一种高效率的DC-DC变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种高效率的DC-DC变换器，包括结构相同的第一全桥、第二全桥和第三全桥，全桥的桥臂均与输入电源并联且第一全桥、第二全桥和第三全桥之间的相位相差120度；超前桥臂的桥上管先发驱动，桥下管比桥上管延时半个周期驱动；滞后桥臂的桥上管比超前桥臂的桥上管延时一个X时间驱动。由于对于每阶能量传递的5个状态，第一全桥、第二全桥和第三全桥中都至少有一相、最多两相进行工作，在整个过程中电流由同时工作的全桥分担，减少了单个全桥的电流负荷，不但有效降低电路损耗，解决传统全桥在做大功率时的电流限制问题，而且还降低了器件的耐流要求。由于在部分时段实现软开关状态，降低了由开关管的硬开关状态带来的开关管损耗，从而提高了DC-DC变换器的变换效率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种高效率的DC-DC变换器，包括结构相同的第一全桥、第二全桥和第三全桥，全桥的桥臂均与输入电源并联且第一全桥、第二全桥和第三全桥之间的相位相差120度；超前桥臂的桥上管先发驱动，桥下管比桥上管延时半个周期驱动；滞后桥臂的桥上管比超前桥臂的桥上管延时一个X时间驱动。由于对于每阶能量传递的5个状态，第一全桥、第二全桥和第三全桥中都至少有一相、最多两相进行工作，在整个过程中电流由同时工作的全桥分担，减少了单个全桥的电流负荷，不但有效降低电路损耗，解决传统全桥在做大功率时的电流限制问题，而且还降低了器件的耐流要求。由于在部分时段实现软开关状态，降低了由开关管的硬开关状态带来的开关管损耗，从而提高了DC-DC变换器的变换效率。【专利说明】—种高效率的DC-DC变换器
本技术涉及一种电压变换器，具体涉及一种高效率的DC-DC变换器。
技术介绍
在太阳能发电系统、燃料电池发电系统等低压、大电流供电系统中，直流-直流(DC-DC)变换器能够将固定的直流电压变换成可变的直流电压并进行输出，因而是实现能量装换、传递电压电流及功率控制的关键执行部件。传统的DC-DC变换器采用硬开关的工作方式，影响硬开关DC-DC变换器工作效率的因素主要是开关管的损耗。开关管的损耗主要分为两部分，一是开关管在开通和关断的过程中，由于电压和电流的同时存在而产生的开断损耗；而是在开关管开通时，因为其本身导通电阻的存在而产生的导通损耗。目前的DC-DC变换器主要以单相全桥拓扑的形式为主，其具有控制方式灵活、功率等级高的特点，在高电压小电流输入的降压场合能达到较好的效率。但如果将这种全桥式DC-DC变换器直接应用于低压大电流输入的场合时，由于电流增大导致开关管的导通损耗倍增，因此难以达到预期变换效率，且随着功率等级进一步增加，电流进一步增大时，对器件的耐流和散热要求就越来越高。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提出了一种可同时实现开关管的零电压开通和零电流开通、关闭，可以解决传统全桥在做大功率时的电流限制问题，且能实现小体积、对器件耐流要求低的高效率的DC-DC变换器。本技术的技术方案如下:一种高效率的DC -DC变换器，其特征在于:它包括结构相同的第一全桥、第二全桥和第三全桥，每个全桥包括两个并联的桥臂和一个变压器，所述桥臂由两个串连的开关管构成，所述桥臂均与输入电源并联；所述同一桥臂中驱动信号超前的开关管为桥上管，驱动信号滞后的开关管为桥下管，所述全桥中驱动信号超前的桥臂为超前桥臂，驱动信号滞后的桥臂为滞后桥臂；所述变压器的正极输入端子连接所述超前桥臂的两开关管之间，负极输入端子连接所述滞后桥臂的两开关管之间；所述第一全桥、第二全桥和第三全桥之间的相位相差120度；所述超前桥臂的桥上管先发驱动，所述桥下管比所述桥上管延时半个周期驱动；滞后桥臂的桥上管比超前桥臂的桥上管延时一个X时间驱动。所述X的取值范围应该在60-120°之间。所述变压器的输出端先后连接一个整流电路和一个LC滤波电路。所述整流电路包括三组并联电路，每组电路包括两个串连的二极管。所述第一全桥、第二全桥和第三全桥的变压器的副边线圈的负极端子连接在一起。所述变压器的副线圈正极端子连接在两所述二极管之间。所述开关管为场效应管。本技术的技术效果如下:本技术的一种高效率的DC-DC变换器，包括结构相同的第一全桥、第二全桥和第三全桥,全桥的桥臂均与输入电源并联且第一全桥、第二全桥和第三全桥之间的相位相差120度；超前桥臂的桥上管先发驱动，桥下管比桥上管延时半个周期发驱动；滞后桥臂的桥上管比超前桥臂的桥上管延时一个X时间驱动。