一种电流谐振型软开关推挽直流变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种电流谐振型软开关推挽直流变换器。结构由输入电压源1、输入电感2、钳位电路3、主功率管4、高频变压器5、倍压谐振电路6及滤波输出电路7组成。变压器原边第一、第二功率管S1、S2轻载下可实现零电压开通，第三辅助功率管S3在全负载范围内实现零电压开通，所有功率管两端无电压尖峰；高频变压器副边整流二极管D4与D5自然换流，全负载范围内实现零电流关断，二极管两端无电压尖峰。

A Current Resonant Soft-Switch Push-Pull DC Converter

The invention discloses a current resonant soft switching push-pull DC converter. The structure consists of input voltage source 1, input inductance 2, clamp circuit 3, main power transistor 4, high frequency transformer 5, voltage doubling resonance circuit 6 and filter output circuit 7. Zero-voltage switching can be realized in the light load of the first and second power transistors S1 and S2 on the primary side of transformer, zero-voltage switching can be realized in the full load range in the third auxiliary power transistor S3, and no voltage spike can be found at both ends of all power transistors; natural commutation between the secondary rectifier diodes D4 and D5 in the high frequency transformer, zero-current switching can be realized in the full load range, and no voltage spike can be found at both ends of the

【技术实现步骤摘要】
一种电流谐振型软开关推挽直流变换器
本专利技术涉及DC-DC变换器
，具体涉及一种电流谐振型软开关推挽直流变换器，适用于太阳能、燃料电池等新能源供电系统领域。
技术介绍
当今世界正处在由传统化石能源转向清洁新能源的大规模开发利用第三次能源革命中，各国正在大力开发新能源(太阳能、风能及燃料电池等)。鉴于光伏电池、燃料电池输出低电压(一般小于100V)，需要升压DC-DC变换器将低的输出电压抬高到200～400V并入直流母线，或经DC-AC逆变器逆变后并入电网或接于本地负载。由此可以看出，DC-DC变换器是新能源供电系统中的关键组成部分，其性能直接关系到新能源供电系统的整体技术、投入回报率及可持续发展；提高变换器的效率、可靠性、减小体积与重量、降低成本具有十分重要意义。电流型推挽变换器由于结构简单、具有电气隔离、变压器利用率高、自升压功能及输入电流纹波脉动小等优点常应用于新能源供电系统中。但是，传统的电流型推挽类变换器工作在硬开关状态、开关损耗大，功率管两端的电压应力因变压器漏感、线路寄生电感与功率管结电容的作用而远远高于两倍的输入电压。随着开关频率的提高，开关损耗及电压应力问题将更加严重，影响整个系统的性能。针对这些问题，中国专利技术专利公开号为CN104184333A公开了一种推挽变换器，在输入电压源正极与变压器原边绕组中点之间增加了一个LC网络以抑制开机瞬间产生的电压尖峰，简单有效，但是其功率管仍工作在硬开关状态，开关损耗大；中国专利技术专利公开号为CN1913309A公开了一种隔离型升压推挽式软开关DC-DC变换器，在变压器原边增加了一个谐振钳位电容和两个辅助功率管，实现了原边所有功率管的零电压开通与关断，功率管的上的电压尖峰得到了抑制，降低了开关损耗与EMI噪音，获得了较高的变换效率，但是增加两个辅助开关管的同时也增加了相对应的隔离驱动电路，结构相对复杂，制造成本较大。