一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器，其具体的组成包括第一至第四开关管，第一、第二电容，第一、第二隔离变压器，第一至第四整流二极管，还包括直流电源、滤波电感，其特征在于第一变压器采用全桥整流，第二变压器采用全波整流，并将两组整流器串联连接。该变换器综合了两种整流结构的优点，具有零电压开关范围宽、整流二极管电压应力低等特点，电路结构简单、转换效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器
本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器。
技术介绍
零电压开关全桥直流变换器由于具有恒定频率固定、结构简单、转换效率高等优点，在中大功率场合得到广泛的应用。全桥直流变换器主要包逆变、隔离、整流和滤波四个部分。逆变单元主要将直流电压转变成高频的交流方波，通过隔离变压器实现输入、输出侧的电气隔离，整流单元将高频的交流方波转变成含有直流分量的高频直流方波，滤波单元将高频开关信号滤除，从而得到恒定的直流输出。常见的整流单元有全桥整流和全波整流，其中全桥整流适用于高压输出场合，全波整流适用于低压大电流。现有的零电压开关全桥直流变换器的整流电路在中等电压、电流输出场合存在一定缺点，并且常规的全桥直流变换器在实际应用中存在以下几个问题：轻载时开关管不能实现零电压开关，造成效率衰减、可靠性降低；非占空比时段，整流电压为零，原边存在环流损耗；原副边功率传递只在占空比时段进行，增加了变换器的纹波；谐振电感引起整流电压振荡和占空比丢失。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器。可拓宽开关管零电压开关范围、消除环流损耗、降低输出纹波，以提高变换器的转换效率。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器，包括第一至第四开关管、第一电容、第一、第二变压器、第一至第四整流二极管、直流电源；所述第一至第四开关管构成全桥电路，正向并联在所述直流电源正负输出端；所述第一变压器包含一个原边绕组和一个副边绕组，原边绕组的一端与所述第一、第三开关管的连接点相连，另一端与所述第一电容的一端相连，副边绕组的一端与所述第一整流二极管的阴极、所述第三整流二极管的阳极相连，另一端与所述第二整流二极管的阴极、所述第四整流二极管的阳极相连；所述第二变压器包含一个原边绕组和两个副边绕组，原边绕组的一端与所述第二、第四开关管的连接点相连，另一端与所述第一电容的一端相连，其中一个副边绕组的一端与所述第三整流二极管的阴极相连，另一副边绕组的一端与所述第四整流二极管的阴极相连，两个副边绕组的另一端直接相连，所述第一、第二整流二极管的阳极相连。进一步地，还包括第二电容与滤波电感，所述第二变压器的副边绕组的另一端直接相连并与滤波电感的一端连接，所述第一电容的另一端与所述直流电源的负端连接，所述滤波电感的另一端与所述第二电容的一端连接，连接点为输出电压的正端，所述第二电容的另一端与所述第一、第二整流二极管的阳极相连，作为输出电压的负端。实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：采用双变压器结构保证了原副边功率传递的连续性，能够消除原边环流损耗、降低输出纹波，同时通过增加变压器的励磁电流，滞后臂开关管可以在宽负载范围内实现零电压开关，而不会导致传导损耗加剧；变压器的漏感可以设计的很小，显著减小占空比丢失和二次侧电压振荡幅值。在输出侧，变压器分别采用全波整流和全桥整流，两整流器共用一组整流二极管，实现了元器件的复用，本专利技术的混合式整流结构，减少了整流二极管的个数、降低了二极管的电压应力，具有全波整流和全桥整流结构的优点，有助于提高变换器的转换效率和功率密度。附图说明图1是本专利技术的整体电路结构示意图；其中：Vin为直流电源，Q1、Q2、Q3、Q4分别为第一至第四开关管，C1、Co分别为第一、第二电容，T1、T2分别为第一、第二变压器，np、mp分别为第一、第二变压器的初级绕组，ns为第一的副边绕组，ms1、ms2分别为第二变压器的副边绕组，D1、D2、D3、D4分别为第一至第四整流二极管，Lo为滤波电感，R为负载电阻。图2是本专利技术的等效的电路结构示意图；图3为本专利技术提供给的图2的主要工作波形示意图。图4～11是本专利技术提供给的图2在不同模态下的等效电路图。上述附图中的主要物理量为：D是占空比，Ts是开关周期，负载电流为Io，n为T1、T2变压器副边与原边匝数之比，Llkl为T1的漏感，Llk2为T2的漏感，Lm为T2的励磁电感，C1等效为恒定电压源0.5Vin，滤波电感等效为恒定电流源Io。