耦合電感實現正反激隔離式升壓型變換器及應用制造技術

本發明專利技術公開了一種耦合電感實現正反激隔離式升壓型變換器，包括兩個功率開關管，兩個輔助開關管，四個反向并聯二極管，開關管并聯電容，兩個箝位電容，兩個開關電容，兩個輸出二極管和兩個分別帶有兩個繞組的耦合電感，本發明專利技術利用兩個耦合電感的漏感和開關管的并聯電容的諧振實現功率開關管的零電壓開通，利用開關管的反向并聯二極管和箝位電容組成的箝位電路吸收漏感造成的開關管關斷電壓尖峰和實現能量的無損轉移，利用兩個耦合電感的第二繞組串聯實現變換器的高增益輸出，利用開關電容進一步提高變換器的增益和降低輸出二極管的電壓應力，利用耦合電感的漏感實現輸出二極管的零電流關斷。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種直流-直流變換器及應用，具體說是耦合電感實現正反激隔離式有源箝位交錯并聯升壓變換器及應用。
技術介紹
近年來，能源的短缺和環境的污染已經成為世界的焦點，可再生能源的發展和應 用受到世界各國的廣泛關注。在可再生能源發電系統中，許多可再生能源發出的電能都是 電壓較低的直流電，而向電網送電需要電壓較高的直流電，因此需要直流-直流變換器把 低電壓直流電轉換為適合并網的高電壓直流電，與此同時，出于對人身安全方面考慮，許多 應用場合都有電氣隔離的要求。所以低輸入紋波、高增益、高效率的隔離型變換器在可再生 能源并網發電領域里有著重要的作用。 常規的反激(flyback)直流一直流變換器結構簡單，應用廣泛，但該變換器的功 率開關工作于硬開關狀態，開關損耗較大，功率開關管的電壓應力較大，輸入電流紋波大， 輸出二極管的反向恢復問題嚴重，且在高增益的應用場合下，高變比變壓器的漏感較大，進 一步降低了效率。常規的反激交錯并聯直流-直流變換器只在一定程度上減小了輸入電 流的紋波，但是其它問題仍然存在。近年來相繼出現了一些高增益隔離型直流_直流變換 器，其中一種變換器在電流型半橋拓撲的基礎上，增加有源箝位電路實現功率開關管的軟 開關，但是該拓撲磁性元件數量較多，影響了變換器的功率密度；另一種變換器采用三繞組 耦合電感拓展了變換器的增益，并解決了輸出二極管的反向恢復問題，但是該拓撲中三繞 組耦合電感結構較為復雜。 中國專利技術專利200310106349. 5中公開了一種涉及正反激雙向DC-DC變換器，由變 壓器次、初級繞組(Nd與Np》相互耦合構成正激變壓器( );由另一變壓器次、初級繞組(Ns2 與Np2)相互耦合構成反激變壓器(T2)，兩個次級繞組(Nsl與Ns2)各自串聯開關管&與S2) 后同時并聯于輸入直流電源。兩個初級繞組(N^與Np》串聯后通過整流/逆變電路和直流 電源(V2)并聯。利用有源箝位、RCD箝位、LCD箝位、ZVT復位等技術可組成一族雙向變換 器拓撲。 但是，該技術仍有以下不足 1、兩個變壓器處理的功率等級不同，導致變壓器的損耗分配不均，功率開關管的 電壓和電流應力不對稱，增加了熱管理的難度，影響了變換器的壽命； 2、在該方案中，正激變壓器不需要氣隙，反激變壓器需要增加較大氣隙，增加了磁 性元件的設計復雜度，不利于工業化大規模生產； 3、該方案中，正激變壓器只在其對應開關管導通時向副邊傳遞能量，而反激變壓 器只在其對應開關管關斷時向副邊傳遞能量，導致變壓器的利用率不高，增加了變壓器的 體積，降低了系統功率密度； 4、由于正激變壓器和反激變壓器的不對稱性，難以實現電路的交錯并聯工作，影 響了系統功率等級的提高。
