一种带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器，包括逆变电路、谐振网络、变压器、整流滤波网络，还增加两个辅助支路，每个辅助支路分别由辅助变压器、辅助开关管和电容构成，两个辅助变压器原边串接在两个滞后桥臂的发射极，两个辅助变压器副边并联开关管和电容；控制两个辅助开关管的关断导通，配合四个主开关管之间的换流。本发明专利技术通过在传统的电流源型PWM变换器的滞后桥臂上分别添加两个辅助支路，配合适当的驱动脉冲的情况下，有效解决传统电流源型全桥PWM变换器中主要存在的两大问题，即滞后桥臂的换流和占空比丢失问题，提高了变换器的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器
本专利技术涉及电学领域，尤其涉及降低功率器件开关损耗的技术，特别是一种带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器。
技术介绍
全桥的PWM（PulseWidthModulation）变换器已经被普遍运用于大功率DC-DC（直流-直流）功率转换中。然而其寿命和效率是我们着重需要关注的两大方面。电压源型的移相全桥变换器工作在ZVS（ZeroVoltageSwitching）状态下是如今应用最为广泛的电路拓扑之一，其优点在于结构简单，并且有很好的工作性能，然而在其电路拓扑中，直流侧并接大容量电解电容，使得直流侧电压基本无脉动，且该电容还起到了缓冲无功能量的作用，但由于电解电容的工作寿命通常约为一万个小时，远低于变换器期望的工作寿命，因而成为制约变换器寿命进一步提高的瓶颈。然而在电流源型全桥PWM变换器的电路拓扑中，不同于电压源型，其直流侧串联大电感，使得直流侧电流基本无脉动，且该大电感也起到了缓冲无功能量的作用，由于规避了电解电容的使用，从而延长了变换器的工作寿命；另一方面，为了极大限度的提高变换器的功率密度，减小功率损耗和提高开关频率是两个主要的设计方向。然而增加开关频率必然会增大器件的开关损耗，因此我们需要通过软开关的方式来减小器件的开关损耗。电压源型的移相全桥变换器工作在ZVS状态下是如今应用最为广泛的软开关拓扑之一，然而ZVS更适用于如MOSFET（Metal-Oxide-SemiconductorFET）一类的开关器件。而在高压大功率的场合，IGBT（Insulated-GateBipolarTransistor）因其载流能力强、导通损耗低而取得广泛的应用，但由于其关断时存在的拖尾电流，则会造成其在关断时存在较高的关断损耗。因此在高压大功率的场合下，电流源型的全桥PWM变换器工作在ZCS（ZeroCurrentSwitching）状态下比电压源型的全桥电路工作在ZVS状态下更有利于提高变换器的效率，此外电流源型全桥PWM变换器的输出端不需要接庞大的输出滤波电感，避免了整流二极管与谐振电感的高频震荡，减小了二极管电压应力高的问题，这也使得电流源型的变换器相比于电压源型更适合应用于高压大功率的场合。传统的电流源型全桥PWM变换器由于其滞后桥臂存在换流困难的问题，因此其电路中谐振电容与谐振电感的选取则要满足电路换流的需要，由此引起的占空比丢失，导通损耗过大，电流电压应力过大等问题也使得传统的电流源型全桥PWM变换器的效率受到严重影响；此外由于开关管换流模式的限制，使得传统的电流源型全桥PWM变换器对于输入电流的控制十分有限，这也使得其在实际应用中产生诸多问题。四川大学的QianSun提出了一种由输入电流大小决定的谐振电容能量可控的电流源型全桥PWM变换器，如图1所示，该变换器在传统电流源型变换器电路拓扑基础上在变压器原边串入辅助网络100，该辅助网络由两个辅助开关管S1、S2和谐振电容Cr并联构成，该电路拓扑的特点是在不同电流输入的情况下谐振电容中的能量也不同，使得电路回路中的谐振能量根据工作情况的不同而不同，一方面实现了主开关管的ZCS，一方面降低了因谐振能量过大而引起的过高的器件导通损耗，此外还使变换器ZCS实现的工作范围得以扩大。但是由于其谐振电容的充放电过程使得该电路拓扑仍然存在明显的占空比丢失问题，使得变换器的效率无法得到进一步的提高。
技术实现思路
本专利技术是针对传统的电流源型全桥PWM变换器存在的问题，提出了一种带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器，有效解决传统电流源型全桥PWM变换器中主要存在的滞后桥臂的换流和占空比丢失问题，提高变换器的工作效率。本专利技术的技术方案为：一种带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器，包括逆变电路、谐振网络、变压器、整流滤波网络，逆变电路采用由电源Vin、输入电感Lin和四个主开关管Q1、Q2、Q3、Q4构成的电流源型全桥逆变电路结构，其中主开关管Q1和Q3构成超前桥臂，主开关管Q2和Q4构成滞后桥臂，还包括两个辅助支路，第一辅助支路由辅助变压器T1、辅助开关管S1和电容C1构成，辅助变压器T1原边串接在滞后桥臂Q2的发射极，辅助变压器T1副边并联开关管S1和电容C1；第二辅助支路由辅助变压器T2、辅助开关管S2和电容C2构成，辅助变压器T2原边串接在滞后桥臂Q4的发射极，辅助变压器T2副边并联开关管S2和电容C2；控制开关管S1和S2的关断导通，配合四个主开关管Q1、Q2、Q3、Q4之间的换流。