一种能够实现软开关的移相全桥变换器制造技术

本发明专利技术提供的一种能够实现软开关的移相全桥变换器，包括全桥电路、变压器、负载和两个无源箝位电路，其中，全桥电路包括主电路和次级电路，所述主电路并联有光伏电源、缓冲电容和次级电路；所述主电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4，每个开关管并联有一个二极管和一个并联电容；所述次级电路包括第一电压器互感电路和第二电压器互感电路，所述第一电压器互感电路和第二电压器互感电路分别和两个无源箝位电路并联；两个无源箝位电路均与负载连接；所述变压器设置在主电路和次级电路之间；本发明专利技术的无源缓冲电路、拓扑结构较为简单，成本低，响应速度快。响应速度快。响应速度快。

【技术实现步骤摘要】
一种能够实现软开关的移相全桥变换器


[0001]本专利技术是属于光伏逆变器领域，具体涉及一种能够实现软开关的移相全桥变换器。

技术介绍

[0002]光伏作为可再生能源被广泛用于发电技术，缓解大规模用电压力。光伏并网逆变器是 将太阳电池所输出的直流电转换成符合电网要求的交流电再输入电网设备，是并网型光伏系 统能量转换与控制的核心。光伏并网逆变器的性能影响和决定整个光伏并网系统是否能够稳 定、安全、可靠、高效地运行，同时也是影响整个系统使用寿命的主要原因。DC/DC高频隔 离型光伏并网逆变器具有电气隔离、质量轻、体积小等优点，单机容量在几千瓦以内，系统 效率大约在93％左右。DC/DC变换器是高频隔离型光伏并网逆变器的核心部件，对设备的运 行起到至关重要的作用。随着对电源变换模块体积和效率的要求不断提高，移相全桥DC/DC 变换器开关频率越来越高。
[0003]如图1所示的传统移相全桥变换器，缺点是副边容易占空比丢失，因为原边电流换相 的过程中可能会不足以给负载供电，造成副边整流桥的所有二极管导通，负载处于续流状态， 其两端电压为零，这样就会导致副边丢失了部分电压方波，占空比减小。此外，变换器的开 关管电压应力箝位在高输出电压应用场合，需要选取高电压等级、导通电阻较大的MOSFET， 从而增加了变换器电路成本和开关管的导通损耗，降低了变换器的效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种能够实现软开关的移相全桥变换器，解决了现有的移相全 桥变换器存在上述不足。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供的一种能够实现软开关的移相全桥变换器，包括全桥电路、变压器、负载 和两个无源箝位电路，其中，全桥电路包括主电路和次级电路，所述主电路并联有光伏电源、 缓冲电容和次级电路；
[0007]所述主电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4，每个开关管并联有一个 二极管和一个并联电容；
[0008]所述次级电路包括第一电压器互感电路和第二电压器互感电路，所述第一电压器互感 电路和第二电压器互感电路分别和两个无源箝位电路并联；
[0009]两个无源箝位电路均与负载连接；
[0010]所述变压器设置在主电路和次级电路之间。
[0011]优选地，两个无源箝位电路中的一个无源箝位电路包括辅助电容C1、辅助二极管D1和 辅助二极管D2，所述辅助电容C1的一端分别与辅助二极管D1的阳极和辅助二极管D2的阴极 连接；
[0012]所述辅助电容C1的另一端与第一电压器互感电路并联；
压继续升高超过nU
in
直到上一时刻充电结束；
[0028]工作模态4，t3‑
t4：在该时刻起始阶段，两个无源箝位电路电容充电完毕，二极管二极管二极管和二极管两端电压重新回到nU
in
，此时进入一个稳定的工作模态；
[0029]工作模态5，t4‑
t5：在该时刻起始阶段，开关管S1关断，所述变换器的原边电流维持不 变，且向并联电容充电，并联电容放电，变压器两侧电压缓慢下降，同时整流电路中 四个二极管二极管二极管和二极管两端电压也开始逐渐下降；
[0030]工作模态6，t5‑
t6：并联电容结束放电，所述变换器的原边电流经过开关管S4与并 联电容形成回路续流，为下一时刻开关管S2实现零电压导通提供条件；此时，所述变换 器的原边电压下降为0，副边的无源箝位电路开始放电以维持负载电流，二极管二极 管二极管和二极管两端电压逐渐下降到0，原边电流与副边电压也逐渐降为0。
[0031]优选地，所述变换器的电路中采用软开关实现开关的零电压和零电流通断，其中：
[0032]实现超前臂零电压的条件为关开管S1和开关管S2的死区时间大于滤波电容和滤波 电容的充放电时间，通过下式表示：
[0033][0034]实现滞后臂零电流的条件为无源箝位电路所储存的能量大于变换器原边漏感所储存的 能量，通过下式表示：
[0035][0036][0037]优选地，所述主电路中的开关管S1和开关管S4的触发脉冲一致；开关管S2和开关管S3的触发脉冲一致，且开关管S1与开关管S3的驱动信号相位相差180
°
。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0039]本专利技术提供的一种能够实现软开关的移相全桥变换器，通过加入特定的辅助电路，使 开关管S1、S2、S3、S4实现了软开关，减少了开通和关断损耗，电压应力减小，变换器工作效 率得到了提高；本专利技术的无源缓冲电路、拓扑结构较为简单，成本低，响应速度快。