技術實現思路
本專利技術提供一種輸出電壓增益高，輸入電流紋波小，結構簡單且無能量損耗的耦合電感實現正反激隔離式有源箝位交錯并聯升壓型變換器。 —種耦合電感實現正反激隔離式升壓型變換器，包括原邊電路和副邊電路兩部分， 其中的原邊電路包括 a)與電源并聯的第一支路，由第一原邊繞組與帶反并二極管的第一功率開關管串聯構成； b)與電源并聯的第二支路，由第二原邊繞組與帶反并二極管的第二功率開關管串聯構成； c)第一有源箝位電路，并聯在第一原邊繞組兩端或并聯在第一功率開關管的源極、漏極上，所述的第一有源箝位電路由帶反并二極管的第一輔助開關管和第一箝位電容串聯構成； d)第二有源箝位電路，并聯在第二原邊繞組兩端或并聯在第二功率開關管的源極、漏極上，所述的第二有源箝位電路由帶反并二極管的第二輔助開關管和第二箝位電容串聯構成； e)與第一功率開關管并聯的第一并聯電容和/或與第一輔助開關管并聯的第三并聯電容； f)與第二功率開關管并聯的第二并聯電容和/或與第二輔助開關管并聯的第四并聯電容； e)及f)部分中所述的并聯電容可以是與其并聯的開關管的寄生電容，也可以是獨立的電容。在第一支路或第二支路中，每個支路至少設置一個并聯電容，第一并聯電容與第一功率開關管并聯時是并聯在第一功率開關管的源極、漏極上，其他并聯電容與也是相同的接法，即并聯在與之相應的功率開關管或輔助開關管的源極、漏極上。 所述的副邊電路包括 g)耦合電感串聯支路； h)與耦合電感串聯支路相連的整流電路。 其中耦合電感串聯支路由第一副邊繞組和第二副邊繞組串聯構成，其中第一副邊繞組與所述的第一原邊繞組同為一個耦合電感中的兩個繞組，其中第二副邊繞組與所述的第二原邊繞組同為另一個耦合電感中的兩個繞組。 以第一原邊繞組和第二原邊繞組中均與電源同一極相連的那一端為參照端，將第一副邊繞組中與第一原邊繞組的參照端所對應的同名端作為第二端，將第二副邊繞組中與第二原邊繞組的參照端所對應的同名端作為第一端，第一副邊繞組的第二端與第二副邊繞組的第一端相連，實現第一副邊繞組與第二副邊繞組串聯。 由于所述的第一支路中第一原邊繞組與第一功率開關管串聯，兩者位置可以互換，在選取參照端時，所述的第一原邊繞組與電源的某一極(正極或負極)相連，既可以是通過導線直接相連，也可以是通過第一支路中的第一功率開關管間接相連。同理，所述的第二原邊繞組與電源的某一極(正極或負極)相連，既可以是通過導線直接相連，也可以是通過第二支路中的第二開關管間接相連。 所述的整流電路為全橋整流電路、半波倍壓整流電路或全波倍壓整流電路。 所述的半波倍壓整流電路，包括用于與第一副邊繞組及第二副邊繞組構成第一串聯支路的倍壓電容；與第一串聯支路并聯的第二輸出二極管；與第一串聯支路并聯的由第一輸出二極管和輸出電容構成的第二串聯支路；其中所述的第一輸出二極管的陽極與第二輸出二極管的陰極相連。 所述的第一串聯支路中，第一副邊繞組、第二副邊繞組和倍壓電容位置關系可互換；所述的第二串聯支路中第一輸出二極管和輸出電容位置關系可以互換；所述的第一輸出二極管的陽極與第二輸出二極管的陰極相連，可以是通導線直接相連，也可以是通過輸出電容間接相連。 