一种电容钳位型半桥三电平DC-DC变换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电容钳位型半桥三电平DC‑DC变换器，包括电压源V

【技术实现步骤摘要】
一种电容钳位型半桥三电平DC-DC变换器
本技术属于高压直流变换器
，具体涉及一种电容钳位型半桥三电平DC-DC变换器。
技术介绍
由于高性能高输入的功率直流变换器在市场应用中具有极大的潜力，因此三电平的DC-DC变换器成为广泛研究的对象。相对于传统的两电平DC-DC变换器，三电平DC-DC变换器具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点。但是传统的三电平DC-DC变换器，存在的电流不平衡问题以及输入电容的中点电位不平衡，因为在上下两个开关管的充放电时间不相等的情况下，将会出现上下两个输入电容的充放电时间不相等，则中点电位不平衡这一固有缺点将会显现出来。尤其是在占空比减小时，输入电容和开关管的电流会出现极度不平衡状态，这样的情况会导致整个电路的可靠性降低，并增加开关管的应力。
技术实现思路
本技术提供了一种电容钳位型半桥三电平DC-DC变换器，克服了现有三电平电路存在的电流不平衡问题，减少了电路中开关器件的关断电流，降低了开关管的电流应力，实现了开关管的零电压零电流开通与关断，减少了整体电路的损耗，增强了电路的可靠性。为达到上述目的，本技术所述一种电容钳位型半桥三电平DC-DC变换器，包括电压源Vin、分压电容Cin1、分压电容Cin2、初级侧逆变单元和变压器T；所述初级侧逆变单元为半桥逆变电路，包括开关管Q1、开关管Q2p、开关管Q2R、开关管Q3、开关管Q4p以及开关管Q4R，其中开关管Q1、开关管Q2p和开关管Q2R组成上桥臂，开关管Q3、开关管Q4p和开关管Q4R组成下桥臂；所述电压源Vin的正极和分压电容Cin1的第一端以及开关管Q1的漏极连接，分压电容Cin1的第二端和分压电容Cin2的第一端以及变压器T原边绕组的异名端连接；分压电容Cin2的第二端和电压源Vin的负极以及开关管Q4R的漏极连接；开关管Q1的源极与开关管Q2p的漏极连接，开关管Q2p的源极和开关管Q2R的源极连接，开关管Q2R的漏极和变压器T的原边绕组同名端以及开关管Q3的漏极连接，开关管Q3的源极和开关管Q4P的漏极连接，开关管Q4P的源极和开关管Q4R的源极连接；所述变压器T的副边连接有整流电路和滤波电路。进一步的，开关管Q1的源极与飞跨电容CS的第一端连接，所述开关管Q3的源极和飞跨电容CS的第二端连接。进一步的，开关管Q1和开关管Q4P上寄生有结电容。进一步的，滤波电路为LC滤波电路。进一步的，整流电路为全桥整流电路。进一步的，全桥整流电路括二极管Do1、二极管Do2、二极管Do3和二极管Do4。进一步的，开关管Q1、开关管Q2p、开关管Q2R、开关管Q3、开关管Q4p和开关管Q4R均为MOS管。与现有技术相比，本技术至少具有以下有益的技术效果：1)由于传统的三电平是通过漏感谐振来实现滞后管的ZVS，而本拓扑是通过将续流电流复位，来实现滞后管的ZCS，因此可以达到较宽的负载输出范围，相较于传统的三电平直流变换器，该零电压零电流三电平直流变换器具有更宽的输出负载范围；2)在电路里面，在电容C1充满电和电容C4p放完电之后，电路里面有一个漏感电流续流的回路，在这个过程中，电流ip不断减小直到零，使得在关断滞后管的时候，电流已经减小到零，所以开关管的关断电流相较于传统三电平直流变换器大大减少，降低了开关管的损耗，提高了电源的效率，延长了器件的使用寿命；3)由于传统电路开关管的触发脉冲是不对称的，因此会出现电流不平衡开关管的电流应力较大；而本技术中电路拓扑在原边电流续流环节，使原边电流减小到零，这个过程时间较短，且电流会变小，时间可以忽略不记，所以可以降低开关管的电流应力，变压器原边电流本拓扑的开关管开通关断信号是不对称的，使开关管的电流不平衡问题得到了改善，降低了开关管的电流应力，提高了整体电路的可靠性。进一步的，在充电状态，电容Cin1和电容Cin2是滤波电容，作用是滤除高次谐波，使直流电源供电更加平滑；开关管Q1和开关管Q4P上寄生的结电容的作用是帮助开关管实现零电压开关，开关管管Q2p和开关管Q3上的反并联二极管是实现电流的续流过程。附图说明图1为本技术电路原理图；图2为关键波形示意图；图3为t0前工作状态图；图4为t0～t1工作状态图；图5为t1～t3工作状态图；图6为t3～t4工作状态图；图7为t4～t5工作状态图；图8为t5～t6的工作状态图；图9为Sk的伏安特性；图10为传统三电平变换器电路拓扑。具体实施方式为了使本技术的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本技术进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，并非用于限定本技术。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。参照图1，一种电容钳位型半桥三电平DC-DC变换器，在原有的三电平拓扑中增加两个反并联的开关管Q2R和Q4R来改善传统三电平直流变换器中的不足，通过飞跨电容Cs来解决输入电容的中点电位不平衡的问题。本技术的电路拓扑结构完整原理如图3所示，包括电压源Vin、输入分压电容Cin1和分压电容Cin2、飞跨电容CS，初级侧逆变单元、变压器、整流单元及LC滤波电路和负载。根据电压等级选择功率管的型号。输入的高压直流电经过控制开关管的开通与关断，在变压器原边得到交流方波，再经过变压器T，然后接入变压器次级侧整流桥，然后经过滤波电路输出直流电压。图9为Sk的伏安特性，k＝2，4。S2包括开关管Q2P和开关管Q2R，开关管Q2P的漏极和开关管Q1的源极连接，开关管Q2P的源极和开关管Q2R的源极连接，开关管Q2R的漏极和变压器T的原边绕组同名端以及开关管Q3的漏极连接；S4包括开关管Q4P和开关管Q4R，开关管Q4P的漏极和开关管Q3的源极连接，开关管Q4P的源极和开关管Q4R的源极连接，开关管Q4R的漏极和分压电容Cin2的第二端连接。初级侧逆变单元为半桥逆变电路，包括开关管Q1、开关管Q2p、开关管Q2R、开关管Q3、开关管Q4p以及开关管Q4R，其中开关管Q1、开关管Q2p和开关管Q2R组成上桥臂，开关管Q3、开关管Q4p和开关管Q4R组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容钳位型半桥三电平DC-DC变换器，其特征在于，包括电压源V

