一种单相零电压软开关充电器拓扑及其调制方法技术

本发明专利技术公开一种单相零电压软开关充电器拓扑及其调制方法，其拓扑包括了电网侧全桥PWM整流电路、全桥移相控制DC/DC变换电路、以及为了实现整个充电器中所有开关管零电压开通的谐振支路，其调制方法包括PWM整流电路、DC/DC变换电路和谐振支路的零电压软开关调制方式，具体是把PWM整流电路的桥臂开关器件的控制信号上升沿与DC/DC变换桥臂开关器件的控制信号的上升沿进行同步，通过控制谐振支路，在每个开关周期内实现所有开关器件的零电压开通，提高拓扑的转换效率。

A single-phase zero voltage soft switching charger topology and its modulation method

【技术实现步骤摘要】
一种单相零电压软开关充电器拓扑及其调制方法
本专利技术涉及充电器拓扑的软开关技术，更具体地涉及一种利用谐振支路实现充电器拓扑中所有开关管零电压开通的充电器拓扑及其调制方法。
技术介绍
单相PWM整流器和移相控制DC/DC变换器等拓扑的已被公开，但常规的单相PWM整流器均工作为硬开关模式，整流器中的开关器件开关损耗大，工作频率较低，需要应用较大的滤波器，电路转换效率低。电动汽车充电器具有宽的工作电压范围和功率变化范围需求，常规的移相控制的全桥DC-DC隔离变换器会在部分工作区域滞后桥臂开关管无法实现零电压软开通，为了拓宽滞后桥臂的零电压开关范围，减小开通损耗，需要增大变压器漏感来提供足够的谐振能量，会引起原边环流大，副边占空比丢失现象严重，转换效率低。因此一般采用单相PWM整流器和移相控制DC/DC变换器的充电器拓扑存在硬开关工作区域，导致转化效率低、成本高等问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有充电器拓扑中的缺点，提供一种单相零电压软开关充电器拓扑及其调制方式，实现单位功率因数PWM整流电路的开关管和移相控制DC/DC电路的开关管在全工作区域实现零电压开通，提高充电器的转换效率和功率密度。本
技术实现思路
的一个方面，提供一种单相零电压软开关充电器拓扑，包括四组由两个串联的包含反并二极管的全控型开关构成的桥臂，其中：第一桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Sr1，Dr1和Sr3，Dr3，第二桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Sr2，Dr2和Sr4，Dr4，第三桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Si1，Di1和Si3，Di3，第四桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Si2，Di2和Si4，Di4，第一、二组桥臂实现电网电流的单位功率因数校正，第三、四组桥臂实现DC/DC变换；四组桥臂上开关的漏极以及下开关的源极分别连接到直流正母线和负母线上，负母线与直流电容Cdc的负极相连，正母线与直流电容Cdc的正极之间接入由包含并联二极管Daux的辅助开关Saux与箝位电容Cc构成的串联支路，在该串联支路的两端跨接谐振电感Lr，所有全控型主开关Sr1～Sr4、Si1～Si4、Saux的漏极与源极两端分别并联谐振电容Cr1～Cr4、Ci1～Ci4，Caux；所述第一桥臂、第二桥臂中点分别通过输入滤波支路与交流电网连接，所述第三桥臂、第四桥臂中点通过谐振漏感Lk与变压器一次侧绕组相连接；所述变压器二次侧绕组两个端点与不控二极管D1～D4整流全桥电路的两个桥臂中点相连，在二极管D1、D2的共阴极点和二极管D3、D4的共阳极点接有输出滤波电路，负载Ro并联在输出滤波支路两端。本
技术实现思路
