一种等效电容分压辅助换流的同步整流三电平Boost变换器制造技术

本发明专利技术公开一种等效电容分压辅助换流的同步整流三电平Boost变换器，可实现主回路开关的ZVS导通和辅助回路开关的ZCS导通。低成本继电器实现两种工况下的电容交替充放电。电荷平衡使得电容分压点保持恒压状态。有效提高效率和功率密度，降低成本和EMI。降低成本和EMI。降低成本和EMI。

【技术实现步骤摘要】
一种等效电容分压辅助换流的同步整流三电平Boost变换器


[0001]本专利技术涉及电力电子变流
，尤其涉及一种等效电容分压辅助换流的同步整流三电平Boost变换器。

技术介绍

[0002]通常采用功率因数校正PFC提高功率因数PF和降低总谐波失真。在众多的PFC电路中，Boost变换器因其结构简单、输入电流连续和特性统一性强得到广泛的应用。
[0003]D.Divan在1989年提出第一个现代软开关变换器：主动箝位谐振型DC
‑
Link逆变器AC
‑
RDCL。R.De Doncker在1990年提出了辅助谐振换向极变换器ARCP。在最初提出的ARCP逆变器中，换流电流脉冲由一个DC
‑
link直流母线电容、一个双向开关和一个谐振电感组成的辅助电路产生，即采用了电容分压。拓扑结构简单，效率、输出功率和功率密度等参数得到改善。
[0004]但是技术瓶颈始终在于，直流环节电容分压点的电荷不平衡，电压不稳定，低输出频率应用时尤其突出。需要复杂的检测和延时控制电路，根据分压点电压、负载电流控制换流电感换流前的储能。
[0005]电感分压的逆变器可使分压点电压保持稳定，控制简化。耦合电感分压类拓扑有串联分压型和并联分压型。典型的为一个谐振极含两个耦合电感的零电压转换ZVT逆变器。辅助电路采用铁芯饱和的变压器，并在零负载频率下工作。基于ZVT
‑
2CI的各类逆变器，峰值效率高达99％。相对于电容分压逆变器，电感分压逆变器对偶的问题是励磁电流单向复位。变压器铁芯一个开关周期内无法复位，选用的变压器磁芯体积大，且需要两套辅助回路实现双向电流输出下的主开关辅助换流工作；而且辅助换流二极管无钳位措施，过充振铃引起电压应力高及EMI。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术的缺点和不足，提供一种等效电容分压辅助换流的同步整流三电平Boost变换器，实现了主开关零电压开通，有效提高效率和功率密度，降低成本和EMI。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种等效电容分压辅助换流的同步整流三电平Boost变换器，包括：第一主开关管S1、第二主开关管S2、第三主开关管S3、第四主开关管S4、主回路的直流母线滤波电容C
B
、辅助回路的直流母线滤波电容C
aB
、主回路的飞跨电容C
F
、辅助回路的飞跨电容C
aF
、滤波电感L
in
、输入电源V
in
、第一辅助二级管S
a1
、第二辅助二级管S
a2
、第三辅助开关管S
a3
、第四辅助开关管S
a4
、第五辅助二极管S
a5
、第六辅助二极管S
a6
、辅助换流电感L
r
、辅助继电器第一触点R
a1
和辅助继电器第二触点R
a2
；
[0008]其中，所述第一主开关管S1的源极、第二主开关管S2的漏极、第三主开关管S3的漏极相连于a点；第三主开关管S3的源极、第四主开关管S4的漏极相连于b点；第二主开关管S2的源极与第三主开关管S3的漏极相连于P点，主回路飞跨电容C
F
连接在a点与b点之间，滤波电感L
in
一端连于P点，另一端连于输入电源的正极；第一辅助二极管S
a1
的正极与第二辅助
二极管S
a2
的负极相连于c点，第三辅助开关管S
a3
的发射极与第四辅助开关管S
a4
的集电极相连于d点，第二辅助二极管S
a2
的正极与第三辅助开关管S
a3
的集电极相连于Q点，辅助回路飞跨电容C
aF
连接在c点与d点之间；第一辅助二极管S
a1
的负极与辅助回路的直流母线滤波电容C