例如，所述的半波倍壓整流電路，具體可采用如下結構倍壓電容的第一端與耦合電感串聯支路的第一端相連，倍壓電容的第二端與與第一輸出二極管的陽極及第二輸出二極管的陰極相連，耦合電感串聯支路的第二端與第二輸出二極管的陽極及輸出電容的第一端相連，第一輸出二極管的陰極與輸出電容的第二端相連。 所述的耦合電感串聯支路的第一端既可是第一副邊繞組的第一端也可是第二副邊繞組的第二端。所述的耦合電感串聯支路的第二端既可是第二副邊繞組的第二端也可是第一副邊繞組的第一端。 所述的全波倍壓整流電路，耦合電感串聯支路的第一端與第一輸出二極管的陽極及第二輸出二極管的陰極相連，耦合電感串聯支路的第二端與第一倍壓電容的第一端及第二倍壓電容的第一端相連，第一輸出二極管的陰極與第一倍壓電容的第二端相連，第二輸出二極管的陽極與第二倍壓電容的第二端相連，第一倍壓電容與第二倍壓電容串聯共同構成輸出電容 所述的全橋整流電路，耦合電感串聯支路的第一端與第一輸出二極管的陽極及第二輸出二極管的陰極相連，耦合電感串聯支路的第二端與第三輸出二極管的陽極及第四輸出二極管的陰極相連，第一輸出二極管的陰極與第三輸出二極管的陰極及輸出電容的一端相連，第二輸出二極管的陽極與第四輸出二極管的陽極及輸出電容的第二端相連。 所述的帶反并二極管的第一功本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種耦合電感實現正反激隔離式升壓型變換器，包括原邊電路和副邊電路，其特征在于，所述的原邊電路包括：ａ）與電源并聯的第一支路，由第一原邊繞組（Ｌ↓［１ａ］）與帶反并二極管（Ｄ↓［１］）的第一功率開關管（Ｓ↓［１］）串聯構成；ｂ）與電源并聯的第二支路，由第二原邊繞組（Ｌ↓［２ａ］）與帶反并二極管（Ｄ↓［２］）的第二功率開關管（Ｓ↓［２］）串聯構成；ｃ）第一有源箝位電路，并聯在第一原邊繞組（Ｌ↓［１ａ］）兩端或并聯在第一功率開關管（Ｓ↓［１］）的源極、漏極上，所述的第一有源箝位電路由帶反并二極管（Ｄ↓［ｃ１］）的第一輔助開關管（Ｓ↓［ｃ１］）和第一箝位電容（Ｃ↓［ｃ１］）串聯構成；ｄ）第二有源箝位電路，并聯在第二原邊繞組（Ｌ↓［２ａ］）兩端或并聯在第二功率開關管（Ｓ↓［２］）的源極、漏極上，所述的第二有源箝位電路由帶反并二極管（Ｄ↓［ｃ２］）的第二輔助開關管（Ｓ↓［ｃ２］）和第二箝位電容（Ｃ↓［ｃ２］）串聯構成；ｅ）與第一功率開關管（Ｓ↓［１］）并聯的第一并聯電容和／或與第一輔助開關管（Ｓ↓［ｃ１］）并聯的第二并聯電容；ｆ）與第二功率開關管（Ｓ↓［２］）并聯的第三并聯電容和／或與第二輔助開關管（Ｓ↓［ｃ２］）并聯的第四并聯電容；所述的副邊電路包括：ｇ）耦合電感串聯支路，由第一副邊繞組（Ｌ↓［１ｂ］）和第二副邊繞組（Ｌ↓［２ｂ］）串聯構成，其中第一副邊繞組（Ｌ↓［１ｂ］）與所述的第一原邊繞組（Ｌ↓［１ａ］）同為一個耦合電感中的兩個繞組，其中第二副邊繞組（Ｌ↓［２ｂ］）與所述的第二原邊繞組（Ｌ↓［２ａ］）同為另一個耦合電感中的兩個繞組；以第一原邊繞組（Ｌ↓［１ａ］）和第二原邊繞組（Ｌ↓［２ａ］）中均與電源（Ｖ↓［ｉｎ］）同一極相連的那一端為參照端，第一副邊繞組（Ｌ↓［１ｂ］）和第二副邊繞組（Ｌ↓［２ｂ］）中分別與第一原邊繞組（Ｌ↓［１ａ］）和第二原邊繞組（Ｌ↓［２ａ］）中的參照端的同名端相連；ｈ）與所述的耦合電感串聯支路相連的整流電路。...