的另一个方面，提供一种单相零电压软开关充电器拓扑的调制方法，包括整流调制波计算模块、载波信号发生模块、移相角度计算模块、辅助开关管调制波计算模块、第一比较器、第一PWM调制模块、第二PWM调制模块、ZVS脉冲调制模块、脉冲上升沿同步控制模块、PWM脉冲叠加调制模块。以上模块对单相零电压软开关充电器电路的主开关Sr1～Sr4、Si1～Si4以及辅助开关Saux进行零电压开关调制。整流调制波计算模块和载波信号发生模块的输出信号进入第一PWM调制模块，所述第一PWM调制模块用于生成第一桥臂上下管原始驱动信号vsr1、vsr3和第二桥臂上下管原始驱动信号vsr2、vsr4。移相角度计算模块和载波信号发生模块的输出信号进入第二PWM调制模块，第二PWM调制模块用于生成第三、第四桥臂开关管的原始控制信号vsi1、vsi3、vsi2、vsi4。脉冲上升沿同步控制模块根据经采样后的电网输入电流极性确定第一、第二桥臂的主开关脉冲上升沿与第三、第四桥臂的主开关脉冲上升沿对齐方式。辅助开关管调制波计算模块和和载波信号发生模块的输出信号进入ZVS脉冲调制模块，ZVS脉冲调制模块的端口2的输出信号vsc与原始控制信号vsr1、vsr3、vsr2、vsr4、vsi1、vsi3、vsi2、vsi4一起输入至PWM脉冲叠加调制模块分别产生Sr1～Sr4、Si1～Si4的控制PWM信号vgs_Sr1～vgs_Sr4、vgs_Si1～vgs_Si3，实现对Sr1～Sr4、Si1～Si4以及Saux的零电压软开关调制。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：根据本专利技术，只需利用一个谐振支路能实现包括单位功率因数PWM整流电路和移相全桥DC/DC电路的所有开关管在全工作区域实现零电压开通，转换效率高。并且，本专利技术另外的效果在于PWM整流电路和移相全桥DC/DC电路的开关频率固定，有利于拓扑中的无源器件的优化，提高充电器的功率密度。附图说明图1为单相零电压软开关充电器电路。图2为单相零电压软开关充电器电路调制方法的产生方式。图3为第一PWM调制模块内部结构。图4为第二PWM调制模块内部结构。图5为ZVS(零电压)脉冲模块内部结构。图6为脉冲上升沿同步控制模块内部结构。图7为PWM脉冲叠加调制模块内部结构。图8为电网电流ig大于等于零(对应整流调制波vm(k)大于等于零)时，一个三角载波周期内调制信号波形。图9为电网电流ig小于零(对应整流调制波vm(k)小于零)时，一个三角载波周期内各调制信号波形。图10为电网电流ig大于等于零时一个三角载波周期内的主开关脉冲控制时序图。图11～图23为整流调制波vm(k)大于等于零时，一个三角载波周期内单相零电压软开关充电器电路的阶段的工作等效电路。图24为整流调制波vm(k)大于等于零时，一个三角载波周期内，单相零电压软开关充电器电路主要电压电流波形。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。参照图1，以一种单相零电压软开关车载充电器电路为例，其包括四组由两个串联的包含反并二极管的全控型开关构成的桥臂，其中：第一桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Sr1，Dr13和Sr3，Dr35，第二桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Sr2，Dr24和Sr4，Dr46，第三桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Si1，Di111和Si3，Di313，第四桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Si2，Di212和Si4，Di414，第一、二组桥臂实现AC/DC变换、对电网电流的单位功率因数校正，第三、四组桥臂实现DC/DC变换。四组桥臂上开关的漏极以及下开关的源极分别并联形成桥臂正母线和负母线，负母线与直流电容Cdc10的负极相连，正母线与直流电容Cdc10的正极之间接入由包含并联二极管Daux的辅助开关Saux7与箝位电容Cc8构成的串联支路，在该串联支路的两端跨接谐振电感Lr9，所有全控型主开关Sr1～Sr43～6、Si1～Si411～14、Saux7的漏极与源极两端分别并联谐振电容Cr1～Cr4、Ci1～Ci4，Caux。所述第一桥臂、第二桥臂中点分别通过输入滤波支路与交流电网1连接，所述第三桥臂、第四桥臂中点通过谐振漏感Lk15与变压器一次侧绕组相连接。所述隔离变压器二次侧绕组两个端点与不控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单相零电压软开关充电器拓扑，其特征在于：所述单相零电压开关充电器电路包括四组由两个串联的包含反并二极管的全控型开关构成的桥臂，其中：第一桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为S

