CN1431759A - 零电压软开关直流－直流电源变换装置 - Google Patents

零电压软开关直流－直流电源变换装置 Download PDF

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Abstract

本发明的零电压软开关直流一直流电源变换装置，包括逆变器、变压器、整流器和滤波器，所说的整流器具有由二个二极管相串联构成的桥臂和由二个开关管相串联构成的另一桥臂，或者由二极管串联开关管分别构成二个桥臂。其中的开关管并联二极管和并联电容，两桥臂的中点分别与变压器副边绕组的首、末端连接。本发明的直流一直流电源变换装置电路结构简单，不但实现了电路中开关器件全负载范围的软开关工作，而且实现了整流器中二极管的软换流，运行可靠，效率高。

Description

零电压软开关直流—直流电源变换装置
                                技术领域
本发明涉及一种直流—直流电源变换装置。
                                背景技术
直流—直流电源变换装置具有逆变器、变压器、整流器和滤波器，输入该电源装置的直流电经逆变器转化为交流电，经变压器变压隔离后，又经整流、滤波变为平滑的直流电供给负载。目前这种电源装置中整流器的整流二极管工作在硬开关状态，器件本身的反向恢复电流、反向恢复和线路杂散电感(包括变压器的漏感)引起的器件过电压大大降低了电源装置的可靠性和效率，而且这种电源装置中的逆变器开关器件也工作在硬开关状态，或工作在软开关状态是与电源装置输出功率等有关，影响电源装置的效率提高。
                                发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、效率高、可以实现整流二极管软换流和使逆变器开关器件在全负载范围内实现软开关工作的零电压软开关直流—直流电源变换装置。
为达上述目的，本发明的技术解决方案是在现有直流—直流电源变换装置的整流器中设置开关管，具体方案有两种。
方案1
零电压软开关直流—直流电源变换装置，包括逆变器、变压器、整流器和滤波器，所说的整流器具有由二个二极管DR1、DR2相串联构成的桥臂和由二个开关管MT5、MT6相串联构成的另一桥臂，其中开关管MT5并联二极管D5和并联电容C5，开关管MT6并联二极管D6和并联电容C6，两桥臂的中点分别与变压器副边绕组的首、末端连接。
方案2
零电压软开关直流—直流电源变换装置，包括逆变器、变压器、整流器和滤波器，所说的整流器具有由二极管DR1和开关管MT5相串联构成的桥臂和由二极管DR2和开关管MT6相串联构成的另一桥臂，其中开关管MT5并联二极管D5和并联电容C5，开关管MT6并联二极管D6和并联电容C6，两桥臂的中点分别与变压器副边绕组的首、末端连接。
上述二个方案中所说的开关管TM5、TM6并联的二极管D5、D6及电容C5、C6是外加二极管和电容或是开关管TM5、TM6内部的寄生二极管和电容。
本发明的零电压软开关直流—直流电源变换装置电路结构简单，不但实现了电路中开关器件全负载范围的软开关工作，而且实现了整流器中二极管的软换流，运行可靠，效率高。
                                附图说明
图1是本发明构成的一种具体电路图；
图2是本发明中整流器的另一种构成电路图。
                                具体实施方式
参照图1，本发明的零电压软开关直流—直流电源变换装置包括由主开关管MT1～MT4各自并联二极管D1～D4和并联电容C1～C4构成的逆变器A，与逆变器相连的变压器T，图示实例中，整流器具有由二个二极管DR1、DR2相串联构成的桥臂和由二个开关管MT5、MT6相串联构成的另一桥臂，其中开关管MT5并联二极管D5和并联电容C5，开关管MT6并联二极管D6和并联电容C6，两桥臂的中点分别与变压器T副边绕组的首、末端连接。滤波器包括接在整流器输出端的电容Cb和与变压器原边绕组串联的电感Lk，该电感可以是外加的电感或是变压器本身的漏感。
上述整流器也可以如图2所示，它具有由二极管DR1和开关管MT5相串联构成的桥臂和由二极管DR2和开关管MT6相串联构成的另一桥臂，其中开关管MT5并联二极管[D5]和并联电容C5，开关管MT6并联二极管D6和并联电容C6，两桥臂的中点分别与变压器T副边绕组的首、末端连接。
本发明的零电压软开关直流—直流电源变换装置，其逆变器每对斜对管工作在50％占空比，整流器的二个开关管也各自工作在50％占空比，通过二者的移相控制，实现开关管的零电压开关和输出功率调节。根据输出电压不同，本发明有两种工作模式，即电流连续模式和电流断续模式。工作过程分别叙述如下：
1、电流连续模式
假设变压器的变比为n，设t＜t0时，电源变换装置的工作状态为二极管DR2、开关管MT2、MT3和MT5导通，电容C1和C4的电压为输入电压，电容C6的电压等于输出电压，输入通过电感Lk向输出传递能量。
t＝t0时刻，开关管MT2和MT3同时关断，电感Lk电流给C1和C4放电，当C1和C4电压为零后，二极管D1和D4导通，这时MT1和MT4导通，实现了零电压导通。
t＝t1时刻，电感电流在输入电压和输出电压的作用下，下降到零，二极管DR2零电流关断，DR1零电流开通，实现二极管的软换流，由于输出滤波电容的钳位作用，二极管没有电压过冲。随后，电感Lk电流在输入电压的作用下线性增加。
t＝t2时刻，开关管MT5关断，电感Lk电流给C6放电，当C6电压为零后，二极管D6导通，这时开通MT6，实现了MT6零电压导通。
t＞t2时刻，输入电压通过电感向输出传递能量，传递能量的多少决定输出电压和功率。这个阶段直到开关管MT1和MT4关断后结束，电路进入下半个开关周期的运行，运行模式与上面所述相似，分析也与前面一致。
2、电流断续模式
假设变压器的变比为n，设t＜t0时，电源变换装置的工作状态为开关管MT2、MT3和MT5导通，二极管DR1和DR2都关断，电容C1和C4的电压为输入电压，电容C6的电压等于输出电压，电感Lk电流为零。这个阶段实际上是个空闲模式，输入没有向输出传递能量，也没有向电感储能。
t＝t0时刻，开关管MT2和MT3同时关断，变压器激磁电感电流给C1和C4放电，当C1和C4电压为零后，二极管D1和D4导通，这时MT1和MT4导通，实现了零电压导通。随后DR1零电流导通，电感Lk电流在输入电压的作用下线性增加。
t＝t1时刻，开关管MT5关断，电感Lk电流给C6放电，当C6电压为零后，二极管D6导通，这时开通MT6，实现了MT6零电压导通。随后，输入通过电感向输出传递能量，传递能量的多少决定输出电压和功率。
t＝t2时刻，电感Lk电流下降到零，二极管DR1在零电流下自然关断。随后电路进入空闲模式，这个阶段直到t3时刻开关管MT1和MT4关断结束，电路进入下半个开关周期的运行，运行模式与上面所述相似，分析也与前面一致。