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术专利的电路连接示意图如图1所示，一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器，包括第一至第四开关管(Q1～Q4)、第一和第二隔离变压器(T1、T2)、第一至第四整流二极管(D1～D4)、第一和第二电容(C1、Co)、直流电源和滤波电感，变压器T1包括原边绕组np和副边绕组ns，变压器T2包括原边绕组mp和副边绕组ms1、ms2。所述第一至第四开关管构成全桥电路，正向并联在直流电源正负输出端，第一变压器包含一个原边绕组和一个副边绕组，原边绕组的一端与第一、第三开关管的连接点相连，另一端与第一电容的一端相连，副边绕组的一端与第一整流二极管的阴极、第三整流二极管的阳极相连，另一端与第二整流二极管的阴极、第四整流二极管的阳极相连，第二变压器包含一个原边绕组和两个副边绕组，原边绕组的一端与第二、第四开关管的连接点相连，另一端与第一电容的一端相连，其中一个副边绕组的一端与第三整流二极管的阴极相连，另一副边绕组的一端与第四整流二极管的阴极相连，副边绕组的另一端直接相连并以滤波电感的一端连接，第一电容的另一端与直流电源的负端连接，滤波电感的另一端与第二电容的一端连接，连接点为输出电压的正端，第二电容的另一端与第一、第二整流二极管的阳极相连，作为输出电压的负端。在本专利技术专利的一个具体实施例中，Q1、Q3构成超前桥臂，Q2、Q4构成滞后桥臂，忽略死区时间时，每个开关管的占空比为0.5，通过调整两个桥臂之间的移相角，实现对输出电压的调节，T1变压器的副边只有一个绕组，采用全桥整流结构，T2变压器副边包含两个绕组，采用全波整流结构，两组整流器共用D2、D4二极管，如附图1。下面以附图2简化的等效电路，结合附图3～11叙述本专利技术的具体工作原理。由附图3可知整个变换器在一个开关周期有16种开关模态，分别是[t0～t1]、[t1～t2]、[t2～t3]、[t3～t4]、[t4～t5]、[t5～t6]、[t6～t7]、[t7～t8]、[t8～t9]、[t9～t10]、[t10～t11]、[t11～t12]、[t12～t13]、[t13～t14]、[t14～t15]、[t15～t16]，其中，[t0～t8]为前半周期，[t8～t16]为后半周期，下面对各开关模态的工作情况进行具体分析。为简化分析，作如下假设：1)所有器件均为理想器件；2)开关管的寄生器件只考虑体二极管和结电容；3)忽略T1变压器的励磁电感，其漏感为Llkl；4)T2的励磁电感为Lm，漏感为Llk2；5)输出滤波电感Lo看作恒流源，电容C1等效为恒压源。开关模态1[t0～t1](对应于附图4)：Q1、Q4、D2、D3导通，该时段为占空比时段，输出滤波电感能够映射到初级侧，原边电流近似为恒定值。开关模态2[t1～t2](对应于附图5)：在t1时刻，Q1关断，Q1、Q3的结电容通过恒流源线性充放电，超前臂中点电压、整流电压、T1变压器原副边电压开始线性下降。开关模态3[t2～t3](对应于附图6)：在t2时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器，其特征在于，包括第一至第四开关管、第一电容、第一、第二变压器、第一至第四整流二极管、直流电源；所述第一至第四开关管构成全桥电路，正向并联在所述直流电源正负输出端；所述第一变压器包含一个原边绕组和一个副边绕组，原边绕组的一端与所述第一、第三开关管的连接点相连，另一端与所述第一电容的一端相连，副边绕组的一端与所述第一整流二极管的阴极、所述第三整流二极管的阳极相连，另一端与所述第二整流二极管的阴极、所述第四整流二极管的阳极相连；所述第二变压器包含一个原边绕组和两个副边绕组，原边绕组的一端与所述第二、第四开关管的连接点相连，另一端与所述第一电容的一端相连，其中一个副边绕组的一端与所述第三整流二极管的阴极相连，另一副边绕组的一端与所述第四整流二极管的阴极相连，两个副边绕组的另一端直接相连，所述第一、第二整流二极管的阳极相连。

【技术特征摘要】
1.一种混合整流式零电压开关全桥直流变换器，其特征在于，包括第一至第四开关管、第一电容、第一、第二变压器、第一至第四整流二极管、直流电源；所述第一至第四开关管构成全桥电路，正向并联在所述直流电源正负输出端；所述第一变压器包含一个原边绕组和一个副边绕组，原边绕组的一端与所述第一、第三开关管的连接点相连，另一端与所述第一电容的一端相连，副边绕组的一端与所述第一整流二极管的阴极、所述第三整流二极管的阳极相连，另一端与所述第二整流二极管的阴极、所述第四整流二极管的阳极相连；所述第二变压器包含一个原边绕组和两个副边绕组，原边绕组的一端与所述第二、第四开关管的连接点相...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雷，范衠，施羿，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：广东,44