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一种具有馈能特性的软性缓冲变换器制造技术

技术编号:3383745 阅读:189 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本实用新型专利技术公开了一种具有馈能特性的软性缓冲变换器,用于所有的非隔离型DC/DC变换器,与其它变换器解决暂态磁能的技术方法不同,是借助一个与变换器中的电感器共用磁芯的附加耦合绕组,在开关开通时其漏电感与吸收电容器构成串联谐振,以其感应电势及谐振电势,使吸收电容器能在不产生环流下馈能,低损耗地解决电子开关关断感性负载时产生的暂态难题,达到高性价比。(*该技术在2010年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及用于非隔离型直流-直流变换器的命名为软缓冲技术的新技术,其核心与基础就是一种具有简捷馈能特性的软性缓冲电路,有别于现有的各种缓冲电路技术与软开关电路技术,属电工学科,电力电子学分支领域。脉冲斩波变流技术是现代电力电子技术的核心,其结合高频全控型电力电子器件与脉冲时间比率调制控制技术,构成基本电力变流电路,应用于各种变流装置。但是,在脉冲斩波变流电路中,由于电路中存在电感、电容储能元件以及电路存在分布电容、引线电感、器件寄生电容,变压器漏感等,在高速开关变流过程中,不可避免存在显著的暂态过程,发生异常高幅值的电压或电流;又由于电力电子器件本身非理想电子开关,亦存在开关时间,这样电力电子器件在此暂态过程中,必然存在其电压波形与电流波形的高度交叠,这种交叠加上暂态下的高幅值电压或电流,由开关功率损耗PT表达式(1)知,这种开关损耗很大。在电力电子
,称此脉冲斩波方式为硬开关电路。PT=IT∫Δtu(t)i(t)dt]]>,T为开关工作周期,Δt为开关暂态时间;(1)硬开关电路造成脉冲斩波变流电路损耗大、电磁干扰严重、可靠性降低,而且随着开关工作频率的提高,此现象更为严重。为此,必须在电力电子电路中加接缓冲电路(snubber)。缓冲电路的加入改变了电力电子开关器件的开关工作点轨迹,使其在暂态过渡期间电压波形、电流波形的交叠部分显著减少,并使暂态过程的能量有了泄放地方,显著地降低了暂态电压、电流峰值。现在,为了节能,为了支持信息技术的发展,为了更高程度的自动化与机电一体化,社会迫切要求电力电子变流装置具有更高的效率、更好的电磁兼容性、更低的成本费用、更高的工作频率以获得更小的体积与重量。要达到上述目标,人们提出许多新技术以克服传统缓冲电路的缺陷。目前国内外在这方面的工作可分为两大途径。其一为改良性方法,它是在传统缓冲技术基础上,改变暂态能量的泄放方式,设法将有损耗的缓冲电路改变为无损耗的缓冲电路(即馈能);其二为近年来提出的抛弃传统做法,构造新型的电路拓扑,将硬开关电路改为软开关电路的革命性的新方法。前者要附加二极管、功率电感器、电容器,在传统缓冲电路基础上,去掉耗能电阻,将吸收电容器上的电场能量,在开关管开通时再转换为附加电感器的磁能,该磁能在下一个关断阶段将此能量回馈给输入电压源或负载,以构成损耗很低的缓冲电路;其特性类同传统缓冲电路一样,只能解决开关关断或开通两个暂态阶段的其中一个阶段的缓冲,并且一个暂态阶段(如关断)缓冲的实现是以增大另一个暂态阶段(如开通)的硬开关效应为代价,若两者都要实现无损耗的缓冲,则电路相当复杂,此外还存在能量多次回馈时产生的高电流附加损耗,及依赖于工作条件而很困难在不同工作条件下取得良好缓冲效果等缺陷。