CN209731082U - 一种高效大功率电子隔离变压器拓扑 - Google Patents
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Abstract
一种高效大功率电子隔离变压器拓扑，包括IGBT晶体管N1、IGBT晶体管N2、IGBT晶体管N3、IGBT晶体管N4、线圈T1、线圈T2、线圈T3、线圈T4、二极管D1、二极管D2、电容C4，IGBT晶体管N1的集电极与线圈T1的T1‑连接，线圈T1的T1+与IGBT晶体管N2的集电极连接，IGBT晶体管N2的发射极与IGBT晶体管N4的集电极连接，IGBT晶体管N4的发射极与线圈T2的T2‑连接，线圈T2的T2+与IGBT晶体管N3的发射极连接，IGBT晶体管N3的集电极与IGBT晶体管N1的发射极连接，线圈T3的T3+与二极管D1的阳极连接，线圈T4的T4‑与二极管D2的阳极连接，线圈T3的T3‑与线圈T4的T4+连接，二极管D1的阴极与二极管D2的阴极连接，二极管D1的阴极与线圈T3的T3‑通过电容C4连接。本实用新型损耗更低，节电效果明显。
Description
技术领域
本实用新型涉及变压器技术领域，特别涉及一种高效大功率电子隔离变压器拓扑。
背景技术
电子变压器是一种将电力电子变换技术与机遇电磁感应原理的高频电能变换技术进行结合，实现将一种电力特征的电能变换为另一种电力特征的电能的静止电力设备，其通过电子电路转换成高频波后再经高频变压器隔离，可以将市电转换成不同的电压以供负载使用。电子变压器与工频变压器相比，具有体积小重量轻的特点，可以降低成本，减少发热，节省铜铁等金属材料。
如图1所示，传统的大功率电子变压器拓扑一般是：市电(LIN和NIN)接入后，首先经过由四只二极管(D5至D8)组成的全波整流桥，将市电变换成单一极性的脉动直流电源。脉动直流电源经由四只IGBT(N1至N4)组成的全桥变换电路，转变成高频的方波电源，再经过变压器的隔离和电压变换后，最后通过二极管D1和D2整流后，产生适用于负载的电源HV+。有些负载不需要直流电源的(比如卤素灯和石英灯之类)，可以直接将负载接在T3+和T3-之间。
从图1分析可知，任何时刻，市电都是先通过两只二极管(D5和D8或者D6和D7)整流，然后再经过两只IGBT(N1和N4或者N2和N3)形成高频波，之后再经变压器变换后，最后由二极管D1或者D2整流出负载所用的电源HV+。
由于市电在整流变压过程中，二极管和IGBT皆有压降，因此会出现损耗。传统的大功率电子变压器整流变压过程中需要先后经过两只二极管和两只IGBT，其损耗较高，节电效果有待进一步改善。
实用新型内容
本实用新型的目的之一在于解决上述现有技术的不足，提供一种损耗更低，节电效果明显的高效大功率电子隔离变压器拓扑。
为达到此目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种高效大功率电子隔离变压器拓扑，包括IGBT晶体管N1、IGBT晶体管N2、IGBT晶体管N3、IGBT晶体管N4、线圈T1、线圈T2、线圈T3、线圈T4、二极管D1、二极管D2、电容C4，所述IGBT晶体管N1的集电极与所述线圈T1的非同名端T1-电连接，所述线圈T1的同名端T1+与所述IGBT晶体管N2的集电极电连接，所述IGBT晶体管N2的发射极与所述IGBT晶体管N4的集电极电连接，所述IGBT晶体管N4的发射极与所述线圈T2的非同名端T2-电连接，所述线圈T2的同名端T2+与所述IGBT晶体管N3的发射极电连接，所述IGBT晶体管N3的集电极与所述IGBT晶体管N1的发射极电连接，所述线圈T3的同名端T3+与所述二极管D1的阳极电连接，所述线圈T4的非同名端T4-与所述二极管D2的阳极电连接，所述线圈T3的非同名端T3-与所述线圈T4的同名端T4+电连接，所述二极管D1的阴极与所述二极管D2的阴极电连接，所述二极管D1的阴极与所述线圈T3的非同名端T3-通过所述电容C4电连接。
优选地，所述IGBT晶体管N1的发射极与所述IGBT晶体管N2的发射极之间电连接有电容C1。
优选地，所述IGBT晶体管N2的集电极与所述IGBT晶体管N3的发射极之间电连接有电容C2，所述IGBT晶体管N1的集电极与所述IGBT晶体管N4的发射极之间电连接有电容C3。
优选地，所述IGBT晶体管N1、IGBT晶体管N2、IGBT晶体管N3以及IGBT晶体管N4的型号为FGL60N/100。
优选地，所述二极管D1以及二极管D2的型号为RHRP30120。
优选地，所述电容C1的电容值为0.22μF/250V。
