一种隔离型的软开关AC-DC（DC-DC）电路制造技术

本发明专利技术公开了一种隔离式软开关AC‑DC电路及控制方法。如附图，所述电路包括交流侧LCL滤波电路，整流桥H，直流电容C1；Q1，Q2是半导体开关，当Q1开通时，电容C1的电能便通过Q1，L1，向C2充电，当C2的电压升高到一定数值，充电电流减小为零，这时Q1关断，前端的电能转移到C2中，当Q1关断后，Q2打开，C2中的能量开始通过L2，Q2，隔离变压器T向终端电容C3传递，C3电压基本恒定，当C2中的能量转移到电容C3中时，Q2关断，一次从前端到后端的能量传输结束。

An isolated soft switching AC-DC circuit

【技术实现步骤摘要】
一种隔离型的软开关AC-DC(DC-DC)电路
：属于电力电子领域
技术介绍
：随着电源技术的发展，高效率的可靠隔离的AC-DC，DC-DC变换器已经成为一种趋势，硬开关在高频开关时损耗很大，降低了变化器效率，软开关可提升效率。
技术实现思路
：针对现有的AC-DC，DC-DC电源效率偏低，成本偏高，本文提出一种新型的隔离型AC-DC电路，如图1(该电路L2＝0)，所述电路包括交流侧LCL滤波电路，整流桥H以及整流后的直流支撑储能电容C1，与C1并联的续流二极管D1，Q1，Q2是半导体开关(如IGBT，IGCT，MOSFET，晶闸管或者大功率三极管或其与二极管的串联等)，关断时可正反向承压，当Q1开通时，电容C1的能量便通过Q1，L1，L2向C2充电，当C2的电压升高到一定数值，向C2充电过程停止，充电电流变为零，即流经L1的电流变为零，这时Q1关断，前端C1的电能转移到C2中。C2上的电压是可以设计的，主要是通过调整C1，C2容值的大小，当C1＜C2且C1的充电电流(通过H)小于流经L1的电流时，当C1电压变为零，D1续流。C2的最高稳定电压要小于C1的最高电压。当Q1关断后，Q2导通，C2中的能量通过L2，Q2向变压器T原边转移能量，变压器T副边感应出电压，通过L3给终端电容C3充电，C3是终端储能电容，其电压保持恒定。二极管D2是续流二极管，当C2中的电荷变为零时，通过二极管D2续流，当C2中的能量完全转移到C3中时，此时L3中的电流为0，Q2关断。在C2向C3能量转移过程中，L3是限流储能电感，D3是防反二极管。这样一次从前端C1到后端C3的能量转移就完成了。C2的两端可以并联一支开关器件K(如IGBT，TGCT或者其他半导体器件)，这样可以在C2充电前，先将Q1，K同时导通，先给L1充电，使其电流增大，当电流达到需要数值时，即电感储能达到预定数值，K断开(零电压关断)，此时电流流入C2，开始给C2充电，这样C2的电压就可以升的很高。在该电路中单相交流输入时C1可以不用，通过LCL中的电容来充电。采用无桥PFC。图1所示的电路也是可以通过变通变化成图2的：如图2所示，变压器被设计到C1与C2之间，C1的能量通过变压器转移到C2中，而不再是象图1中C2的能量通过变压器转移到C3中。图2电路的工作过程如下，前端整流桥给C1充电，充电完毕后Q1开通，此时C1能量经过Q1，L1流进变压器原边，在变压器的副边感应出电压，经过防反二极管和L2给电容充电。如果C2的电容要升的很高，则需要半导体开关K和Q1同时打开，当L1，L2储存的能量达到预定数值时，K关断，给C2充电，达到升压的目的。当C1的能量完全转移到C2中后，Q1关断。Q2随即导通，C2中的电荷开始向C3中转移，当C2的能量完全转移到C3中时，Q2关断。从C1到C3的一次能量转移完成。在其中，C2的最高电压至少为C3电压的两倍。通过图1还可以引申出图3，在图3中，对图1的电路做了升级：主要是将整流桥H后面，变压器T前面的电路进行了两路并联。其中上下两路交错向T供电，使得T一直向C3充电，而不是象图1有半个周期空闲。具体为：Q1导通时，Q2关断，Q3关断，Q4导通，C2-2中的能量向C3转移，当C2-2中的能量转移完毕后，Q4关闭，此时C2-1中也充满了能量，则Q1关闭，Q2打开，Q3也打开，此时C2-2开始储能，同时C2-1中的能量开始向C3转移。这种上下两支电路并联交错转移能量，大大提高了整个电路的效率。该电路中：L2＝0，L4＝0.附图说明：图1为三相或单相交流输入的后端隔离的AC-DC电路图图2为三相或单相交流输入的前端隔离的AC-DC电路图图3为三相或单相输入的在图1基础上提高电路利用效率的电路图具体实施例：为了使本专利技术实施的目的，技术方案和优点更清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚的描述。显然，所描述的本专利技术实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。具体实施例1：如图1，所述的AC-DC电路包括前端LCL滤波，其后是整流桥H，为三相或单相交流输入，直流储能电流C1与续流二极管D1并联，中间直流储能电容C2的前面为L1与Q1，C2两端并联开关管K。此部分电路用于把C1的能量转移到C2中，并实现PFC功能。方式为：当C1的电压升高到最高数值时，此时C2的能量已经转移到了C3中，电压为0，此时Q2是关断状态，则Q1开通，C1的能量通过Q1，L1，L2流入C2，同时L1储能(当C2的电压达不到预定要求时，则QI与K同时开通，先给L1储能，当流经其电流达到预定要求时，K关断，给C2充电，这样C2的电压就可以升的很高，对C2的最高电压进行调节，在通过K进行调压的电路中，C1可以去掉，直接从整流桥取能，这样更容易控制，也可以计算C1的容量使得其储存的能量满足C2升压需要)。当C1中电荷为0，回路还有电流时，则D1续流，直至电流为零，能量完全转移到C2中。从能量转移过程来开，前半段电路可以实现PFC，当设计C2电压合适数值时，不需要D1续流。即当C1电压为零时，电路电流正好降为零。当Q1关断后，Q2打开，C2中的能量流入变压器T的原边，副边感应出电压给C3充电，当C2中电荷为0时，如果回路还有电流，则D2续流。本过程分三根阶段，1，UC2＞nUC3时，T原边电流为增大阶段，2，当UC2＜nUC3，为L3储存能量的释放阶段，C2的能量继续向C3转移。当UC2＝0后D2续流，L3储存的能量完全转移到C3中。D3防反二极管。C2的最高电压要大于C3电压的两倍，这样才能完全转移C2中的能量到C3。通过控制从C1到C3转移一次能量的频率，就可以控制图1电路的传输功率。具体实施例2如图2，该电路是在图1的基础上变通得来得。电路的运行过程如下：C1的能量充满后，Q1导通，则C1的能量通过Q1，L1流入变压器T的原边，副边感应出电压通过防反二极管D3给C2充电(如果C2需要升高很高电压，则需要将Q1，开关K同时开通，由于K并联在C2两端，则电流完全给L1，L2充电，当达到一定数值时，关闭K，则电流给C2充电，这样C2电压可以升的很高)，当C1的电流完全转移到C2中时，Q1关闭。在此过程中，C1的放电电流要远大于H向C1的充电电流。保证UC2＞2UC3。UC2为C2最高电压，UC3为C3电压。Q1关闭后，Q2打开，C2中的能量通过Q2，L3向C3转移能量，直到C2的电压为零，并且L3的电流也减小到0，则Q2关闭。该电路的特点为通过隔离变压器隔离C1与C2。具体实施例3如图3，该实施例就是将图1中C1与T之间的电路变为2路并联，即C2-1与C2-2交错通过T给C3供电，每一路的控制方法与实施例1完全相同。这样就提高了变压器T与整流桥H的利用率。此例中C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的电气隔离型AC-DC变换电路，如图1，包括前端LCL滤波电路，整流电路，前端直流支撑电容C1，以及与其并联的续流二极管D1，以及Q1，Q2两个半导体开关，L1，L2(L2＝0)，L3，C2以及后端大容量电容C3，隔离变压器处于C2与C3之间，通过Q2的开关实现C2向C3的能量转移。其特征在于，L1，L2处于前端电路或C1的能量向C2转移的电路中，与C2并联的电子开关K则起到增加L1，L2中的电流，增加L1存储能量的作用，L3则为续流储能电感。该方法通过前端整流桥H给C1充电，C1通过Q1向C2充电，实现了AC-DC的PFC功能，通过C1向C2充电，C2通过隔离变压器T向C3充电，实现了电压变换并且实现了前端电路与C3的电气隔离。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型的电气隔离型AC-DC变换电路，如图1，包括前端LCL滤波电路，整流电路，前端直流支撑电容C1，以及与其并联的续流二极管D1，以及Q1，Q2两个半导体开关，L1，L2(L2＝0)，L3，C2以及后端大容量电容C3，隔离变压器处于C2与C3之间，通过Q2的开关实现C2向C3的能量转移。其特征在于，L1，L2处于前端电路或C1的能量向C2转移的电路中，与C2并联的电子开关K则起到增加L1，L2中的电流，增加L1存储能量的作用，L3则为续流储能电感。该方法通过前端整流桥H给C1充电，C1通过Q1向C2充电，实现了AC-DC的PFC功能，通过C1向C2充电，C2通过隔离变压器T向C3充电，实现了电压变换并且实现了前端电路与C3的电气隔离。