由于对于每阶能量传递的5个状态，第一全桥、第二全桥和第三全桥中都至少有一相、最多两相进行工作，这样在整个过程中电流由同时工作的全桥分担，减少了单个全桥的电流负荷，不但有效降低电路损耗，还解决传统全桥在做大功率时的电流限制问题，而且还降低了器件的耐流要求。由于滞后桥臂的开关管(SA2P，SA2N, SB2P, SB2N, SC2P, SC2N)实现零电压开通，超前桥臂的开关管(SA1P，SAIN, SB1P, SB IN, SC1P, SC1N)实现零电流关断和零电流开通，因此本技术的DC-DC变换器能够在整个过程时段实现软开关状态，这样就降低了由开关管的硬开关状态带来的开关管损耗，从而提高了 DC-DC变换器的变换效率。【专利附图】【附图说明】图1是本技术的DC-DC变换器拓扑结构图图2是本技术的DC-DC变换器控制时序图图3是本技术的第一阶段电路示意图图4是本技术的第二阶段电路示意图图5是本技术的第三阶段电路示意图图6是本技术的第四阶段电路示意图图7是本技术的第五阶段电路示意图【具体实施方式】下面结合附图对本技术进行说明。为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本技术的DC-DC变换器的输入端包括三个结构相同的全桥，其中每个全桥包括两个桥臂和一个单相变压器，每个桥臂由两个串连的开关管构成，所有全桥的桥臂均与输入电源并联；变压器的输入端子分别连接在桥臂的开关管之间，输出电压经过一个由二极管构成的整流电路进行整流，之后再经过一个LC滤波电路滤波，这样就得到了所需的直流输出电压。本技术将同一全桥中驱动信号超前的桥臂称为超前桥臂，驱动信号滞后的桥臂称为滞后桥臂；将同一桥臂中驱动信号超前的开关管称为桥上管，驱动信号滞后的开关管称为桥下管。变压器原线圈的正极端子连接在超前桥臂的两个开关管之间，负极端子连接在滞后桥臂的两个开关管之间；副线圈的正极端子连接在整流电路的两个二极管之间，三个全桥的负极端子连接在一起。由于开关管的所有占空比都为50%，需要留有一定的死区时间，对于第一全桥而言，超前桥臂的桥上管先发驱动，桥下管比桥上管延时半个周期驱动，滞后桥臂的桥上管比超前桥臂的桥上管延时一个X时间驱动；第二全桥、第三全桥与第一全桥一样，桥下管、桥上管间相差半个周期，滞后桥臂的桥上管、超前桥臂的桥上管间相差一个X时间;第一全桥、第二全桥、第三全桥，每个全桥之间的相位相差120度。由此实现开关管的零电压(ZVS)开通和零电流(ZCS)开通和关闭。由于X时间是根据预期的输出电压Vout确定的，因此X越大输出电压Vout越高，X越小输出电压Vout越低。本技术的X的取值范围应该在60-120°之间，这样输出电压Vout在NVin与2NVin之间，其中N代表变压器的匝比。这样对比一般的升压系统来说，也能减少设计时变压器的匝数比，进而也能进一步提高效率。如图1所示，由第一超前桥上管SA1P、第一超前桥下管SA1N、第一滞后桥上管SA2P、第一滞后桥下管SA2N组成第一全桥A的超前桥臂和滞后桥臂，由第二超前桥上管SB1P、第二超前桥下管SB1N、第二滞后桥上管SB2P、第二滞后桥下管SB2N组成第二全桥B的超前桥臂和滞后桥臂，由第三超前桥上管SC1P、第三超前桥下管SC1N、第三滞后桥上管SC2P、第三滞后桥下管SC2N组成第三全桥C的超前桥臂和滞后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率的DC‑DC变换器，其特征在于：它包括结构相同的第一全桥、第二全桥和第三全桥，每个全桥包括两个并联的桥臂和一个变压器，所述桥臂由两个串连的开关管构成，所述桥臂均与输入电源并联；所述桥臂中驱动信号超前的开关管为桥上管，驱动信号滞后的开关管为桥下管，所述全桥中驱动信号超前的桥臂为超前桥臂，驱动信号滞后的桥臂为滞后桥臂；所述变压器的正极输入端子连接所述超前桥臂的两开关管之间，负极输入端子连接所述滞后桥臂的两开关管之间；所述第一全桥、第二全桥和第三全桥之间的相位相差120度；所述超前桥臂的桥上管先发驱动，所述桥下管比所述桥上管延时半个周期驱动；滞后桥臂的桥上管比超前桥臂的桥上管延时一个X时间驱动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王海龙，
申请(专利权)人：中科恒源科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11