CN201369673Y - 一种扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器 - Google Patents

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CN201369673Y CNU2009201154069U CN200920115406U CN201369673Y CN 201369673 Y CN201369673 Y CN 201369673Y CN U2009201154069 U CNU2009201154069 U CN U2009201154069U CN 200920115406 U CN200920115406 U CN 200920115406U CN 201369673 Y CN201369673 Y CN 201369673Y
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李武华
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Abstract

本实用新型公开的一种扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器包括两个主功率开关管，两个输出二极管，一个辅助开关管，两个辅助二极管，两个滤波电感，两个输出电容，两个谐振电感和两个谐振电容。本实用新型利用两个谐振电感实现了两个主功率开关管和辅助开关管的零电流开通，并抑制了两个输出二极管的反向恢复电流，利用两个谐振电容与两个谐振电感之间的谐振实现了两个主开关管和辅助开关管的零电压关断。辅助开关管和两个辅助二极管为两个谐振电感和两个谐振电容之间的谐振提供电流通路，本实用新型附加元件少，结构简单，电路中无能量损耗元件，可提高变换器的效率。

Description

一种扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器
技术领域
本实用新型涉及直流-直流变换器，具体说是扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器。
背景技术
常规的三电平直流-直流变换器，包括两个功率开关管，两个输出二极管，两个滤波电感，两个输出电容，第一滤波电感的一端与第一功率开关管的漏极及第一输出二极管的阳极相连，第一滤波电感的另一端与输入的正端相连，第一输出二极管的阴极与第一输出电容的一端相连，第二滤波电感的一端与第二功率开关管的源极及第二输出二极管的阴极相连，第二滤波电感的另一端与输入的副端相连，第二输出二极管的阳极与第二输出电容的一端相连，第一功率开关管的源极与第二功率开关管的漏极和第一输出电容的另一端及第二输出电容的另一端相连。这种三电平直流-直流变换器为硬开关工作，开关损耗大，效率较低。近年来，相继研究了一些软开关电路，一种是通过附加有源功率开关和无源电感、电容等器件实现功率开关管的软开关，一般需要两套有源辅助开关管及相应的辅助驱动电路，电路复杂，降低了电路可靠性；另一种是通过附加二极管和无源电感、电容等器件实现功率开关管的软开关，一般需要较多的二极管、电感和电容等无源元件，且会增加功率开关管的电压或电流应力。
发明内容
本实用新型的目的是提供辅助功率开关管数量少，结构简单，成本低，且能实现功率器件软开关动作的扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器。
本实用新型的技术解决方案是，扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器，包括两个主功率开关管，两个输出二极管，一个辅助开关管，两个辅助二极管，两个滤波电感，两个输出电容，两个谐振电感和两个谐振电容，第一滤波电感的一端与第一谐振电感的一端和第一谐振电容的一端及第一输出二极管的阳极相连，第一滤波电感的另一端与电源的正端相连，第一谐振电感的另一端与第一主功率开关管的漏极相连，第一谐振电容的另一端与辅助开关管的漏极及第一辅助二极管的阴极相连，第一输出二极管的阴极与第一输出电容的一端相连，第二滤波电感的一端与第二谐振电感的一端和第二谐振电容的一端及第二输出二极管的阴极相连，第二滤波电感的另一端与电源的负端相连，第二谐振电感的另一端与第二主功率开关管的源极相连，第二谐振电容的另一端与辅助开关管的源极及第二辅助二极管的阳极相连，第二输出二极管的阳极与第二输出电容的一端相连，第一主功率开关管的源极与第二功率开关管的漏极及第一辅助二极管的阳极、第二辅助二极管的阴极、第一输出电容的另一端、第二输出电容的另一端相连。
工作时，利用两个谐振电感实现了两个主功率开关管和辅助开关管的零电流开通和抑制了两个输出二极管的反向恢复电流；两个主功率开关管关断时，两个谐振电感的能量转移到两个谐振电容上，实现了两个主功率开关管的零电压关断；辅助开关管和两个辅助二极管为谐振回路提供通路；同时，辅助开关管也实现了零电压关断。
