CN202135057U - 一种半桥三电平直流变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半桥三电平直流变换器，包括由两个输入电源串联形成的电源电路、三电平逆变桥、谐振电感、箝位电路、隔离变压器和整流滤波电路；其中，三电平逆变桥包括依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管、以及一飞跨电容，所述第一开关管的一端与所述电源电路的正输出端连接、所述第四开关管的一端与所述电源电路的负输出端连接，所述飞跨电容的一端与所述第一开关管和第二开关管的串联点连接、另一端与所述第三开关管和第四开关管的串联点连接；所述三电平逆变桥还包括一辅助电路，所述辅助电路与所述第一开关管或第四开关管并联连接，该辅助电路为开关型电路。本实用新型能够防止超前开关管因过流被损坏。

Description

一种半桥三电平直流变换器

技术领域

本实用新型涉及三电平拓扑的飞跨电容充电电路，特别是涉及一种半桥三电平直流变换器。

背景技术

关于三电平零电压软开关直流变换器，由于在实际应用中存在几个较难克服的问题，从而出现了一系列改进拓扑。南京航空航天大学阮新波教授的《三电平直流变换器及其软开关技术》著作中第159页开始讲解的‘改进型加箝位二极管的ZVS PWM半桥三电平变换器’很好的解决了一些实际问题，主电路如附图1所示。该电路的充电路径为上半臂Vin/2正→Q1→Css→D2→Vin/2负和下半臂Vin/2正→D1→Css→Q4→Vin/2负，其存在以下缺陷：当开机后，超前MOS管导通瞬时对飞跨电容的充电电流很大，远远超过了MOS管的额定电流范围，这时会导致MOS管损坏。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种三电平直流变换器，使得起机时充电电流控制在超前MOS管的额定电路范围内。

本实用新型的技术问题通过以下技术方案予以解决：

一种半桥三电平直流变换器，包括由两个输入电源串联形成的电源电路、三电平逆变桥、谐振电感、箝位电路、隔离变压器和整流滤波电路；其中，三电平逆变桥包括依次串联的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管、以及一飞跨电容，所述第一开关管的一端与所述电源电路的正输出端连接、所述第四开关管的一端与所述电源电路的负输出端连接，所述飞跨电容的一端与所述第一开关管和第二开关管的串联点连接、另一端与所述第三开关管和第四开关管的串联点连接；其特征在于：所述三电平逆变桥还包括一辅助电路，所述辅助电路与所述第一开关管或第四开关管并联连接，该辅助电路为开关型电路。

优选地，所述三电平逆变桥还包括由两个续流二极管串联组成的支路，该支路与所述飞跨电容并联，两个续流二极管的串联点与所述两个输入电路的串联点连接。

更优地，所述辅助电路包括串联连接的限流电阻和开关管。

进一步地，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管均为MOS管。

本实用新型与现有技术相比的有益效果包括：起机后先通过辅助电路对飞跨电容进行预充电一段时间后，再导通超前开关管，明显减小开机后对飞跨电容的充电电流，保证了超前开关管不被损坏。

附图说明

图1是现有技术的三电平直流变换器的电路图；

图2是本实用新型具体实施例1的三电平直流变换器的电路图；

图3是本实用新型具体实施例2的三电平直流变换器的电路图；

图4是本实用新型具体实施例2的三电平直流变换器的电路图（包括辅助电路具体拓扑）；

图5是实施例2的辅助电路开关管与三电平逆变桥各开关管的驱动波形时续图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选具体实施方式对本发明进行详细的阐述。

解决本实用新型技术问题的思路是如何降低超前MOS管Q1或Q4导通瞬间对飞跨电容的充电电流。分析电路原理，起机瞬间的充电电流过高的主要原因是MOS管导通前飞跨电容Css端电压为零，若能在超前MOS管导通前对飞跨电容进行充电到一定电压值，这样就可避免MOS管导通时对飞跨电容充电电流值超过MOS管额定电流值，从而避免了损坏MOS管。

在MOS管导通之前对飞跨电容进行充电，解决此问题有两种思路，分别如下述实施例1和实施例2：

实施例1

本实施例在现有半桥三电平直流变换器上桥臂的超前MOS管Q1两侧并联一辅助电路，具体电路拓扑如图2所示，该变换器包括由串联连接的两个直流输入电源Vin/1、Vin/2组成的电源电路1、三电平逆变桥2、谐振电感3、箝位电路4、隔离变压器5和整流滤波电路6。