aB
的正极相连，第四辅助开关管S
a4
的发射极与辅助回路的直流母线滤波电容C
aB
的负极相连；辅助继电器第一触点R
a1
的公共端连于第一辅助二极管S
a1
的负极，常闭端连于第五辅助二极管S
a5
的正极，第五辅助二极管S
a5
的负极连于a点，辅助继电器第二触点R
a2
的公共端连于第一辅助开关管S
a4
的发射极，常开端连于第六辅助二极管S
a6
的正极，第六辅助二极管S
a6
的负极连于b点；第一主开关管S1的漏极与辅助继电器第一触点R
a1
常开端、直流母线滤波电容C
B
的正极相连，第四主开关管S4源极与辅助继电器第一触点R
a1
常闭端、直流母线滤波电容C
B
的负极相连；
[0009]其中，设定i
load
为流经滤波电感L
in
的瞬时电流，I
load
为流经滤波电感L
in
的平均电流；C1‑
C4主开关S1‑
S4的等效并联电容，电容值都为C
m
‑
oss
；C
a3
‑
C
a4
为辅助开关S
a3
‑
S
a4
的等效并联电容，电容值都为C
a
‑
oss
；换流谐振电流I
r
定义为：换流谐振电感L
r
中通过的最大电流与滤波电感L
in
中的电流I
load
之差；i
load
流入P点定义为正，由P点流出定义为负；i
Lr
由P点流入Q点定义为正，由Q点流入P点定义为负。
[0010]当时，辅助继电器处于失电状态，其触点R
a1
和R
a2
常闭触点闭合；
[0011]电路处于稳定状态，S2、S4处于导通状态，S1、S3和S
a3
‑
S
a4
处于关断状态；输入电源电流i
load
通过S2、S4和C
F
续流；
[0012]t0时刻，开通辅助开关S
a4
，延迟D
A1
后，关断S2；
[0013][0014]关断S2后，延迟D
A2
，开通S3；
[0015][0016]S3保持开通，D
A3
后，断开辅助开关S
a4
；
[0017][0018]断开辅助开关S
a4
后，延时D
A4
，关断主开关S4；
[0019]D<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等效电容分压辅助换流的同步整流三电平Boost变换器，其特征在于，包括：第一主开关管S1、第二主开关管S2、第三主开关管S3、第四主开关管S4、主回路的直流母线滤波电容C
B
、辅助回路的直流母线滤波电容C
aB
、主回路的飞跨电容C
F
、辅助回路的飞跨电容C
aF
、滤波电感L
in
、输入电源V
in
、第一辅助二级管S
a1
、第二辅助二级管S
a2
、第三辅助开关管S
a3
、第四辅助开关管S
a4
、第五辅助二极管S
a5
、第六辅助二极管S
a6
、辅助换流电感L
r
、辅助继电器第一触点R
a1
和辅助继电器第二触点R
a2
；其中，所述第一主开关管S1的源极、第二主开关管S2的漏极、第三主开关管S3的漏极相连于a点；第三主开关管S3的源极、第四主开关管S4的漏极相连于b点；第二主开关管S2的源极与第三主开关管S3的漏极相连于P点，主回路飞跨电容C
F
连接在a点与b点之间，滤波电感L
in
一端连于P点，另一端连于输入电源的正极；第一辅助二极管S
a1
的正极与第二辅助二极管S
a2
的负极相连于c点，第三辅助开关管S
a3
的发射极与第四辅助开关管S
a4
的集电极相连于d点，第二辅助二极管S
a2
的正极与第三辅助开关管S
a3
的集电极相连于Q点，辅助回路飞跨电容C
aF
连接在c点与d点之间；第一辅助二极管S
a1
的负极与辅助回路的直流母线滤波电容C
aB
的正极相连，第四辅助开关管S
a4
的发射极与辅助回路的直流母线滤波电容C
aB
的负极相连；辅助继电器第一触点R
a1
的公共端连于第一辅助二极管S
a1
的负极，常闭端连于第五辅助二极管S
a5
的正极，第五辅助二极管S
a5
的负极连于a点，辅助继电器第二触点R
a2
的公共端连于第一辅助开关管S
a4
的发射极，常开端连于第六辅助二极管S
a6
