述第一电感L1上端，第一二极管DR1阳极与变压器副边绕组n2上端相连，变压器副边绕组n2的下端与第二电感L2下端和第二二极管DR2阳极相连；第一二极管DR1的阴极与第二二极管DR2的阴极和第三电感L3左端相连，第三电感L3右端与滤波电容C上端和负载R上端相连，滤波电容C的下端和负载R下端和第一电感L1和第二电感L2连接点相连。
控制策略常用的有有限双极性，移项控制策略。以有限双极性控制策略为例进行分析。
如图2所示，
开关模式一：t0时刻以前为功率传输模式，第一开关管Q1和第四开关管Q4同时导通，此时电流ip通过变压器副边绕组n2从同名端输出，流经第一二极管DR1，第三电感L3，负载R，第二电感L2再回到变压器副边绕组n2负端，将能量传递给负载，隔直电容Cb充电，饱和电感Lr处于饱和状态，VAB等于电源电压，隔直电容Cb上的电压成线性增加，第二电感L2充电，电流成线性增加，第一电感L1通过第一二极管DR1、第三电感L3负载进行放电，电流成线性减小，如图3(a)所示。
开关模式二：t0时刻第一开关管Q1关断，电路中变压器漏感Lk和副边第二电感L2、第三电感L3串联与第一、第二开关管并联的电容C1，C2产生谐振。ip流向第一、第二开关管并联的电容C1，C2支路中去，此时第一开关管并联的电容C1充电，第二开关管并联的电容C2放电。由于Uc1不能突变，开始时为零，实现第一开关管Q1的零电压关断。饱和电感仍处于饱和状态，当Uc2降到零时，第二开关管并联二极管D2续流。电流ip通过变压器副边绕组n2从同名端输出，流经第一二极管DR1，第三电感L3，负载R，第二电感L2再回到变压器副边绕组n2负端，将能量传递给负载，第一电感L1，第二电感L2电流保持不变。
开关模式三：t1时刻，ip通过第四开关管Q4和第二开关管并联二极管D2续流，隔直电容Cb的电压持续上升，VAB电压降0，第三电感L3、第二电感L2和原边是串联的，而且第二电感L2和第三电感L3串联后电感量很大，所以可以认为原边电流近似不变。
开关模式四：t2时刻ip下降到零，饱和电感Lr退出饱和状态，呈现大阻抗，所以隔直电容上的电压不变，第四开关管Q4仍然导通但是没有电流流经。此时副边第一二极管DR1，第二二极管DR2均导通，电路处于续流状态，第一电感L1、第二电感L2分别通过第一二极管DR1，第二二极管DR2和第三电感L3、电容C、负载R进行放电，但由于第一电感L1两端电压VL1，第二电感L2两端电压VL2相比于第三电感L3两端电压VL3,电容C两端电压VC可忽略不计，所以第三电感L3两端电压VL3,电容C两端电压VC近似相等，流经第一电感L1，第二电感L2的电流斜率为0，保持不变。如图3(b)所示
开关模式五：t3时刻第四开关管Q4在零电流的条件下自然关断，此时不对负载传输功率。
开关模式六：t4时刻第二开关管Q2，第三开关管Q3同时导通，在导通瞬间，由于饱和电感Lr未饱和，阻抗很大，电流上升速度缓慢。第二开关管Q2并联电容C2基本等于零，所以第二开关管Q2实现零电压开通。这段时间内，隔直电容的电压保持不变，ip基本为零，电源电压DC加在饱和电感上，经一段时间使其饱和，电流ip才会线性增加。此时第一电感L1充电，电流成线性增加，第二电感L2经第二二极管DR2、第三电感L3和负载R放电，电流成线性减小，如图3(c)所示。
以上是半个周期的工作情况，另一半情况相似。

Claims (3)

1.一种改进型倍流整流电路，包括依次连接的全桥逆变电路，全桥逆变电路，其特征在于包括的元件有：直流电源(DC)、第一开关管(Q1)、第二开关管(Q2)、第三开关管(Q3)、第四开关管(Q4)、第一开关管并联电容(C1)、第二开关管并联电容(C2)、第一开关管并联二极管(D1)、第二开关管并联二极管(D2)、第三开关管并联二极管(D3)、第四开关管并联二极管(D4)、隔直电容(Cb)、饱和电感(Lr)、变压器漏感(Lk)、变压器(Tr)及变压器原边绕组(n1)；所述第一开关管(Q1)、第三开关管(Q3)的集电极、第一开关管并联二极管(D1)阴极、第三开关管并联二极管(D3)阴极、第一开关管并联的电容(C1)的上端与直流电源(DC)的正极相连；直流电源(DC)的负极与第二开关管(Q2)、第四开关管(Q4)的发射极、第二开关管并联二极管(D2)阳极、第四开关管并联二极管(D4)阳极、第二开关管并联的电容(C2)的下端相连；第一开关管(Q1)的发射级与第二开关管(Q2)的集电极、第一开关管并联二极管(D1)阳极、第二开关管并联二极管(D2)阴极、隔直电容(Cb)的左端、第二开关管并联的电容(C2)的上端相连；第三开关管(Q3)的发射极与第四开关管(Q4)的集电极、第三开关管并联二极管(D3)阳极、第四开关管并联二极管(D4)阴极、变压器原边绕组(n1)的下端相连；隔直电容(Cb)的右端和饱和电感左端(Lr)相连，饱和电感(Lr)右端和变压器漏感(Lk)左面相连，变压器漏感(Lk)右面与变压器原边绕组(n1)的上端相连；还包括变压器副边绕组(n2)、第一电感(L1)，第二电感(L2)，第三电感(L3)、第一二极管(DR1)、第二二极管(DR2)、滤波电容(C)，负载(R)；所述第一电感(L1)上端，第一二极管(DR1)阳极与变压器副边绕组(n2)上端相连，变压器副边绕组(n2)的下端与第二电感(L2)下端和第二二极管(DR2)阳极相连；第一二极管(DR1)的阴极与第二二极管(DR2)的阴极和第三电感(L3)左端相连，第三电感电感(L3)右端与滤波电容(C)上端和负载(R)上端相连，滤波电容(C)的下端和负载(R)下端和第一电感(L1)和第二电感(L2)连接点相连。
2.根据权利要求1所述改进型倍流整流电路，其特征还在于：所述第一电感(L1)、第二电感(L2)均采用空心绕组；第三电感(L3)采用磁性电感。
3.根据权利要求1或2所述改进型倍流整流电路，其特征在于：所述第一二极管(DR1)、第二二极管(DR2)均采用快恢复二极管。
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