2.根据权利要求1，Q1，Q2为电子开关(半导体开关)，一般可选高频晶闸管。


3.根据权利要求1，Q1处于与电感L1，L2，C2构成的电路中，通过Q1的开关实现能量从C1，或整流回路H(无C1的情况)向C2的能量转移。


4.根据权利要求1，开关K与C2并联，当前端电路电压较低时，通过K的开通，实现L1，的储能，最终提高C2的电压。


5.根据权利要求1，Q2与C2，L2，隔离变压器T构成回路，当Q2开通时，C2的能量通过隔离变压器T转移到C3中。其中D3是防反二极管。要满足UC2＞＝2nUC3，n为变压器的变比。
这样才能使得C2能量完全转移到C3中。UC2为C2充满电后的最高电压。UC3则为C3的电压，该电压基本保持稳定。


6.根据权利要求1，隔离变压器T可为高频变压器，起到C2与C3的电气隔离作用。


7.根据1，2，3，4，5，6所述电路(图1)的控制方法，其特征在于，所述方法包括；
步骤1，当电容C1通过LCL电路充电完毕，则Q1导通，此时Q2关闭，C1及整流电路H向C2充电，当C1电压降为0后(如果此时L1电流不为0，)，则通过D1续流，当L1的能量完全转移到C2中后，回路电流降为0，此时Q1关断。然后Q2导通，电能从C2通过变压器T向C3转移，当转移完毕后，L3中的电流为0，此时Q2关闭。


8.根据权利要求7的控制时序基础上...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲娜，
申请(专利权)人：曲娜，
类型：发明
国别省市：北京;11