本实用新型的扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器，利用两个谐振电感串联在两个主功率开关管的电流回路上，实现了两个主功率开关管和辅助开关管的零电流开通；当两个输出二极管关断时，两个谐振电感限制了两个输出二极管的关断电流下降速率，有效的抑制了两个输出二极管的反向恢复电流；在两个主功率开关管关断前，利用第一谐振电感与第一谐振电容的谐振关系或第二谐振电感与第二谐振电容的谐振关系，分别把两个谐振电感的能量转移到两个谐振电容上，实现了两个主功率开关管的零电压关断；由辅助开关管和第一辅助二极管组成的电路为第一谐振电感和第一谐振电容组成的谐振电路提供谐振回路，由辅助开关管和第二辅助二极管组成的电路为第二谐振电感和第二谐振电容组成的谐振电路提供谐振回路，简化了电路结构。同时，由于谐振关系，辅助开关管也实现了零电压关断，提高了变换器的效率。
本实用新型附加元件少，结构简单，电路中无能量损耗元件，可提高变换器的效率。
附图说明
图1是扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器电路图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器包括两个主功率开关管S1、S2，两个输出二极管Do1、Do2，一个辅助开关管Sc，两个辅助二极管Dc1、Dc2，两个滤波电感L1、L2，两个输出电容Co1、Co2，两个谐振电感Lr1、Lr2和两个谐振电容Cr1、Cr2，第一滤波电感L1的一端与第一谐振电感Lr1的一端和第一谐振电容Cr1的一端及第一输出二极管Do1的阳极相连，第一滤波电感L1的另一端与电源Vin的正端相连，第一谐振电感Lr1的另一端与第一主功率开关管S1的漏极相连，第一谐振电容Cr1的另一端与辅助开关管Sc的漏极及第一辅助二极管Dc1的阴极相连，第一输出二极管Do1的阴极与第一输出电容Co1的一端相连，第二滤波电感L2的一端与第二谐振电感Lr2的一端和第二谐振电容Cr2的一端及第二输出二极管Do2的阴极相连，第二滤波电感L2的另一端与电源Vin的负端相连，第二谐振电感Lr2的另一端与第二主功率开关管S2的源极相连，第二谐振电容Cr2的另一端与辅助开关管Sc的源极及第二辅助二极管Dc2的阳极相连，第二输出二极管Do2的阳极与第二输出电容Co2的一端相连，第一主功率开关管S1的源极与第二功率开关管S2的漏极及第一辅助二极管Dc1的阳极、第二辅助二极管Dc2的阴极、第一输出电容Co1的另一端、第二输出电容Co2的另一端相连。
扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器有八种换流情况，即第一主功率开关管S1开通与第一输出二极管Do1关断之间的换流；第一谐振电容Cr1与第一谐振电感Lr1经第一辅助二极管Dr1谐振阶段；第一谐振电容Cr1与第一谐振电感Lr1经辅助开关管Sc和第二辅助二极管Dr2谐振阶段；第一主功率开关管S1关断与第一输出二极管Do1开通之间的换流；第二主功率开关管S2开通与第二输出二极管Do2关断之间的换流；第二谐振电容Cr2与第二谐振电感Lr2经第二辅助二极管Dr2谐振阶段；第二谐振电容Cr2与第二谐振电感Lr2经辅助开关管Sc和第一辅助二极管Dr1谐振阶段；第二主功率开关管S2关断与第二输出二极管Do2开通之间的换流。由于电路的对称性，仅分析前四个换流状态：
第一主功率开关管S1开通与第一输出二极管Do1关断之间的换流过程：换流前，电路处于第一主功率开关管S1关断、第二主功率开关管S2关断、辅助开关管Sc关断、第一输出二极管Do1开通和第二输出二极管Do2关断状态。当第一主功率开关管S1开通时，由于第一谐振电感Lr1的存在，第一谐振电感Lr1上电流从零开始上升，实现了第一主功率开关管S1的零电流开通，也有效抑制了第一输出二极管Do1的反向恢复电流。
第一谐振电容Cr1与第一谐振电感Lr1经第一辅助二极管Dr1谐振阶段：第一输出二极管Do1处于稳定关断状态，第一谐振电容Cr1经第一辅助二极管Dr1与第一谐振电感Lr1开始谐振，此时，第一谐振电感Lr1上电流继续增大，第一谐振电容Cr1开始放电，谐振结束时，第一谐振电容Cr1上电流重新回到零，第一辅助二极管Dr1关断。
第一谐振电容Cr1与第一谐振电感Lr1经辅助开关管Sc和第二辅助二极管Dr2谐振阶段：辅助开关管Sc的门极信号在此阶段给出，第一谐振电感Lr1经由辅助开关管Sc和第二辅助二极管Dr2与第一谐振电容Cr1再次发生谐振，由于第一谐振电感Lr1的存在，辅助开关管Sc实现了零电流开通，第一谐振电感Lr1上电流开始下降至零。
第一主功率开关管S1关断与第一输出二极管Do1开通之间的换流过程：此阶段，第一主功率开关管S1的自身反并二极管导通，第一谐振电感Lr1上的电流反向，第一谐振电容上的电压继续上升，第一主功率开关管S1实现了零电压关断，第一谐振电感Lr1与第一谐振电容Cr1的谐振过程结束，第一输出二极管Do1开通。