【技术特征摘要】
1.一种电容钳位型半桥三电平DC-DC变换器，其特征在于，包括电压源Vin、分压电容Cin1、分压电容Cin2、初级侧逆变单元和变压器T；
所述初级侧逆变单元为半桥逆变电路，包括开关管Q1、开关管Q2p、开关管Q2R、开关管Q3、开关管Q4p以及开关管Q4R，其中开关管Q1、开关管Q2p和开关管Q2R组成上桥臂，开关管Q3、开关管Q4p和开关管Q4R组成下桥臂；
所述电压源Vin的正极和分压电容Cin1的第一端以及开关管Q1的漏极连接，分压电容Cin1的第二端和分压电容Cin2的第一端以及变压器T原边绕组的异名端连接；分压电容Cin2的第二端和电压源Vin的负极以及开关管Q4R的漏极连接；开关管Q1的源极与开关管Q2p的漏极连接，开关管Q2p的源极和开关管Q2R的源极连接，开关管Q2R的漏极和变压器T的原边绕组同名端以及开关管Q3的漏极连接，开关管Q3的源极和开关管Q4P的漏极连接，开关管Q4P的源极和开关管Q4R的源极连接；
所述变压器T的副边连接有整流电路和滤波电路。


2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：石勇，李启凡，宋扬，冯浪浪，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61