【技術特征摘要】
一種耦合電感實現正反激隔離式升壓型變換器，包括原邊電路和副邊電路，其特征在于，所述的原邊電路包括a)與電源并聯的第一支路，由第一原邊繞組(L1a)與帶反并二極管(D1)的第一功率開關管(S1)串聯構成；b)與電源并聯的第二支路，由第二原邊繞組(L2a)與帶反并二極管(D2)的第二功率開關管(S2)串聯構成；c)第一有源箝位電路，并聯在第一原邊繞組(L1a)兩端或并聯在第一功率開關管(S1)的源極、漏極上，所述的第一有源箝位電路由帶反并二極管(Dc1)的第一輔助開關管(Sc1)和第一箝位電容(Cc1)串聯構成；d)第二有源箝位電路，并聯在第二原邊繞組(L2a)兩端或并聯在第二功率開關管(S2)的源極、漏極上，所述的第二有源箝位電路由帶反并二極管(Dc2)的第二輔助開關管(Sc2)和第二箝位電容(Cc2)串聯構成；e)與第一功率開關管(S1)并聯的第一并聯電容和/或與第一輔助開關管(Sc1)并聯的第二并聯電容；f)與第二功率開關管(S2)并聯的第三并聯電容和/或與第二輔助開關管(Sc2)并聯的第四并聯電容；所述的副邊電路包括g)耦合電感串聯支路，由第一副邊繞組(L1b)和第二副邊繞組(L2b)串聯構成，其中第一副邊繞組(L1b)與所述的第一原邊繞組(L1a)同為一個耦合電感中的兩個繞組，其中第二副邊繞組(L2b)與所述的第二原邊繞組(L2a)同為另一個耦合電感中的兩個繞組；以第一原邊繞組(L1a)和第二原邊繞組(L2a)中均與電源(Vin)同一極相連的那一端為參照端，第一副邊繞組(L1b)和第二副邊繞組(L2b)中分別與第一原邊繞組(L1a)和第二原邊繞組(L2a)中的參照端的同名端相連；h)與所述的耦合電感串聯支路相連的整流電路。2. 如權利要求1所述的耦合電感實現正反激隔離式升壓型變換器，其特征在于，所述的整流電路為全橋整流電路、半波倍壓整流電路或全波倍壓整流電路。3. 如權利要求2所述的耦合電感實現正反激隔離式升壓型變換器，其特征在于，所述的半波倍壓整流電路，包括用于與第一副邊繞組(Llb)和第二副邊繞組(L2b)構成第一串聯支路的倍壓電容(Cs);與第一串聯支路并聯的第二輸出二極管(D。2);與第一串聯支路并聯的由第一輸出二極管(D?！泛洼敵鲭娙?C。)構成的第二串聯支路，其中所述的第一輸出二極管(D。》的陽極與第二輸出二極管(D。2)的陰極相連。4. 如權利要求2所述的耦合電感實現正反激隔離式升壓型變換器，其特征在于，所述的全波倍壓整流電路中，耦合電感串聯支路的第一端與第一輸出二極管(D?！返年枠O及第二輸出二極管(D。2)的陰極相連，耦合電感串聯支路的第二端與第一倍壓電容(Csl)的第一端及第二倍壓電容(Cs2)的第一端相連，第一輸出二極管(D?！返年帢O與第一倍壓電容(Csl)的第二端相連，第二輸出二極管(D。2)的陽極與第二倍壓電容(Cs2)的第二端相連，第一倍壓電容(Csl)與第二倍壓電容(Cs2)串聯共同構成輸出電容。5. 如權利要求2所述的耦合電感實現正反激隔離式升壓型變換器，其特征在于，所述的全橋整流電路中，耦合電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何湘寧，趙一，李武華，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：86[中國|杭州]