一种负载范围扩展的软开关双向相移变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种负载范围扩展的软开关双向相移变换器，其包括逆变桥、整流桥、连接于该逆变桥的输出侧与该整流桥的输入侧之间的变压器以及表示该变压器原边漏感的等效电感，该逆变桥的输入侧具有直流输入电压，该整流桥的输出侧连接有输出负载。本发明专利技术的相移变换器可以适用于轻载情况，又不影响重载情况的运行，因此扩大了本充电器的可用负载范围；本发明专利技术在优化控制与拓扑的条件下，可以实现相移变换器的线性控制输出，更有利于对充电器输出特性的控制。

A soft switching bidirectional phase shift converter with extended load range

The invention discloses a soft switching load range expansion phase shift bidirectional converter, comprising a transformer between the input side of the output side of the inverter bridge rectifier, is connected to the inverter and the rectifier bridge and equivalent inductance of the transformer leakage inductance, the input side of the inverter with DC the input voltage, the output side of the rectifier bridge is connected with the output load. Phase shift converter can be applied to the light load of the invention, and does not affect the overload operation, thus expanding the range of available load of the charger; the invention in optimal control and topology conditions, can realize linear control output phase shift converter, more conducive to the control of the charger output characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种负载范围扩展的软开关双向相移变换器
本专利技术有关一种基于零电压开关与零电流开关技术的相移变换器，特别是指一种用于多场合下电动汽车快速充电的系统，能实现输出线性控制以及更大输出负载范围的软开关双向相移变换器。
技术介绍
目前，电动汽车行业正在迅速发展并具有广阔前景，而相应的快速充电技术则不可或缺，研发高性能的快速汽车充电桩至关重要。在各种类型的直流-直流变换器中，相移变换器具有损耗小、功率密度大、频率固定、易于控制等优点，因此常被用作电动汽车充电器的基本拓扑结构。然而由于相移变换器拓扑本身的局限性，在轻载情况下其输出效率较低，甚至影响变换器稳定性，而且并不能具备线性输出控制能力。中国专利CN104333229A公布了一种移相全桥开关变换器，针对现有技术存在的缺陷提供一种能够提高功率半导体开关器件可靠性的移相全桥开关变换器，超前桥臂及其隔离驱动电路与高频变压器之间增设谐振变压器电路及谐振变压器控制器，在输出滤波电路输出地端与相移控制电路之间增设输出电流采样电路。然而包括上述专利技术在内，目前社会与学术界关于相移变换器的研究中，并没有解决轻载情况相移变换器效率变低的问题，而且无法实现输出线性控制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种能实现输出线性控制以及更大输出负载范围的软开关双向相移变换器，可改变个开关管控制方式，使此相移变换器既适用于轻载情况，又不影响重载情况的运行。