Claims (1)

1.一种扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器，其特征是包括两个主功率开关管(S1、S2)，两个输出二极管(Do1、Do2)，一个辅助开关管(Sc)，两个辅助二极管(Dc1、Dc2)，两个滤波电感(L1、L2)，两个输出电容(Co1、Co2)，两个谐振电感(Lr1、Lr2)和两个谐振电容(Cr1、Cr2)，第一滤波电感(L1)的一端与第一谐振电感(Lr1)的一端和第一谐振电容(Cr1)的一端及第一输出二极管(Do1)的阳极相连，第一滤波电感(L1)的另一端与电源的正端相连，第一谐振电感(Lr1)的另一端与第一主功率开关管(S1)的漏极相连，第一谐振电容(Cr1)的另一端与辅助开关管(Sc)的漏极及第一辅助二极管(Dc1)的阴极相连，第一输出二极管(Do1)的阴极与第一输出电容(Co1)的一端相连，第二滤波电感(L2)的一端与第二谐振电感(Lr2)的一端和第二谐振电容(Cr2)的一端及第二输出二极管(Do2)的阴极相连，第二滤波电感(L2)的另一端与电源的负端相连，第二谐振电感(Lr2)的另一端与第二主功率开关管(S2)的源极相连，第二谐振电容(Cr2)的另一端与辅助开关管(Sc)的源极及第二辅助二极管(Dc2)的阳极相连，第二输出二极管(Do2)的阳极与第二输出电容(Co2)的一端相连，第一主功率开关管(S1)的源极与第二功率开关管(S2)的漏极及第一辅助二极管(Dc1)的阳极、第二辅助二极管(Dc2)的阴极、第一输出电容(Co1)的另一端、第二输出电容(Co2)的另一端相连。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101505095B (zh) * 2009-03-12 2010-09-29 浙江大学 扩展周期准谐振三电平软开关升压型变换器
WO2013135050A1 (zh) * 2012-03-13 2013-09-19 华为技术有限公司 三电平逆变器
TWI454038B (zh) * 2010-06-11 2014-09-21 Univ Nat Taiwan 三相電源轉換電路及其軟式切換電路
WO2023117068A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-29 Huawei Digital Power Technologies Co., Ltd. Power supply system for a data centre

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