优选地，所述电容C2以及电容C3的电容值为0.1μF/250V。
优选地，所述线圈T1、线圈T2、线圈T3以及线圈T4绕制在同一个磁芯上，磁芯的型号为EE65。
本实用新型的有益效果：
相对于传统的大功率电子变压器而言，在任何时刻，本实用新型电路中的电流都少流经一只二极管和一只IGBT晶体管，因此，本实用新型相对于传统的大功率电子变压器而言，其损耗更低，节电效果更为明显。
附图说明
图1是传统的大功率电子变压器拓扑电路图；
图2是本实用新型的电路图；
图3是本实用新型的工作波形图；
图4是图3中A处的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图说明并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
一种高效大功率电子隔离变压器拓扑，包括IGBT晶体管N1、IGBT晶体管N2、IGBT晶体管N3、IGBT晶体管N4、线圈T1、线圈T2、线圈T3、线圈T4、二极管D1、二极管D2、电容C4，所述IGBT晶体管N1的集电极与所述线圈T1的非同名端T1-电连接，所述线圈T1的同名端T1+与所述IGBT晶体管N2的集电极电连接，所述IGBT晶体管N2的发射极与所述IGBT晶体管N4的集电极电连接，所述IGBT晶体管N4的发射极与所述线圈T2的非同名端T2-电连接，所述线圈T2的同名端T2+与所述IGBT晶体管N3的发射极电连接，所述IGBT晶体管N3的集电极与所述IGBT晶体管N1的发射极电连接，所述线圈T3的同名端T3+与所述二极管D1的阳极电连接，所述线圈T4的非同名端T4-与所述二极管D2的阳极电连接，所述线圈T3的非同名端T3-与所述线圈T4的同名端T4+电连接，所述二极管D1的阴极与所述二极管D2的阴极电连接，所述二极管D1的阴极与所述线圈T3的非同名端T3-通过所述电容C4电连接。
IGBT晶体管采用每板桥驱动与另半桥互补的方式驱动，即当所述IGBT晶体管N1与所述IGBT晶体管N3同时驱动导通之时，使所述IGBT晶体管N2与所述IGBT晶体管N4关断，或者当所述IGBT晶体管N2与所述IGBT晶体管N4同时驱动导通之时，使IGBT晶体管N1与IGBT晶体管N3关断。
如图2所示，假设市电火线LIN为+且接在所述IGBT晶体管N1的发射极，市电零线NIN为-且接在所述IGBT晶体管N2的发射极，当所述IGBT晶体管N2与所述IGBT晶体管N4同时驱动导通，所述IGBT晶体管N1与所述IGBT晶体管N3同时驱动关断之时，电流路径先通过所述IGBT晶体管N1的体二极管到达所述线圈T1的非同名端T1-，然后再到达所述线圈T1的同名端T1+，最后经过所述IGBT晶体管N2到达市电零线NIN形成回路。虽然所述IGBT晶体管N4也处于导通状态，但因为所述IGBT晶体管N3的体二极管是截止关断状态，所述IGBT晶体管N4并无电流通过。假如将所述这一过程定义为高频波正半周状态，那么当所述IGBT晶体管N2与所述IGBT晶体管N4同时驱动关断，所述IGBT晶体管N1与所述IGBT晶体管N3将同时驱动导通之时，则为高频波负半周状态。
当电路处在高频波负半周状态时，电流路径先通过所述IGBT晶体管N3到达所述线圈T2的同名端T2+，然后再到达所述线圈T2的非同名端T2-，最后经过所述IGBT晶体管N2与所述IGBT晶体管N4的体二极管到达NIN形成回路。
如图3以及图4所示，上述过程循环下去，可以把市电变换成高频波。由于所述线圈T1、线圈T2、线圈T3以及线圈T4均绕在同一铁芯上，因互感作用，可以将高频波正半周和高频波负半周合成一个完整的高频波周期，并在所述线圈T3的的同名端T3+与所述线圈T4的非同名端T4-之间输出具有市电波形包络的高频波，然后经所述二极管D1与所述二极管D2整流后变成脉动直流电。
同理，当市电反相，即市电火线LIN为-，市电零线NIN为+时，通过本实用新型所示电路依然可以将市电转换成高频波。
通过上述分析可以知道，任何时刻，电流路径都先经过所述IGBT晶体管N1和所述IGBT晶体管N2，或者所述IGBT晶体管N3和所述IGBT晶体管N4，然后形成高频波。其中每两只IGBT晶体管中的一只充当二极管，例如当市电火线LIN为+，市电零线NIN为-，电路处在高频波正半周状态时，所述IGBT晶体管N1充当二极管，而当电路处在高频波负半周状态时，所述IGBT晶体管N4充当二极管。高频波经变压器变换后，再由所述二极管D1或者所述二极管D2整流出负载所用的电源HV+。