【技术特征摘要】
1.一种单相零电压软开关充电器拓扑，其特征在于：所述单相零电压开关充电器电路包括四组由两个串联的包含反并二极管的全控型开关构成的桥臂，其中：第一桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Sr1，Dr1和Sr3，Dr3，第二桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Sr2，Dr2和Sr4，Dr4，第三桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Si1，Di1和Si3，Di3，第四桥臂的上、下开关及其反并二极管分别为Si2，Di2和Si4，Di4，第一、二组桥臂实现电网电流的单位功率因数校正，第三、四组桥臂实现DC/DC变换；四组桥臂上开关的漏极以及下开关的源极分别连接到直流正母线和负母线上，负母线与直流电容Cdc的负极相连，正母线与直流电容Cdc的正极之间接入由包含并联二极管Daux的辅助开关Saux与箝位电容Cc构成的串联支路，在该串联支路的两端跨接谐振电感Lr，所有全控型主开关Sr1～Sr4、Si1～Si4、Saux的漏极与源极两端分别并联谐振电容Cr1～Cr4、Ci1～Ci4，Caux；所述第一桥臂、第二桥臂中点分别通过输入滤波支路与交流电网连接，所述第三桥臂、第四桥臂中点通过谐振漏感Lk与变压器一次侧绕组相连接；所述变压器二次侧绕组两个端点与不控二极管D1～D4整流全桥电路的两个桥臂中点相连，在二极管D1、D2的共阴极点和二极管D3、D4的共阳极点接有输出滤波电路，负载Ro并联在输出滤波支路两端。


2.一种单相零电压软开关充电器的调制方法，其特征在于：拓扑结构如权利要求1所述，其调制方法是将功率因数校正控制的PWM信号、DC/DC变换控制的PWM信号频率固定并采用移相控制，在每个开关周期内，将功率因数校正控制的PWM信号上升沿与DC/DC变换控制的PWM信号上升沿进行同步，实现对开关Sr1～Sr4、Si1～Si4以及辅助开关Saux的零电压开关调制。


3.根据权利要求2所述的单相零电压软开关充电器的调制方法，其特征在于：该方法基于如下模块实现：包括整流调制波计算模块(24)、载波信号发生模块(25)、移相角度计算模块(26)、辅助开关管调制波计算模块(27)、第一比较器(28)、第一PWM调制模块(29)、第二PWM调制模块(30)、ZVS脉冲调制模块(31)、脉冲上升沿同步控制模块(32)、PWM脉冲叠加调制模块(33)；具体是将整流调制波计算模块和载波信号发生模块的输出信号进入第一PWM调制模块，生成第一、第二桥臂开关管的原始控制信号vsr1、vsr3、vsr2、vsr4；将移相角度计算模块和载波信号发生模块的输出信号进入第二PWM调制模块，生成第三、第四桥臂开关管的原始控制信号信号vsi1、vsi3、vsi2、vsi4；将辅助开关管调制波计算模块和和载波信号发生模块的输入ZVS脉冲调制模块后生成调制信号vsc和辅助开关管控制信号vgs_Saux；将原始控制信号vsr1、vsr3、vsr2、vsr4、vsi1、vsi3、vsi2、vsi4输入脉冲上升沿同步控制模块实现第一、二桥臂的主开关控制PWM信号上升沿与第三、四桥臂的主开关控制PWM信号上升沿同步；将输出的PWM信号与vsc一起输入至PWM脉冲叠加调制模块分别产生Sr1～Sr4、Si1～Si4的控制PWM信号vgs_Sr1～vgs_Sr4、vgs_Si1～vgs_Si3，实现对Sr1～Sr4、Si1～Si4以及Saux的零电压软开关调制。


4.根据权利要求3所述的单相零电压软开关充电器的调制方法，其特征在于：所述的第一PWM调制模块(29)包括第一反相器(43)、第二比较器(44)、第三比较器(45)、第二反相器(46)、第三反相器(47)、第一上升沿延时模块(48)、第二上升沿延时模块(49)、第三上升沿延时模块(50)、第四上升沿延时模块(51)；载波信号发生模块(25)生成的三角载波与整流调制波计算模块(24)生成的整流调制波经过第二比较器和第一上升延时模块生成第一桥臂上管原始驱动信号vsr1，第二比较器输出经过第二反相器和第二上升沿延时模块生成第一桥臂下管原始驱动信号vsr3，整流调制波经过第一反相器的输出与三角载波经过第三比较器和第三上升沿延...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡长生，徐德鸿，王睿哲，张永泉，张军明，应美，金宇善，
申请(专利权)人：浙江大学，乐金电子研发中心上海有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33