后者则为了克服前者缺陷,利用增加的辅助有源电力电子开关器件、二极管、功率电感器、电容器等构成辅助有源谐振换流电路,选择适当的辅助控制电路,使开关管在每个开关暂态过渡期间都工作在零电压或零电流状态,使开关关断或开通两个暂态阶段都能实现开关功率损耗最小。显然,这两种方法都因增加功率电感器、电力电子器件等增大了成本、体积、重量。总的来说,前者代价大,效果不够好,后者在效果上虽然优于前者,但除了代价更大外,还因使用了有源软开关电路而增大了电路与控制的复杂度,故推广应用受到了很大的限制。为此,寻找传统缓冲电路的更好替代技术或性价比更优越的软开关电路一直是电力电子
的热门研发课题。经检索没有发现理想的具有馈能特性的软性缓冲变换器问世。本技术在于设计一种实现吸收电容器中的电场能量的无损耗释放即具有馈能特性的软性缓冲变换器本技术提出在电力电子开关管VT1的主电极两端并联一个由隔离用高速开关二极管Dr1、高频无感吸收电容器Cr1组成的DC串联电路,隔离二极管Dr1的接法为使其正极性与电力电子开关管VT1的正极在连线上朝向相同,由二极管Dr1与电容器Cr1构成的串联电路的公共端点接至另一个隔离用高速开关二极管Dr2的一端,隔离二极管Dr2的接法为使其与二极管Dr1构成正向串联接法,即二极管Dr1的负极在连线上与的正极最靠近,二极管Dr2的另一端接至耦合电感器T1的次边绕组Lr上,耦合电感器T1的原边绕组Lp就是直流-直流变换器中的电感器,耦合电感器T1的次边绕组Lr与原边绕组Lp共用一个磁芯,次边绕组Lr为在原边绕组Lp上增加的一个与原边绕组Lp线圈匝数相同但有电气隔离的小功率绕组,次边绕组Lr与二极管Dr2的接法要求是使次边绕组Lr在电力电子开关管VT1导通时的感应电势的极性与二极管Dr2的极性形成正向连接,其耦合电感器的耦合系数k为0.98~0.99,使得已充电电容器有足够高电势在不形成与原边绕组Lp电流环流下能向输入源或负载放完电,电感器的原边绕组原边绕组Lp的同名端,即打*点端接至输入电压源正极,原边绕组Lp的非同名端,即无打*点端接至开关管的正极,以保证上述的次边绕组Lr的感应电势的正确极性,次边绕组Lr的另一端,即同名端,也就是打*点端接至由电容器C1与电容器C2作串联连接的公共端点,电容器C1的另一端与电容器C2的另一端,这两端点接至合适的输出负载两端一组、输入电压源两端一组这两组取其中之一组,选择是不能构成与原边绕组形成电流的环流,电容器C1接该组中的电压较高的端子,电容器C2则接同一组中电压较低的端子,电容器C1、电容器C2可视为输出电容的一部分,对大多数使用D≤1/2的情况,只要取KU为1,即C1=0,C2就与Co合二而一,高频无感吸收电容器Cr1的量值应选取能基本吸收VT1断开电感器时加在开关管VT1上的暂态磁能,也就是使开关管关断时的电压、电流波形明显错开,重叠部分最少,这样软缓冲电路就只增加电容器Cr1、二极管Dr1、二极管Dr2及与变换器原有电感器原边绕组Lp共用一个磁芯的次边绕组Lr的绕组四个元件,只是将传统RCD型关断缓冲电路的大功率电阻R去掉,以二极管Dr2、次边绕组Lr绕组取而代之。