假如市电220V，输入电流为30A，IGBT晶体管的压降为3V，二极管的压降为2V，那么一只IGBT晶体管加上一只二极管的静态损耗则为150W。再考虑IGBT晶体管作为高频开关的损耗，一只IGBT晶体管和一只二极管的静态损耗将大于150W。相对于传统的大功率电子变压器而言，在任何时刻，本实用新型电路中的电流都少流经一只二极管和一只IGBT晶体管，因此，本实用新型相对于传统的大功率电子变压器而言，其损耗更低，节电效果更为明显。
优选地，所述IGBT晶体管N1的发射极与所述IGBT晶体管N2的发射极之间电连接有电容C1。
所述电容C1为高频滤波电容，其可以起到一个高频滤波的作用，能够提高电路的抗干扰能力。
优选地，所述IGBT晶体管N2的集电极与所述IGBT晶体管N3的发射极之间电连接有电容C2，所述IGBT晶体管N1的集电极与所述IGBT晶体管N4的发射极之间电连接有电容C3。
所述电容C2和电容C3为无损箝位电容，可以抑制变压器的漏感尖峰。
优选地，所述IGBT晶体管N1、IGBT晶体管N2、IGBT晶体管N3以及IGBT晶体管N4的型号为FGL60N/100，所述二极管D1以及二极管D2的型号为RHRP30120，所述电容C1的电容值为0.22μF/250V，所述电容C2以及电容C3的电容值为0.1μF/250V，所述线圈T1、线圈T2、线圈T3以及线圈T4绕制在同一个磁芯上，磁芯的型号为EE65。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高效大功率电子隔离变压器拓扑，其特征在于：包括IGBT晶体管N1、IGBT晶体管N2、IGBT晶体管N3、IGBT晶体管N4、线圈T1、线圈T2、线圈T3、线圈T4、二极管D1、二极管D2、电容C4，所述IGBT晶体管N1的集电极与所述线圈T1的非同名端T1-电连接，所述线圈T1的同名端T1+与所述IGBT晶体管N2的集电极电连接，所述IGBT晶体管N2的发射极与所述IGBT晶体管N4的集电极电连接，所述IGBT晶体管N4的发射极与所述线圈T2的非同名端T2-电连接，所述线圈T2的同名端T2+与所述IGBT晶体管N3的发射极电连接，所述IGBT晶体管N3的集电极与所述IGBT晶体管N1的发射极电连接，所述线圈T3的同名端T3+与所述二极管D1的阳极电连接，所述线圈T4的非同名端T4-与所述二极管D2的阳极电连接，所述线圈T3的非同名端T3-与所述线圈T4的同名端T4+电连接，所述二极管D1的阴极与所述二极管D2的阴极电连接，所述二极管D1的阴极与所述线圈T3的非同名端T3-通过所述电容C4电连接。
2.根据权利要求1所述的一种高效大功率电子隔离变压器拓扑，其特征在于：所述IGBT晶体管N1的发射极与所述IGBT晶体管N2的发射极之间电连接有电容C1。
3.根据权利要求2所述的一种高效大功率电子隔离变压器拓扑，其特征在于：所述IGBT晶体管N2的集电极与所述IGBT晶体管N3的发射极之间电连接有电容C2，所述IGBT晶体管N1的集电极与所述IGBT晶体管N4的发射极之间电连接有电容C3。
4.根据权利要求3所述的一种高效大功率电子隔离变压器拓扑，其特征在于：所述IGBT晶体管N1、IGBT晶体管N2、IGBT晶体管N3以及IGBT晶体管N4的型号为FGL60N/100。
5.根据权利要求4所述的一种高效大功率电子隔离变压器拓扑，其特征在于：所述二极管D1以及二极管D2的型号为RHRP30120。
6.根据权利要求5所述的一种高效大功率电子隔离变压器拓扑，其特征在于：所述电容C1的电容值为0.22μF/250V。
7.根据权利要求6所述的一种高效大功率电子隔离变压器拓扑，其特征在于：所述电容C2以及电容C3的电容值为0.1μF/250V。
8.根据权利要求7所述的一种高效大功率电子隔离变压器拓扑，其特征在于：所述线圈T1、线圈T2、线圈T3以及线圈T4绕制在同一个磁芯上，磁芯的型号为EE65。
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| CN110022074A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-16 | 佛山市格林博尔电子有限公司 | 一种高效大功率电子隔离变压器拓扑 |
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| CN110022074B (zh) * | 2019-04-25 | 2024-01-05 | 佛山市格林博尔电子有限公司 | 一种高效大功率电子隔离变压器拓扑 |
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