[0040]进一步的，通过控制脉冲时序将电路工作情况分为6种结构，利用超前臂和滞后臂实 现了零电压开通和零电流关断。无源箝位电路吸收并利用了漏感能量，改善了占空比丢失问 题，开关管的电压应力减小。整体上升压效果明显，响应速度快，无超调且纹波系数小，有 效提高了系统的性能。
附图说明
[0041]图1是传统移相全桥电路；
[0042]图2是本申请所述的无源箝位移相全桥电路；
阳 极与电容C2另一端、二极管D4阴极连接。保证次级电路在开关切换时顺利运行。
[0062]电感另一端和滤波电容一端、电阻R一端连接；电感另一端和滤波电容一 端、负载电阻R另一端连接；滤波电容另一端和滤波电容另一端连接。搭建好次级无 源箝位电路，保证软开关的平滑实现和电压应力的减小。
[0063]对开关管S1与开关管S3采用交错控制策略，开关管S1、S4触发脉冲一致，开关管S2、S3触发脉冲一致，开关管S1与开关管S3的驱动信号相位相差180
°
。
[0064]本专利技术的无源箝位移相全桥变换器在半个开关周期内的工作过程，通过控制器控制开关 管S1和开关管S3的导通和关断，依次在六种工作模态之间切换，工作模态如下：
[0065]工作模态1，t0‑
t1：在该阶段起始时刻，S1和S3处于导通状态，但是此时原边电流下降 为0，为S4实现零电流关断做好准备，此时原边与副边电压也为0，两个箝位电容C1、C2在 上一个周期结束放电，整流全桥的八个二极管进行续流，全部导通。
[0066]工作模态2，t1‑
t2：在该阶段起始时刻，S4导通。原先原边的电流为0，但由于存在电 压漏感，使得原边电流不能突变，故S4实现了零电流导通。此时S1与S4同时导通，原边电 流开始上升，由于此时原边电流刚开始上升，不能支撑负载电流，副边的整流二极管仍旧处 于续流状态，全部导通，因此副边电压U
CD
为0。
[0067]工作模态3，t2‑
t3：在起始时刻，原边电流到达一定值，副边整流电路中二极管 两端反向电压增高导致这些二极管截止，此时箝位电容C1、C2开始充电， 因此两端电压继续升高超过nU
in
直到上一时刻充电结束。
[006本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够实现软开关的移相全桥变换器，其特征在于，包括全桥电路、变压器、负载和两个无源箝位电路，其中，全桥电路包括主电路和次级电路，所述主电路并联有光伏电源、缓冲电容和次级电路；所述主电路包括开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4，每个开关管并联有一个二极管和一个并联电容；所述次级电路包括第一电压器互感电路和第二电压器互感电路，所述第一电压器互感电路和第二电压器互感电路分别和两个无源箝位电路并联；两个无源箝位电路均与负载连接；所述变压器设置在主电路和次级电路之间。2.根据权利要求1所述的一种能够实现软开关的移相全桥变换器，其特征在于，两个无源箝位电路中的一个无源箝位电路包括辅助电容C1、辅助二极管D1和辅助二极管D2，所述辅助电容C1的一端分别与辅助二极管D1的阳极和辅助二极管D2的阴极连接；所述辅助电容C1的另一端与第一电压器互感电路并联；剩余一个无源箝位电路包括辅助电容C2、辅助二极管D3和辅助二极管D4，辅助电容C2的一端分别与辅助二极管D3的阳极和辅助二极管D4的阴极连接；所述辅助电容C2的另一端与第二电压器互感电路并联。3.根据权利要求1所述的一种能够实现软开关的移相全桥变换器，其特征在于，第一电压器互感电路包括二极管二极管二极管和二极管其中，二极管阴极分别与二极管阴极，以及两个无源箝位电路中的一个无源箝位电路的一路连接；二极管阳极分别与二极管阴极和变压器一端连接；二极管阳极分别与二极管阴极和变压器另一端连接；二极管阳极分别与二极管阳极和两个无源箝位电路中的一个无源箝位电路的另一端连接；第二电压器互感电路包括二极管二极管二极管和二极管其中，二极管阳极与二极管阳极，以及两个无源箝位电路中的另一个无源箝位电路的一端连接；二极管阴极与二极管阳极、变压器一端连接；二极管阳极与二极管阴极、变压器另一端连接；二极管阴极与二极管阴极，以及两个无源箝位电路中的另一个无源箝位电路的另一端连接。4.根据权利要求1所述的一种能够实现软开关的移相全桥变换器，其特征在于，该无源箝位移相全桥变换器还包括两个滤波电路，两个滤波电路分别与两个无源箝位电路、两个电压器互感电路并联。5.根据权利要求4所述的一种能够实现软开关的移相全桥变换器，其特征在于，两个滤波电路中的一个滤波电路包括电感和滤波电容其中，所述电感的一端分别与其中一个无源箝位电路和其中一个电压器互感电路连接；所述电感的另一端和滤波电容
一端；剩余一个滤波电路包括电感和滤波电容其中，所述电感的一端分别与其中另一个无源箝位电路和其中另一个电压器互感电路连接；所述电感的另一端和滤波电容一端；所述负载的两端分别与电感和电感连接；所述滤波电容另一端和滤波电容另一端连接。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小江，车延博，樊哲军，刘艳贵，汤海雁，申旭辉，江明达，张晓辉，王海明，李铮，赵瑞斌，付明志，孙栩，潘霄峰，秦猛，李春华，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司天津大学，
类型：发明
国别省市：