在BOOST型中,电力电子开关管VT1的主电极两端并联一个由隔离用高速开关二极管Dr1、高频无感吸收电容器Cr1组成的DC串联电路,隔离二极管Dr1的正极接电力电子开关管VT1的正极,隔离二极管Dr1的负极与电容器Cr1一端连接,电容器Cr1的另一端接电力电子开关管VT1的负极,即电路的公共地端,由二极管Dr1与电容器Cr1构成的串联电路的公共端点接至另一个隔离用高速开关二极管Dr2的一端,隔离二极管Dr2的正极与二极管Dr1的负极连接,二极管Dr2的另一端接至耦合电感器T1的次边绕组Lr上,耦合电感器T1的原边绕组Lp就是BOOST变换器中的电感器,耦合电感器T1的次边绕组Lr与原边绕组Lp共用一个磁芯,次边绕组Lr为在原边绕组Lp上增加的一个与原边绕组Lp线圈匝数相同但有电气隔离的小功率绕组,使耦合电感器的耦合系数k为0.98∽0.99,二极管Dr2的负极与次边绕组Lr的非同名端,即无打*点端连接,电感器的原边绕组Lp的同名端,即打*点端接至输入电压源正极,原边绕组Lp的非同名端,即无打*点端接至开关管的正极,次边绕组Lr的另一端,即同名端,即打*点端接至由电容器C1与电本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种具有馈能特性的软性缓冲变换器,其特征是:在电力电子开关管(VT1)的主电极两端并联一个由隔离用高速开关二极管(Dr1)、高频无感吸收电容器(Cr1)组成的DC串联电路,隔离二极管(Dr1)的接法为使其正极性与电力电子开关管(VT1)的正极在连线上朝向相同,由二极管(Dr1)与电容器(Cr1)构成的串联电路的公共端点接至另一个隔离用高速开关二极管(Dr2)的一端,隔离二极管(Dr2)的接法为使其与二极管(Dr1)构成正向串联接法,即二极管(Dr1)的负极在连线上与的正极最靠近,二极管(Dr2)的另一端接至耦合电感器(T1)的次边绕组(Lr)上,耦合电感器(T1)的原边绕组(Lp)就是直流-直流变换器中的电感器,耦合电感器(T1)的次边绕组(Lr)与原边绕组(Lp)共用一个磁芯,次边绕组(Lr)为在原边绕组(Lp)上增加的一个与原边绕组(Lp)线圈匝数相同但有电气隔离的小功率绕组,次边绕组(Lr)与二极管(Dr2)的接法要求是使次边绕组(Lr)在电力电子开关管(VT1)导通时的感应电势的极性与二极管(Dr2)的极性形成正向连接,其耦合电感器的耦合系数k为0.98~0.99,使得已充电电容器有足够高电势在不形成与原边绕组(Lp)电流环流下能向输入源或负载放完电,电感器的原边绕组原边绕组(Lp)的同名端,即打*点端接至输入电压源正极,原边绕组(Lp)的非同名端,即无打*点端接至开关管的正极,以保证上述的次边绕组(Lr)的感应电势的正确极性,次边绕组(Lr)的另一端,即同名端,也就是打*点端接至由电容器(C1)与电容器(C2)作串联连接的公共端点,电容器(C1)的另一端与电容器(C2)的另一端,这两端点接至合适的输出负载两端一组、输入电压源两端一组这两组取其中之一组,选择是不能构成与原边绕组形成电流的环流,电容器(C1)接该组中的电压较高的端子,电容器(C2)则接同一组中电压较低的端子,电容器(C1)、电容器(C2)可视为输出电容的一部分,对大多数使用D≤1/2的情况,只要取K↓[U]为1,即电容器(C1)=0,电容器(C2)就与电容器(Co)合二而一,高频无感吸收电容器(Cr1)的量值应选取能基本吸收电力电子开关管(VT1)断开电感器时加在开关管VT1上的暂态磁能,只增加电容器(Cr1)、二极管(Dr1)、二极管(Dr2)及与变换器原有电感器原边绕组(Lp)共用一个磁芯的次边绕组(Lr)的绕组四个元件,只是将传统R...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:林周布
申请(专利权)人:福州大学
类型:实用新型
国别省市:35[中国|福建]

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