一种零电压零电流转移DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种新型的零电压零电流转移ＤＣ－ＤＣ变换器，包括由主开关管Ｓ１、功率二极管Ｄ和储能电感Ｌｆ组成的升压式ＤＣ－ＤＣ变换器，由辅助开关管Ｓ２控制的辅助谐振网络１和由辅助开关管Ｓ３控制的辅助谐振网络２，通过采用辅助谐振网络１和谐振网络２实现了主开关管Ｓ１的零电压零电流通断、辅助开关管Ｓ２和Ｓ３的零电流软开关。该ＤＣ－ＤＣ变换器由于主开关管和辅助开关管都实现了零电流通断，主开关管和辅助开关管均可用ＩＧＢＴ作为开关器件用于高电压、大功率应用场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型的零电压零电流转移DC-DC变换器，具体地说，是涉及一种软开关的PWM变换器。
技术介绍
硬开关PWM变换器以其拓扑结构简洁、控制方式简单、工作频率恒定以及输出调节特性好而得到广泛应用。在高压、大功率应用场合，功率器件承受的电压、电流应力大，开关损耗大，并且电压尖峰和电流浪涌带来的电磁干扰可能影响变换器的正常工作。在传统的设计中通常需用较大容量的开关器件辅以吸收电路，开关频率难以提高。为解决这些问题，近年来国内外提出了许多软开关技术，如谐振开关技术、零开关技术和零转移技术等。其中零转移变换器由于采用辅助网络，利用辅助开关控制谐振元件的谐振过程，在保持PWM变换器优点的同时实现了软开关，减少了开关损耗，成为电力电子领域的研究热点。尽管目前出现许多新型电路拓扑，但仍存在着一些不足，如开关管电压电流应力大、辅助管不能实现软开关、主开关管不能实现四个零、存在较大环流能量等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的零电压零电流转移DC-DC变换器。本专利技术是这样构成的一种新型的零电压零电流转移DC-DC变换器，包括由主开关管S1、功率二极管D和储能电感Lf组成的升压式DC-DC变换器，由辅助管S2控制的辅助谐振网络1和由辅助管S3控制的辅助谐振网络2，其特征在于电源正极通过电感Lf分别连接到开关管S1的集电极、电容C1的一端、开关管S3的集电极、耦合电感L1的同名端、电感L2的非同名端、二极管D的正端；开关管S1的发射极、电容C1的另外一端连接到电源的负端；开关管S3的发射极分别与电感Lr2的一端及二极管D3的正极连接，电感Lr2另一端经电容C2连接到电源的负端；耦合电感L1的另一端经电感Lr1分别与二极管D5、二极管D4的正极相连，二极管D5的负极分别连接到开关管S2的集电极、二极管D3的负极，开关管S2的发射极与电源的负端相连；电感L2的同名端与二极管D2的正极相连，二极管D的负极分别连接到二极管D2和二极管D4的负极、电容C0及电阻R0的一端；电容C0和电阻R0的另一端与电源负端连接；三个开关管S1、S2、S3的基极分别连接到三个控制电路。本专利技术是一种新型的零电压零电流转移的软开关DC-DC变换器电路拓扑，它通过采用两条辅助谐振支路实现了全部主、辅开关的软开关。由于主开关管实现了四个零，消除了电压和电流的交叠现象、降低了开关损耗；四个斜坡，减小了 开关应力减小，同时也解决了硬开关PWM变换器引起的EMI问题、二极管的反向恢复问题。在较宽的负载范围内，零电压、零电流开关条件均可以得到保证。该新型软开关DC-DC变换器由于主开关管和辅助管都实现了零电流通断，主开关管和辅助管均可用IGBT作为开关器件用于高电压、大功率应用场合。附图说明图1是本专利技术的软开关电路图；图2是本专利技术的模式1工作状态的等效电路；图3是本专利技术的模式2工作状态的等效电路；图4是本专利技术的模式3工作状态的等效电路；图5是本专利技术的模式4工作状态的等效电路；图6是本专利技术的模式5工作状态的等效电路；图7是本专利技术的模式6工作状态的等效电路；图8是本专利技术的模式7工作状态的等效电路；图9是本专利技术的模式8工作状态的等效电路。具体实施例方式本专利技术涉及一种新型的零电压零电流转移DC-DC变换器，包括由主开关管S1、功率二极管D和储能电感Lf组成的升压式DC-DC变换器，由辅助管S2控制的辅助谐振网络1和由辅助管S3控制的辅助谐振网络2，其特征在于电源正极通过电感Lf分别连接到开关管S1的集电极、电容C1的一端、开关管S3的集电极、耦合电感L1的同名端、电感L2的非同名端、二极管D的正端；开关管S1的发射极、电容C1的另外一端连接到电源的负端；开关管S3的发射极分别与电感Lr2的一端及二极管D3的正极连接，电感Lr2另一端经电容C2连接到电源的负端；耦合电感L1的另一端经电感Lr1分别与二极管D5、二极管D4的正极相连，二极管D5的负极分别连接到开关管S2的集电极、二极管D3的负极，开关管S2的发射极与电源的负端相连；电感L2的同名端与二极管D2的正极相连，二极管D的负极分别连接到二极管D2和二极管D4的负极、电容C0及电阻R0的一端；电容C0和电阻R0的另一端与电源负端连接；三个开关管S1、S2、S3的基极分别连接到三个控制电路。