三电平逆变桥2包括依次串联的第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4、一飞跨电容Css、以及与飞跨电容Css并联的一个续流支路；所述第一开关管Q1的一端与所述电源电路1的正输出端连接、所述第四开关管Q4的一端与所述电源电路1的负输出端连接，所述飞跨电容Css的一端与所述第一开关管Q1和第二开关管Q2的串联点连接、另一端与所述第三开关管Q3和第四开关管Q4的串联点连接；续流支路由两个续流二极管D1、D2串联组成，两个续流二极管D1、D2的串联点与输入电源Vin/1、Vin/2的串联点连接；三电平逆变桥2还包括一辅助电路，所述辅助电路与所述第一开关管Q1或第四开关管Q4并联连接，此辅助电路可以为任一开关型电路，例如采用控制继电器、MOS管等的导通来实现此功能，原理图如附件图2所示。

箝位电路4由正向串联的两个二极管D3、D4组成，二极管D3的阴极与第一开关管Q1、第二开关管Q2的串联点连接，二极管D4的阳极与第三开关管Q3、第四开关管Q4的串联点连接。

谐振电感Lr的一端与第二开关管Q2、第三开关管Q3的串联点连接、另一端与二极管D3、D4的串联点连接。

隔离变压器TR原边的一端二极管D3、D4的串联点连接、另一端与输入电源Vin/1、Vin/2的串联点连接。整流滤波电路6与现有技术相同。

本实施例的工作原理是：当电源开机后，控制辅助电路为导通状态，这时输入端电压会对飞跨电容充电，充电路径为上半臂Vin/2正→辅助电路→Css→D2→Vin/2负，在Q1、Q2、Q3、Q4任一导通之前关断辅助电路。在辅助电路关断后，电路中的开关管依次导通，由于已经对飞跨电容Css提前充电，此时对飞跨电容的充电电流不会很大，从而流过MOS管的电流在安全范围内而不会导致损坏。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1不同指出仅在于，辅助电路与第四开关管Q4并联，该辅助电路由串联连接的限流电阻R和开关管Q5组成。

同样当电源开机后，控制辅助电路为导通状态，这时输入端电压会对飞跨电容充电，充电路径为下半臂Vin/2正→D1→Css→辅助电路→Vin/2负，在Q1、Q2、Q3、Q4任一导通之前关断辅助电路。例如辅助电路为控制MOS管的电路如图4所示，图中的R为限流所用。辅助电路MOS管Q5与主电路MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的驱动波形时续如图5所示，其中t0～t1为Q5导通时间段，为飞跨电容Css充电，充电路径为Vin/2正→D1→Css→R→Q5→Vin/2负；t1～t2为防止Q1、Q2、Q3、Q4其中任一个与Q5同时导通设置的死区时间，t2时刻起主电路MOS管导通。

在辅助电路关断后，电路中的MOS管依次导通，由于已经对飞跨电容Css提前充电，此时对飞跨电容的充电电流不会很大，从而流过MOS管的电流在安全范围内而不会导致损坏。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种半桥三电平直流变换器，包括由两个输入电源串联组成的电源电路（1）、三电平逆变桥（2）、谐振电感（3）、箝位电路（4）、隔离变压器（5）和整流滤波电路（6）；其中，三电平逆变桥（2）包括依次串联的第一开关管（Q1）、第二开关管（Q2）、第三开关管（Q3）和第四开关管（Q4）、以及一飞跨电容（Css），所述第一开关管（Q1）的一端与所述电源电路（1）的正输出端连接、所述第四开关管（Q4）的一端与所述电源电路（1）的负输出端连接，所述飞跨电容（Css）的一端与所述第一开关管（ Q1）和第二开关管（Q2）的串联点连接、另一端与所述第三开关管（Q3）和第四开关管（Q4）的串联点连接；其特征在于：所述三电平逆变桥（2）还包括一辅助电路，所述辅助电路与所述第一开关管（Q1）或第四开关管（Q4）并联连接，该辅助电路为开关型电路。

2.根据权利要求1所述的半桥三电平直流变换器，其特征在于：所述三电平逆变桥还包括由两个续流二极管（D1、D2）串联组成的支路，该支路与所述飞跨电容(Css)并联，两个续流二极管（D1、D2）的串联点与所述两个输入电源的串联点连接。

3.根据权利要求1或2所述的半桥三电平直流变换器，其特征在于：所述辅助电路包括串联连接的限流电阻（R）和开关管（Q5）。

4.根据权利要求1或2所述的半桥三电平支路变换器，其特征在于：所述第一开关管（Q1）、第二开关管（Q2）、第三开关管（Q3）和第四开关管（Q4）均为MOS管。

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