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在针对背景所述技术的不足，提出了一种电流谐振型软开关推挽直流变换器，主要特点为：高频变压器原边三个功率管在轻载下均可实现零电压开通，功率管的电压应力等于钳位电容电压，无电压尖峰；副边采用倍压整流方式，串联谐振电感与谐振电容谐振可使得整流二极管在宽负载范围内实现零电流关断，二极管上无电压尖峰，承受的最大电压为输出电压。本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案。本专利技术的一种电流谐振型软开关推挽直流变换器，结构包括输入直流电压源Vin、输入电感Lb、钳位电路、第一功率管S1、第二功率管S2、高频变压器Tr、谐振电感Lr，倍压谐振电路、滤波电容Co及负载Ro。所述的钳位电路包括第三功率管S3与钳位电容Cc；所述的倍压谐振电路包括谐振电感Lr，二极管D4、D5和谐振电容Cr1、Cr2；所述的高频变压器Tr包含原边第一绕组NP1、原边第二绕组NP2、副边绕组Ns及原边等效励磁电感Lm2、Lm1；所述的谐振电感Lr包括变压器的漏感；所述的第一、二、三功率管包括其反并联二极管D1、D2、D3与结电容C1、C2、C3。电路连接关系为：直流电压源Vin的正极与输入电感Lb的左端相连，输入电感Lb的右端接于第一、第二功率管S1、S2的漏极和第三功率管S3的源极，第三功率管S3的漏极与钳位电容Cc的上端相连，第一功率管S1的源极接于变压器原边绕组Np1的异名端，第二功率管S2的源极接于变压器原边绕组Np2的同名端，Np1的同名端与Np2的异名端共同与钳位电容Cc的下端和直流电压源Vin的负极相连；变压器副边绕组Ns的同名端与谐振电感Lr的左端相连，谐振电感Lr的右端与谐振电容Cr1的下端和Cr2的上端相连，变压器副边绕组Ns的异名端与整流二极管D4的阳极和D5的阴极相连，D4的阴极与谐振电容Cr1的上端共同接于滤波电容Co及负载Ro的上端，D5的阳极与谐振电容Cr2的下端共同与滤波电容Co及负载Ro的下端相连。本专利技术所述的电流谐振型软开关推挽直流变换器功率管S1～S3的PWM驱动信号为：第一功率管S1的驱动信号为占空比大于0.5的方波信号，第二功率管S2的驱动信号为在第一功率管驱动信号的基础上相移180度，第三功率管S3的驱动信号为第一功率管S1和第二功率管S2的互补信号。此外，各个驱动信号之间增加一定的死区时间。本专利技术所述的第、第二、第三功率管S1、S2、S3为功率MOSFET，第一、第二功率管轻载下可实现零电压开通，第三功率管在宽负载范围内实现零电压开通，所有功率管两端无电压尖峰。本专利技术所述的整流二极管D4与D5为自然换流，在宽负载范围内可实现零电流关断，二极管两端无电压尖峰，电压应力为输出电压。本专利技术所述的钳位电路不仅可实现对功率管S1、S2、S3两端电压进行钳位，同时也可吸收高频变压器及功率回路漏感的能量。本专利技术与原有技术相比主要的技术特点为：在传统推挽变换器的基础上，通过调整变压器原边功率管的位置，增加第三个功率管及钳位电容即可实现对所有功率管电压应力的钳位，同时回收漏感能量，减小了器件的电压应力，功率管可实现零电压开通，减小了开关损耗；另外，变压器副边的整流二极管利用谐振电感Lr与谐振电容Cr1、Cr2的谐振可实现零电流关断，输出电压钳位于二极管上，无电压尖峰；变换器结构相对简单，可实现高能效、高可靠性的电能变换。附图说明附图1为本专利技术提出的电流谐振型软开关推挽直流变换器结构示意图。附图2为本专利技术的电流谐振型软开关推挽直流变换器实施结构示意图。附图3为本专利技术的电流谐振型软开关推挽直流变换器实施电路主要波形示意图。附图4～附图8为本专利技术的电流谐振型软开关推挽直流变换器实施例的各个开关模态示意图。