上述的DC-DC变换器，如图2所示，它的工作原理是这样的为简化分析，假设电路中所有元器件都是理想的，输入滤波电感Lf足够大，用恒流源Ii代替，输出滤波电容C0足够大，用恒压源V0代替。设t＝t0以前，主开关管S1和辅助开关S2、S3均关断，谐振电容C2的电压为Vc2max。一个开关周期内有八种运行模式，如图2所示(1)模式1(t0～t1)t0时，辅助管S2零电流导通，有两种工作情况(a)电感Lr1电流由零线性充电至 iLr1=iLr2=Ii2,]]>整流二极管电流iD＝Ii-iL1-iL2＝0，整流二极管D零电流关断，线性充电时间t01=IiLr12V0.]]>(b)Lr2通过S2、D3与C2发生谐振，有iLr2=-VC2maxZr2sinω2(t-t4)---(1)]]>uc2＝VC2maxcosω2(t-t4) (2)式中，ω2=1Lr2C2,]]>Zr2=Lr2C2.]]>经过 谐振周期后停止谐振，这一段时间可能延续到模式2和模式3。模式2(t1～t2)t1时iD＝0，整流二极管D关断，Lr1通过S2与C1发生谐振，有iLr1=12Ii+V0Zr1sinω1(t-t1)---(3)]]>uC1=12V0---(4)]]>式中，ω1=2Lr1C1,]]>Zr1=2Lr1C1.]]>C1电压uC1逐渐降低，同时耦合电感次级电流iL2通过D2流到负载，辅助开关承受较小的电流应力，这个阶段时间t12=πω1=πLr1C12.]]>(3)模式3(t2～t3)t2时，uC1＝0，主开关管体内反并二极管D1导通，此时给主开关管S1加上触发脉冲，S1零电压接通。谐振电感Lr1电流iLr1=12Ii-V0Lr1(t-t2),]]>谐振电感Lr1中能量反馈到负载，谐振电感线性放电，流过主开关管S1电流线性增加，S1为零电流接通。当t23=IiLr12V0]]>时，iLr1＝0，辅助管S2电流iS2＝0，此后到辅助管S3开通前任何时刻关断辅助开关管S2均可实现辅助管S2零电流关断。(4)模式4(t3～t4)t3时，主开关管S1的漏源电流达到滤波电感Lf的电流Il，电路恢复到传统的PWM工作状态。(5)模式5(t4～t5)t4之前，主开关S1导通，C2电压已充电到-Vc2max。t4时，辅助管S3零电流导通，Lr2通过S1、S3与C2发生谐振。在这一时间段有iLr2=VC2maxZr2sinω2(t-t4)---(5)]]>uc2＝-VC2maxcosω2(t-t4) (6)谐振电流iLr2迫使主开关管S1的漏源电流iS1＝Ii-iLr2以正弦规律减小，当iLr2谐振到等于输入电流Ii时，主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的零电压零电流转移ＤＣ－ＤＣ变换器，包括由主开关管Ｓ１、功率二极管Ｄ和储能电感Ｌｆ组成的升压式ＤＣ－ＤＣ变换器，由辅助管Ｓ２控制的辅助谐振网络１和由辅助管Ｓ３控制的辅助谐振网络２，其特征在于：电源正极通过电感Ｌｆ分别连接到开关管Ｓ１的集电极、电容Ｃ１的一端、开关管Ｓ３的集电极、耦合电感Ｌ１的同名端、电感Ｌ２的非同名端、二极管Ｄ的正端；开关管Ｓ１的发射极、电容Ｃ１的另外一端连接到电源的负端；开关管Ｓ３的发射极分别与电感Ｌｒ２的一端及二极管Ｄ３的正极连接，电感Ｌｒ２另一端经电容Ｃ２连接到电源的负端；耦合电感Ｌ１的另一端经电感Ｌｒ１分别与二极管Ｄ５、二极管Ｄ４的正极相连，二极管Ｄ５的负极分别连接到开关管Ｓ２的集电极、二极管Ｄ３的负极，开关管Ｓ２的发射极与电源的负端相连；电感Ｌ２的同名端与二极管Ｄ２的正极相连，二极管Ｄ的负极分别连接到二极管Ｄ２和二极管Ｄ４的负极、电容Ｃ０及电阻Ｒ０的一端；电容Ｃ０和电阻Ｒ０的另一端与电源负端连接；三个开关管Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３的基极分别连接到三个控制电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林国庆，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]