Claims (4)

1.零电压软开关直流—直流电源变换装置，包括逆变器[A]、变压器[T]、整流器和滤波器，其特征是所说的整流器具有由二个二极管[DR1]、[DR2]相串联构成的桥臂和由二个开关管[MT5]、[MT6]相串联构成的另一桥臂，其中开关管[MT5]并联二极管[D5]和并联电容[C5]，开关管[MT6]并联二极管[D6]和并联电容[C6]，两桥臂的中点分别与变压器[T]副边绕组的首、末端连接。
2.按权利要求1所述的零电压软开关直流—直流电源变换装置，其特征是开关管[TM5]、[TM6]并联的二极管[D5]、[D6]及电容[C5]、[C6]是外加二极管和电容或是开关管[TM5]、[TM6]内部的寄生二极管和电容。
3.零电压软开关直流—直流电源变换装置，包括逆变器[A]、变压器[T]、整流器和滤波器，其特征是所说的整流器具有由二极管[DR1]和开关管[MT5]相串联构成的桥臂和由二极管[DR2]和开关管[MT6]相串联构成的另一桥臂，其中开关管[MT5]并联二极管[D5]和并联电容[C5]，开关管[MT6]并联二极管[D6]和并联电容[C6]，两桥臂的中点分别与变压器[T]副边绕组的首、末端连接。
4.按权利要求3所述的零电压软开关直流—直流电源变换装置，其特征是开关管[TM5]、[TM6]并联的二极管[D5]、[D6]及电容[C5]、[C6]是外加二极管和电容或是开关管[TM5]、[TM6]内部的寄生二极管和电容。
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