以上附图中的主要符号名称：Vin：输入直流电压；Lb：输入电感；S1～S3：功率管(MOSFET)；C1～C3：功率管S1～S3的结电容；D1～D3：功率管S1～S3的反并联体二极管；Cc：钳位电容；Tr：高频变压器；Lm1、Lm2：原边绕组NP1、NP2的等效励磁电感；Lr：谐振电感；D4～D5：整流二极管；Cr1～Cr2：谐振电容；Co：滤波电容；Ro：负载电阻；iLb：流过输入电感的电流；iLm1、iLm2：流过变压器原边绕组NP1、NP2的励磁电流；ILm1：励磁电流的最大值；i1～i3：流过功率管S1～S3的电流；is：流过变压器副边电流；icr1、icr2：流过谐振电容Cr1、Cr2的电流；iD4：流过整流二极管D4的电流；vD4：二极管D4承受的反向电压；Vo：输出电压；Ts：开关周期，D：占空比。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。附图1为本专利技术提出的电流谐振型软开关推挽直流变换器结构示意图。附图2、附图3分别是本专利技术的电流谐振型软开关推挽直流变换器实施结构图及其主要波形示意图。如附图2所示，其结构由输入电压源1、输入电感2、钳位电路3、主功率管4、高频变压器5、倍压谐振电路6及滤波输出电路7组成。其中，Vin为输入直流电压源，Lb为输入电感，功率管S3与钳位电容Cc组成钳位电路，S1与S2为第一、二主功率管，D1～D3和C1～C3分别为功率管S1～S3的体二极管和结电容，Tr为高频变压器，谐振电感Lr，二极管D4、D5和电容Cr1、Cr2组成倍压谐振电路，Co为滤波电容，Ro本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流谐振型软开关推挽直流变换器，其特征在于：结构包括输入直流电压源Vin、输入电感Lb、钳位电路、第一功率管S1、第二功率管S2、高频变压器Tr、谐振电感Lr，倍压谐振电路、滤波电容Co及负载Ro。所述的钳位电路包括第三功率管S3与钳位电容Cc；所述的倍压谐振电路包括谐振电感Lr，二极管D4、D5和谐振电容Cr1、Cr2；所述的高频变压器Tr包含原边第一绕组NP1、原边第二绕组NP2、副边绕组Ns及原边等效励磁电感Lm2、Lm1；所述的谐振电感Lr包括变压器的漏感；所述的第一、二、三功率管包括其反并联二极管D1、D2、D3与结电容C1、C2、C3。电路连接关系为：直流电压源Vin的正极与输入电感Lb的左端相连，输入电感Lb的右端接于第一、第二功率管S1、S2的漏极和第三功率管S3的源极，第三功率管S3的漏极与钳位电容Cc的上端相连，第一功率管S1的源极接于变压器原边绕组Np1的异名端，第二功率管S2的源极接于变压器原边绕组Np2的同名端，Np1的同名端与Np2的异名端共同与钳位电容Cc的下端和直流电压源Vin的负极相连；变压器副边绕组Ns的同名端与谐振电感Lr的左端相连，谐振电感Lr的右端与谐振电容Cr1的下端和Cr2的上端相连，变压器副边绕组Ns的异名端与整流二极管D4的阳极和D5的阴极相连，D4的阴极与谐振电容Cr1的上端共同接于滤波电容Co及负载Ro的上端，D5的阳极与谐振电容Cr2的下端共同与滤波电容Co及负载Ro的下端相连。...

【技术特征摘要】
1.一种电流谐振型软开关推挽直流变换器，其特征在于：结构包括输入直流电压源Vin、输入电感Lb、钳位电路、第一功率管S1、第二功率管S2、高频变压器Tr、谐振电感Lr，倍压谐振电路、滤波电容Co及负载Ro。所述的钳位电路包括第三功率管S3与钳位电容Cc；所述的倍压谐振电路包括谐振电感Lr，二极管D4、D5和谐振电容Cr1、Cr2；所述的高频变压器Tr包含原边第一绕组NP1、原边第二绕组NP2、副边绕组Ns及原边等效励磁电感Lm2、Lm1；所述的谐振电感Lr包括变压器的漏感；所述的第一、二、三功率管包括其反并联二极管D1、D2、D3与结电容C1、C2、C3。电路连接关系为：直流电压源Vin的正极与输入电感Lb的左端相连，输入电感Lb的右端接于第一、第二功率管S1、S2的漏极和第三功率管S3的源极，第三功率管S3的漏极与钳位电容Cc的上端相连，第一功率管S1的源极接于变压器原边绕组Np1的异名端，第二功率管S2的源极接于变压器原边绕组Np2的同名端，Np1的同名端与Np2的异名端共同与钳位电容Cc的下端和直流电压源Vin的负极相连；变压器副边绕组Ns的同名端与谐振电感Lr的左端相连，谐振电感Lr的右端与谐振电容Cr1的下端和Cr2的上端相连，变压器副边绕组N...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍群芳，王勤，徐佳林，陆文静，肖岚，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32