为达到上述目的，本专利技术公开了一种负载范围扩展的软开关双向相移变换器，其包括逆变桥、整流桥、连接于该逆变桥的输出侧与该整流桥的输入侧之间的变压器以及表示该变压器原边漏感的等效电感，该逆变桥的输入侧具有直流输入电压，该整流桥的输出侧连接有输出负载。所述逆变桥包括实现零电流开关的超前桥臂以及实现零电压开关的滞后桥臂。该超前桥臂包括相互并联的逆变侧MOSFET开关管Q1和与该逆变侧MOSFET开关管Q1分别对应的反并联二极管D1与杂散电容C1，以及相互并联的逆变侧MOSFET开关管Q2和与该逆变侧MOSFET开关管Q2分别对应的反并联二极管D2与杂散电容C2；该滞后桥臂包括相互并联的逆变侧MOSFET开关管Q3和与该逆变侧MOSFET开关管Q3分别对应的反并联二极管D3与杂散电容C3，以及相互并联的逆变侧MOSFET开关管Q4和与该逆变侧MOSFET开关管Q4分别对应的反并联二极管D4与杂散电容C4。所述逆变侧MOSFET开关管Q1的漏极连接反并联二极管D1的阳极及杂散电容C1的一端，逆变侧MOSFET开关管Q1的源极连接反并联二极管D1的阴极及杂散电容C1的另一端；该逆变侧MOSFET开关管Q2的漏极连接反并联二极管D2的阳极及杂散电容C2的一端，逆变侧MOSFET开关管Q2的源极连接反并联二极管D2的阴极及杂散电容C2的另一端；所述逆变侧MOSFET开关管Q1的漏极连接逆变侧MOSFET开关管Q2的源极；所述逆变侧MOSFET开关管Q3的漏极连接反并联二极管D3的阳极及杂散电容C3的一端，逆变侧MOSFET开关管Q3的源极连接反并联二极管D3的阴极及杂散电容C3的另一端；该逆变侧MOSFET开关管Q4的漏极连接反并联二极管D4的阳极及杂散电容C4的一端，逆变侧MOSFET开关管Q4的源极连接反并联二极管D4的阴极及杂散电容C4的另一端；逆变侧MOSFET开关管Q3的漏极连接逆变侧MOSFET开关管Q4的源极。所述直流输入电压的正极连接逆变侧MOSFET开关管Q1与Q3的源极；所述直流输入电压的负极连接逆变侧MOSFET开关管Q2与Q4的漏极。所述逆变桥还包括位于逆变桥输入侧并与所述直流输入电压并联的输入滤波电容，该直流输入电压的正极与该输入滤波电容的正极相连，该直流输入电压的负极与该输入滤波电容的负极相连。所述整流桥包括相互并联的整流侧MOSFET开关管M1和与该整流侧MOSFET开关管M1分别对应的反并联二极管Dm1与杂散电容Cm1、相互并联的整流侧MOSFET开关管M2和与该整流侧MOSFET开关管M2分别对应的反并联二极管Dm2与杂散电容Cm2、相互并联的整流侧MOSFET开关管M3和与该整流侧MOSFET开关管M3分别对应的反并联二极管Dm3与杂散电容Cm3、以及相互并联的整流侧MOSFET开关管M4和与该整流侧MOSFET开关管M4分别对应的反并联二极管Dm4与杂散电容Cm4。所述等效电感一端与超前桥臂的逆变侧MOSFET开关管Q1漏极相连，另一端与变压器的原边的一端连接，变压器原边的另一端与滞后桥臂的逆变侧MOSFET开关管Q3的漏极相连；变压器与原边等效电感相连一端的副边同名端与整流侧MOSFET开关管M1的漏极相连，并连接整流侧MOSFET开关管M2的源极、反并联二极管Dm1的阳极、反并联二极管Dm2的阴极、杂散电容Cm1、Cm2的一端；变压器与原边等效电感不相连一端的副边同名端与整流侧MOSFET开关管M3的漏极相连，并连接整流侧MOSFET开关管M4的源极、反并联二极管Dm3的阳极、反并联二极管Dm4的阴极、杂散电容Cm3、Cm4的一端；反并联二极管Dm1的阴极与反并联二极管Dm3的阴极相连，并连接输出负载的正极、杂散电容Cm1、Cm3的另一端；反并联二极管Dm2的阳极与反并联二极管Dm4的阳极相连，并连接输出负载的负极、杂散电容Cm2、Cm4的另一端。所述整流桥还包括位于输出侧的输出滤波电容，所述反并联二极管Dm1的阴极与反并联二极管Dm3的阴极连接该输出滤波电容的正极，该输出滤波电容的正极连接所述输出负载的正极，所述反并联二极管Dm2的阳极与反并联二极管Dm4的阳极连接该输出滤波电容的负极，该输出滤波电容的负极连接所述输出负载的负极。本专利技术的基于零电压开关与零电流开关的应用于电动汽车快速充点的相移变换器系统，在经典拓扑基础上加以优化，并改变各开关管控制方式，使此相移变换器可以适用于轻载情况，又不影响重载情况的运行，因此扩大了本充电器的可用负载范围。本专利技术在优化控制与拓扑的条件下，可以实现相移变换器的线性控制输出，更有利于对充电器输出特性的控制。