的正极，第六辅助二极管S
a6
的负极连于b点；第一主开关管S1的漏极与辅助继电器第一触点R
a1
常开端、直流母线滤波电容C
B
的正极相连，第四主开关管S4源极与辅助继电器第一触点R
a1
常闭端、直流母线滤波电容C
B
的负极相连；其中，设定i
load
为流经滤波电感L
in
的瞬时电流，I
load
为流经滤波电感L
in
的平均电流；C1‑
C4主开关S1‑
S4的等效并联电容，电容值都为C
m
‑
oss
；C
a3
‑
C
a4
为辅助开关S
a3
‑
S
a4
的等效并联电容，电容值都为C
a
‑
oss
；换流谐振电流I
r
定义为：换流谐振电感L
r
中通过的最大电流与滤波电感L
in
中的电流I
load
之差；i
load
流入P点定义为正，由P点流出定义为负；i
Lr
由P点流入Q点定义为正，由Q点流入P点定义为负。2.根据权利要求1所述的等效电容分压辅助换流的同步整流三电平Boost变换器，其特征在于，电路运行共分为两种工况：工况一：当时，辅助继电器处于失电状态，其触点R
a1
和R
a2
常闭触点闭合；电路处于稳定状态，S2、S4处于导通状态，S1、S3和S
a3
‑
S
a4
处于关断状态；输入电源电流i
load
通过S2、S4和C
F
续流；t0时刻，开通辅助开关S
a4
，延迟D
A1
后，关断S2；关断S2后，延迟D
A2
，开通S3；S3保持开通，D
A3
后，断开辅助开关S
a4
；
断开辅助开关S
a4
后，延时D
A4
，关断主开关S4；D
A4
＝T
ΔN
T
ΔN
由主回路SPWM的控制；断开主开关S4后，延时D
A5
，开通辅助开关S
a3
；T
ΔP
由主回路SPWM的控制；辅助开关S
a3
保持导通，延时D
A6
，开通主开关S1；D
A6
＝ττ由主回路SPWM的控制；主开关S1保持开通，延迟D
A7
后，关断S1；关断S1后，延迟D
A8
，开通S4；S4保持开通，D
A9
后，断开辅助开关S
a3
；工况二：当时，辅助继电器处于得电状态，其触点R
a1
和R
a2
常开触点闭合；电路处于稳定状态，S1、S2处于导通状态，S3、S4和S
a3
‑
S
a4
处于关断状态；输入电源电流i
load
通过S1、S2和C
B
续流；t0时刻，开通辅助开关S
a4
，延迟D
A1
后，关断S1；关断S1后，延迟D
A2
，开通S4；S4保持开通，D
A3
后，断开辅助开关S
a4
；断开辅助开关S
a4
后，延时D
A4
，关断主开关S4；D
A4
＝T
ΔN
T
ΔN
由主回路SPWM的控制；断开主开关S4后，延时D
A5
，开通主开关S1；
T
ΔP
由主回路SPWM的控制；主开关S1保持开通，延时D
A6
，开通辅助开关S
a3
；D
A6
＝ττ由主回路SPWM的控制；辅助开关S
a3
保持导通，延迟D
A7
后，关断S2；关断S2后，延迟D
A8
，开通S3；S3保持开通，D
A9
后，断开辅助开关S
a3
；3.根据权利要求2所述的等效电容分压辅助换流的同步整流Boost变换器，其特征在于：电路运行的两种工况下的工作模式及过程分析：工况一：当时，辅助继电器处于失电状态，其触点R
a1
和R
a2
常闭触点闭合；模式1，t&lt;t0：电路处于稳定状态，S2、S4处于导通状态，S1、S3和S
a3
‑
S
a4
处于关断状态；输入电源电流i
load
通过S2、S4和C
F
续流；模式2，t0‑
t1：t0时刻，开通辅助开关S
a4
，辅助二极管S
a2
自然导通，换流电感电流i
Lr
从零开始线性增加；t
A
时刻，i
Lr
(t)的值达到I
load
；t1时刻，换流电感电流i
Lr
(t)大小与滤波电感L
in
中的电流及预充电流之和I...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹健，李克宇，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：