所述辅助支路中电容C1和C2均为薄膜电容，辅助开关管S1和S2均为绝缘栅双极晶体管IGBT，辅助开关管S1在主开关管Q2开通前开通，辅助开关管S2在主开关管Q4开通前开通。所述谐振网络由谐振电感、谐振电容、电容C1和电容C2构成；谐振电感包括外接谐振电感Lr和变压器T自身漏感；谐振电容除外接的谐振电容Cr外，还包括输出整流二极管D1、D2、D3、D4自身的结电容和变压器T自身绕组间的分布电容；电容Cr、C1和C2均为薄膜电容。所述整流滤波网络为由4个二极管D1、D2、D3、D4和1个输出电容C构成的全桥整流滤波结构。本专利技术的有益效果在于：本专利技术基带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器，通过在传统的电流源型PWM变换器的滞后桥臂上分别添加两个辅助支路，配合适当的驱动脉冲的情况下，有效解决传统电流源型全桥PWM变换器中主要存在的两大问题，即滞后桥臂的换流和占空比丢失问题，提高了变换器的工作效率。附图说明图1为基于电流源型全桥PWM变换器的谐振能量可变的软开关电路图；图2为本专利技术带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器电路图；图3至7为本专利技术带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器各时段工作过程图；图8为本专利技术实施方式的电路工作波形图。具体实施方式本专利技术实施例通过在传统的电流源型全桥PWM变换器的电路拓扑上，给滞后桥臂分别添加辅助支路200,201，从而有利于滞后桥臂的换流完成，有利于降低原有的占空比丢失，从而提高变换器的工作效率；同时，本电路拓扑结构和工作过程简单，易于实现。如图2所示本专利技术带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器电路，包括逆变电路、谐振网络、辅助支路、变压器和整流滤波网络。逆变电路采用由电源Vin、输入电感Lin和四个主开关管Q1、Q2、Q3、Q4构成的电流源型全桥逆变电路结构，开关管Q1、Q2、Q3、Q4均为绝缘栅双极晶体管IGBT，Q1和Q3构成超前桥臂，Q2和Q4构成滞后桥臂，固定频率的四路控制信号驱动开关管导通，超前桥臂Q1和Q3的驱动脉冲互补，滞后桥臂Q2和Q3的驱动脉冲互补，滞后桥臂的驱动脉冲滞后超前桥臂的驱动脉冲一定时间，且驱动脉冲占空比均大于百分之五十，从而完成电流源型全桥逆变电路的工作情况；所述谐振网络由谐振电感、谐振电容、电容C1和电容C2构成；谐振电感包括外接谐振电感Lr和变压器T自身漏感；谐振电容除外接的谐振电容Cr外，还包括输出整流二极管D1、D2、D3、D4自身的结电容和变压器T自身绕组间的分布电容；辅助支路包括辅助支路200和辅助支路201，其中辅助支路200由变压器T1，辅助开关管S1和电容C1构成，变压器T1原边串接在滞后桥臂Q2的发射极，变压器T1副边并联开关管S1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器，包括逆变电路、谐振网络、变压器、整流滤波网络，逆变电路采用由电源Vin、输入电感Lin和四个主开关管Q1、Q2、Q3、Q4构成的电流源型全桥逆变电路结构，其中主开关管Q1和Q3构成超前桥臂，主开关管Q2和Q4构成滞后桥臂，其特征在于，还包括两个辅助支路，第一辅助支路由辅助变压器T1、辅助开关管S1和电容C1构成，辅助变压器T1原边串接在滞后桥臂Q2的发射极，辅助变压器T1副边并联开关管S1和电容C1；第二辅助支路由辅助变压器T2、辅助开关管S2和电容C2构成，辅助变压器T2原边串接在滞后桥臂Q4的发射极，辅助变压器T2副边并联开关管S2和电容C2；控制开关管S1和S2的关断导通，配合四个主开关管Q1、Q2、Q3、Q4之间的换流。

【技术特征摘要】
1.一种带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器，包括逆变电路、谐振网络、变压器、整流滤波网络，逆变电路采用由电源Vin、输入电感Lin和四个主开关管Q1、Q2、Q3、Q4构成的电流源型全桥逆变电路结构，其中主开关管Q1和Q3构成超前桥臂，主开关管Q2和Q4构成滞后桥臂，其特征在于，还包括两个辅助支路，第一辅助支路由辅助变压器T1、辅助开关管S1和电容C1构成，辅助变压器T1原边串接在滞后桥臂Q2的发射极，辅助变压器T1副边并联开关管S1和电容C1；第二辅助支路由辅助变压器T2、辅助开关管S2和电容C2构成，辅助变压器T2原边串接在滞后桥臂Q4的发射极，辅助变压器T2副边并联开关管S2和电容C2；控制开关管S1和S2的关断导通，配合四个主开关管Q1、Q2、Q3、Q4之间的换流。2.根据权利要求1所述的一种带辅助换流...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑峰，罗紫元，励书杰，龙民敬，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，上海佑锐特控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61