附图说明图1为本专利技术基于零电压零电流开关技术的相移变换器的拓扑结构图；图2为本专利技术电路中各个开关管的控制时序示意图；图3为本专利技术功率传输阶段的等效电路图；图4为本专利技术改进后相移变换器的直流特性示意图；图5为本专利技术改进后输出线性电压控制与传统输出非线性电压控制的比较示意图；图6为本专利技术边际零电流开关下的最大负载电流示意图；图7为本专利技术续流阶段的等效电路图；图8为本专利技术扩大了输出负载范围的示意图；图9为本专利技术功率转换效率比较示意图。具体实施方式为便于对本专利技术的结构及实现的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施例详细说明如下。图1为本专利技术基于零电压电流开关技术的相移变换器的拓扑结构示意图，为电动汽车充电器的核心部件。如图1所示，本专利技术的拓扑结构基于传统的直流-直流相移变换器，而在输出二极管整流桥一侧改为使用具有反向二极管的开关管来控制。本专利技术的双向相移变换器包括逆变桥与整流桥，该逆变桥的输出侧与该整流桥的输入侧之间连接有变压器T，表示变压器T原边漏感的等效电感Llk(图中未示出)，该变压器T的变比为N1：N2，该逆变桥的输入侧具有直流输入电压Vin，该整流桥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载范围扩展的软开关双向相移变换器，其特征在于，其包括逆变桥、整流桥、连接于该逆变桥的输出侧与该整流桥的输入侧之间的变压器以及表示该变压器原边漏感的等效电感，该逆变桥的输入侧具有直流输入电压，该整流桥的输出侧连接有输出负载。

【技术特征摘要】
1.一种负载范围扩展的软开关双向相移变换器，其特征在于，其包括逆变桥、整流桥、连接于该逆变桥的输出侧与该整流桥的输入侧之间的变压器以及表示该变压器原边漏感的等效电感，该逆变桥的输入侧具有直流输入电压，该整流桥的输出侧连接有输出负载。2.如权利要求1所述的负载范围扩展的软开关双向相移变换器，其特征在于，所述逆变桥包括实现零电流开关的超前桥臂以及实现零电压开关的滞后桥臂。3.如权利要求2所述的负载范围扩展的软开关双向相移变换器，其特征在于，该超前桥臂包括相互并联的逆变侧MOSFET开关管Q1和与该逆变侧MOSFET开关管Q1分别对应的反并联二极管D1与杂散电容C1，以及相互并联的逆变侧MOSFET开关管Q2和与该逆变侧MOSFET开关管Q2分别对应的反并联二极管D2与杂散电容C2；该滞后桥臂包括相互并联的逆变侧MOSFET开关管Q3和与该逆变侧MOSFET开关管Q3分别对应的反并联二极管D3与杂散电容C3，以及相互并联的逆变侧MOSFET开关管Q4和与该逆变侧MOSFET开关管Q4分别对应的反并联二极管D4与杂散电容C4。4.如权利要求3所述的负载范围扩展的软开关双向相移变换器，其特征在于，所述逆变侧MOSFET开关管Q1的漏极连接反并联二极管D1的阳极及杂散电容C1的一端，逆变侧MOSFET开关管Q1的源极连接反并联二极管D1的阴极及杂散电容C1的另一端；该逆变侧MOSFET开关管Q2的漏极连接反并联二极管D2的阳极及杂散电容C2的一端，逆变侧MOSFET开关管Q2的源极连接反并联二极管D2的阴极及杂散电容C2的另一端；所述逆变侧MOSFET开关管Q1的漏极连接逆变侧MOSFET开关管Q2的源极；所述逆变侧MOSFET开关管Q3的漏极连接反并联二极管D3的阳极及杂散电容C3的一端，逆变侧MOSFET开关管Q3的源极连接反并联二极管D3的阴极及杂散电容C3的另一端；该逆变侧MOSFET开关管Q4的漏极连接反并联二极管D4的阳极及杂散电容C4的一端，逆变侧MOSFET开关管Q4的源极连接反并联二极管D4的阴极及杂散电容C4的另一端；逆变侧MOSFET开关管Q3的漏极连接逆变侧MOSFET开关管Q4的源极。5.如权利要求4所述的负载范围扩展的软开关双向相移变换器，其特征在于，所述直流输入电压的正极连接逆变侧MOSFET开关管Q1与Q3的源极；所述直流输入电压的负极连接逆变侧MOSFET开关管Q2与Q4的漏极。6.如权利要求2所述的负载范围扩展的软开关双向相移变换器，其特征在于，所述逆变桥还包括位于逆变桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：续文政，陈汉隆，陈家荣，
申请(专利权)人：香港生产力促进局，
类型：发明
国别省市：中国香港,81