本发明专利技术公开了三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构，包括：一单相三电平半桥逆变电路、一软开关辅助电路，一耦合变压器、一不控全波整流电路、一滤波电路和一负载电阻。利用三电平技术有利于减小开关管的电压应力；利用软开关辅助电路可使超前管和滞后管在电路工作过程中是解耦的，并使滞后管在轻载的时候也能有足够的能量实现零电压开关；利用磁集成技术，将两个变压器集成在一个磁芯上，这两个变压器交替地工作于正激状态和反激状态；利用反激变压器具有滤波电感作用，直流滤波电路可省去滤波电感，仅由滤波电容构成。因此该拓扑结构具有适用于高压输入场合，能在较宽的负载范围内实现软开关，功率密度高等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子直流-直流变换
，具体而言涉及一种高功率密度、高输入和高变压器利用率，并且在较宽的负载范围内能实现零电压软开关的三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构。
技术介绍
DC-DC变换器有着广泛的应用，而伴随着科技技术的不断发展，人们对电力电子装置的电压和功率等级的要求也跟着不断的提高。所以，为了降低开关管的电压等级，提高效率，降低成本，巴西学者J.Pinher1和1.Barbi提出了三电平直流变换器的概念，另外，高频化也是人们所追求的目标，所以功率器件的开关损耗备受关注，软开关技术也应运而生。随后，不少研宄都围绕着三电平电路拓扑、软开关技术和控制方法在不断的进步。传统的三电平零电压软开关直流变换器，其拓扑电路的特点是引进了大容量的飞跨电容，变换器工作时其电压稳定在输入电压的一半，使得超前管，滞后管实现软开关的条件相互独立，互不干扰，并且将移相技术与软开关技术结合起来，能很好的降低电路中的损耗，提高效率，因此，非常适合高输入电压中大功率场合。但其存在一定问题，例如，由于只有漏感的能量参与开关内结电容的谐振，所以滞后臂在轻载情况下很难实现软开关；变换器的效率低，零状态时间长；谐振电感的存在，使得变压器副边有占空比丢失现象，变压器漏感越大，占空比损失越大，次级占空比越小；副边整流二极管电压尖峰大。为了滞后桥臂也能在较宽的负载范围内实现软开关，可以增加变压器的漏感，但这样就降低了变压器的利用率，也可以增加两个饱和电感作为开关，分别与整流二极管的阳极串联，但电路的功率密度下降，成本变大。在直直变换器中，正激式变换电路功率大，可靠度高，但其变压器需要磁芯复位，并且多了一个续流二极管，使电路的器件多，增大成本；反激式变换电路结构简单，成本较低，但其峰值电流较大，输出电压纹波大。所以，正反激组合变换器应运而生，相继出现了零电压转换正反激直直变换器、有源箝位正反激变换器等，但其都对电压和功率等级有限制，适合中小功率的场合。综上所述，在确保电路的功率密度较大，变压器利用率较高，并且具有较高输入电压的情况下，也能在较宽的负载范围内实现软开关，使得开关器件损耗小，是待研宄的热点。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供了一种三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构，该电路拓扑结构利用三电平技术有利于减小开关管的电压应力，使变换器适用于高压输入场合。增加软开关辅助电路确保滞后管在轻载的时候也能有足够的能量实现零电压开关，具有在较宽的负载范围内实现软开关的优点。采用磁集成技术设计耦合变压器，可有效的提高变压器的利用率，减小变压器体积重量。由于耦合变压器在反激状态工作时，具有滤波电感作用，因此直流滤波电路只由一个滤波电容构成，省去了滤波电感，有利于减小变换器的体积，提高变换器的功率密度。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是:一种三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构，该电路拓扑主要包括:单相三电平半桥逆变电路、软开关辅助电路，耦合变压器、不控全波整流电路、滤波电路(C。)和负载电阻(R)。所述单相三电平半桥逆变电路由四个开关管⑶?S4，每个开关管都带有各自内部的一个寄生二极管和一个结电容)、第一和第二箝位电容(C1X2)和第一和第二箝位二极管(υ?)组成，第一开关管(S1)和第四开关管(S4)组成超前桥臂，第二开关管(S2)和第三开关管(S3)组成滞后桥臂；所述软开关辅助电路由第一飞跨电容(Csl)、第二飞跨电容(Cs2)和谐振电感(LJ组成；所述耦合变压器由一个铁芯及四个绕组组成，其分别为:第一原边绕组(Lpl)对应的第一副边绕组(Lsl)，第二原边绕组(Lp2)对应第二副边绕组(Ls2);所述不控全波整流电路由第一二极管(DJ和第二二极管(DJ组成；所述整个电路拓扑的连接如下:所述第一箝位电容(C1)的正极和第一开关管(S1)的漏极分别与输入源(Uin)的正极相连；所述第二箝位电容(C2)的阴极和第四开关管(S4)的源极分别与输入源(Uin)的负极相连；所述第一开关管(S1)的源极、第二开关管(S2)的漏极和第一飞跨电容(Csl)的正极分别与第一箝位二极管(Dca)的阴极相连；所述第二开关管(S2)的源极、第三开关管(S3)的漏极和第一原边绕组(Lpl)的“ ?”端分别与谐振电感(D的一端相连；所述第一飞跨电容(Csl)的阴极和第二飞跨电容(Cs2)的阳极分别与谐振电感(LJ的另一端相连；所述第二飞跨电容(Cs2)的阴极、第二箝位二极管(DJ的阳极和第三开关管(S3)的源极分别与第四开关管(S4)的漏极相连；所述第一箝位电容(C1)的阴极、第二箝位电容(C2)的阳极、第一箝位二极管(Dca)的阳极和第二箝位二极管(DJ的阴极分别与第二原边绕组(Lp2)的“.”端相连；所述第一原边绕组(Lpl)的非“.”端与第二原边绕组(Lp2)的非“.”端相连；所述第一副边绕组(Lsl)的“.”端与第一二极管(DJ的阳极相连；所述第二副边绕组(Ls2)的“.”端与第二二极管(DJ的阳极相连。所述第二副边绕组(Ls2)的非“.”端、第一副边绕组(Lsl)的非“.”端和滤波电容(C。)的阴极分别与负载电阻(R)的一端相连；所述第一二极管(DJ的阴极、第二二极管(DJ的阴极和滤波电容(C。)的阳极分别与负载电阻(R)的另一端相连；本专利技术的电源输入电压为400VDC，输出电压为20VDC，额定输出功率为300W。本专利技术的电路参数包括:I)整流电路中，由输入电压与整流二极管(D&、D02)电压应力的关系，负载电流与整流二极管电流的关系以及考虑到整流二极管工作在高频场合，因此选取整流二极管为快恢复二极管，型号为MUR1540 (600V/30A)；2)两个箝位二极管(Dc^ Dc2)的选取方法同上，最终选取型号为MURl540(600V/30A)；；3)两个箝位电容(C1、C2)选取330 μ F/250V的电解电容；4)由输入电压与四个开关管(Si?S4)电压应力的关系和负载电流与四个开关管(S1-S4)电流的关系，以及开关频率的大小，选取开关管的型号为IRFP350(400V/16A)；5)滤波电路中，滤波电容的取值为940 yF/50V ；6)软开关辅助电路中，谐振电感(LJ的取值为6 μ F，两飞跨电容(Csl、Cs2)选取10yF/200V的电解电容；7)由输出电压以及负载功率的大小，确定电阻(R)的阻值为1.3Ω ;8)由输出功率和输入电压以及占空比的关系，变压器的匝数比为12/3，副边的两线圈电感(LspLs2)为24 μ F。有益效果:1、本专利技术与正反激变换器结合，提高了电路的输入电压和功率变换等级。2、本专利技术采用软开关辅助电路以及移相控制技术，使电路在宽负载范围内也能实现软开关，减小了开关器件的应力和损耗。3、本专利技术的耦合变压器由一个铁芯及四个绕组组成，相当于两个变压器级联，它们交替地工作在正激状态和反激状态，提高了变压器的利用率。4、本专利技术的电路中不需要输出滤波电感，提高了电路的功率密度。【附图说明】图1为本专利技术实施例三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构的结构示意图。图2a_2h分别为图1实施例三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构的八个模态图。图3为图1实施例三电平软开关正反激直直变换本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三电平软开关正反激直直变换电路拓扑结构，其特征在于，所述的电路拓扑结构包括：单相三电平半桥逆变电路、软开关辅助电路、耦合变压器、不控全波整流电路、滤波电路(Co)和负载电阻(R)；所述单相三电平半桥逆变电路由四个开关管(S1～S4，每个开关管都带有各自内部的一个寄生二极管和一个结电容)、第一和第二箝位电容(C1、C2)和第一和第二箝位二极管(Dc1、Dc2)组成，第一开关管(S1)和第四开关管(S4)组成超前桥臂，第二开关管(S2)和第三开关管(S3)组成滞后桥臂；所述软开关辅助电路由第一飞跨电容(Cs1)、第二飞跨电容(Cs2)和谐振电感(Lr)组成；所述耦合变压器由一个铁芯及四个绕组组成，其分别为：第一原边绕组(Lp1)对应的第一副边绕组(Ls1)，第二原边绕组(Lp2)对应第二副边绕组(Ls2)；所述不控全波整流电路由第一二极管(Do1)和第二二极管(Do2)组成；所述整个电路拓扑的连接如下：所述第一箝位电容(C1)的正极和第一开关管(S1)的漏极分别与输入源(Uin)的正极相连；所述第二箝位电容(C2)的阴极和第四开关管(S4)的源极分别与输入源(Uin)的负极相连；所述第一开关管(S1)的源极、第二开关管(S2)的漏极和第一飞跨电容(Cs1)的正极分别与第一箝位二极管(Dc1)的阴极相连；所述第二开关管(S2)的源极、第三开关管(S3)的漏极和第一原边绕组(Lp1)的“·”端分别与谐振电感(Lr)的一端相连；所述第一飞跨电容(Cs1)的阴极和第二飞跨电容(Cs2)的阳极分别与谐振电感(Lr)的另一端相连；所述第二飞跨电容(Cs2)的阴极、第二箝位二极管(Dc2)的阳极和第三开关管(S3)的源极分别与第四开关管(S4)的漏极相连；所述第一箝位电容(C1)的阴极、第二箝位电容(C2)的阳极、第一箝位二极管(Dc1)的阳极和第二箝位二极管(Dc2)的阴极分别与第二原边绕组(Lp2)的“·”端相连；所述第一原边绕组(Lp1)的非“·”端与第二原边绕组(Lp2)的非“·”端相连；所述第一副边绕组(Ls1)的“·”端与第一二极管(Do1)的阳极相连；所述第二副边绕组(Ls2)的“·”端与第二二极管(Do2)的阳极相连；所述第二副边绕组(Ls2)的非“·”端、第一副边绕组(Ls1)的非“·”端和滤波电容(Co)的阴极分别与负载电阻(R)的一端相连；所述第一二极管(Do1)的阴极、第二二极管(Do2)的阴极和滤波电容(Co)的阳极分别与负载电阻(R)的另一端相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马海啸，窦友婷，刘彬，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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