一种ZVS四相全桥变换器及其移相控制方法技术

本发明专利技术公开了一种ZVS四相全桥变换器及其移相控制方法，属于功率变换器的技术领域。变换器主要包括由八个开关管组成的低压侧四相全桥、四相变压器和由八个二极管组成的高压侧四相整流桥臂。该变换器采用移相控制，相对于传统的隔离Boost型升压电路，不需要增加额外的箝位电路，就可以实现所有原边开关管的ZVS。与两相交错并联移相全桥变换器相比，能够减小开关管的导通损耗，减小单个变压器的体积以及滤波电感的体积。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种ZVS四相全桥变换器及其移相控制方法，属于功率变换器的

技术介绍
能源是人类社会发展和进步的基础，随着世界化石能源的日益枯竭，新能源的开发和利用成为了未来能源发展的方向，在各种新型能源中,太阳能取之不尽用之不竭且清洁无污染的特点使得光伏发电系统得到了广泛的研究。光伏电池的电压等级不高，在大功率且电压较高的应用场合中常采用三相Boost型全桥直流变换器进行升压。目前传统的Boost型全桥直流变换器主开关管无法实现软开关，因此效率不高。为实现软开关，学者提出了一种三相交错并联Boost型变换器,通过引入三路有源箝位电路实现了主开关管和箝位开关管的ZVS，但是额外增加的三个有源箝位开关管，使得结构非常复杂且有效占空比范围仅为0~1/3。又有学者提出了一种Boost型三相全桥直流变换器,通过引入一路有源箝位电路实现了主开关管和箝位开关管的ZVS，但是该电路额外引入了一个有源箝位管,增加电路复杂性,且主开关管与有源箝位管的驱动控制方式非常复杂。由此可见，目前传统的三相Boost型全桥直流变换器主要通过增加有源箝位电路来实现开关管的软开关，但是有源箝位电路的引入增加了变换器结构和控制的复杂性。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了一种ZVS四相全桥变换器及其移相控制方法，采用移相控制驱动技术，在不增加额外箝位电路的情况下实现了四相变换器原边所有开关管的ZVS（ZeroVoltageSwitching，零电压开通），解决了现有全桥变换器为实现软开关加入箝位电路存在变换器结构以及控制复杂的技术问题。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种ZVS四相全桥变换器，包括：低压侧电路、四相变压器和高压侧电路，低压侧电路包括：四相全桥和输入滤波电容，四相变压器包括：A相同相变压器、B相同相变压器、C相反相变压器、D相反相变压器，高压侧电路包括：四相整流桥、滤波电感和输出滤波电容；所述输入滤波电容并联在四相全桥的输入侧，A相同相变压器原边绕组的第一端子以及C相反相变压器原边绕组的第一端子均与四相全桥A相桥臂的中点连接，A相同相变压器原边绕组的第二端子以及C相反相变压器原边绕组的第二端子均与四相全桥B相桥臂的中点连接，B相同相变压器原边绕组的第一端子以及D相反相变压器原边绕组的第一端子均与四相全桥C相桥臂的中点连接，B相同相变压器原边绕组的第二端子以及D相反相变压器原边绕组的第二端子均与四相全桥D相桥臂的中点连接，A相同相变压器副边绕组的第一端子以及D相反相变压器副边绕组的第二端子均与四相整流桥a相桥臂的中点连接，A相同相变压器副边绕组的第二端子以及B相同相变压器副边绕组的第一端子均与四相整流桥b相桥臂的中点连接，B相同相变压器副边绕组的第二端子以及C相反相变压器副边绕组的第一端子均与四相整流桥c相桥臂的中点连接，C相反相变压器副边绕组的第二端子以及D相反相变压器副边绕组的第一端子均与四相整流桥d相桥臂的中点连接，滤波电感和输出滤波电容串联形成的串联支路并接在四相整流桥的输出侧，A相同相变压器原边绕组的第一端子和副边绕组的第一端子互为同名端，B相同相变压器原边绕组的第一端子和副边绕组的第一端子互为同名端，C相反相变压器原边绕组的第二端子和副边绕组的第一端子互为同名端，D相反相变压器原边绕组的第二端子和副边绕组的第一端子互为同名端。作为一种ZVS四相全桥变换器的进一步优化方案，四相全桥包括：第一开关管和第五开关管组成的A相桥臂、第二开关管和第六开关管组成的B相桥臂、第三开关管和第七开关管组成的C相桥臂、第四开关管和第八开关管组成的D相桥臂，第一、第二、第三、第四开关管的漏极并接，第一开关管的源极接第五开关管的漏极，第二开关管的源极接第六开关管的漏极，第三开关管的源极接第七开关管的漏极，第四开关管的源极接第八开关管的漏极，第五、第六、第七、第八开关管的源极并接。再进一步的，所述一种ZVS四相全桥变换器中，四相整流桥包括：第一二极管和第五二极管组成的a相桥臂、第二二极管和第六二极管组成的b相桥臂、第三二极管和第七二极管组成的c相桥臂、第四二极管和第八二极管组成的d相桥臂，第一、第二、第三、第四二极管的阴极并接，第一二极管的阳极接第五二极管的阴极，第二二极管的阳极接第六二极管的阴极，第三二极管的阳极接第七二极管的阴极，第四二极管的阳极接第八二极管的阴极，第五、第六、第七、第八二极管的阳极并接。再进一步的，所述一种ZVS四相全桥变换器中，第一至第八开关管为MOS管或IGBT管。一种ZVS四相全桥变换器的移相控制方法，控制四相全桥每个桥臂上的两开关管互补导通，四相全桥每个桥臂上各开关管的导通时间分别为Ts/2，控制B相桥臂上开关管比A相桥臂上开关管推迟td时间导通，控制C相桥臂上开关管比A相桥臂上开关管推迟Ts/4时间导通，控制D相桥臂上开关管比A相桥臂上开关管推迟Ts/4+td时间导通，调整四相全桥变换器变空比在上的取值以使四相全桥变换器工作于降压模式，调整四相全桥变换器变空比在上的取值以使四相全桥变换器工作于升压模式，所述四相全桥变换器变空比为对角管重叠导通时间与半个开关周期的比值，td为对角管重叠导通时间，Ts为开关周期。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：（1）本申请涉及的四相全桥变换器由传统的两相交错并联移相全桥变换器演变而来，通过在传统的两相交错并联移相全桥变换器结构上增加两相反相变压器并改变变压器与四相全桥的连接方式得到本申请公开的四相全桥变换器拓扑，相对于传统的隔离Boost型升压电路，不需要增加额外的箝位电路，采用移相控制方法驱动四相全桥变换器就可以实现所有原边开关管的ZVS，且简化了控制方法；（2）与两相交错并联移相全桥变换器相比，能够减小开关管的导通损耗，减小单个变压器的体积以及滤波电感的体积；（3）该变换器的有效占空比变化范围为0~1，与三相Boost型全桥直流变换器相比，变换器的电路功率等级得到了提高。附图说明图1是本专利技术涉及的四相全桥变换器的电路原理图。图2是本专利技术移相控制四相全桥变换器的电路时序图。图3是本专利技术移相控制四相全桥变换器稳态工作的波形图。图中标号说明：Cin为低压侧滤波电容，Cf为高压侧滤波电容，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7和Q8为第一至第八开关管，Lf为滤波电感，Ds1、Ds2、Ds3、Ds4、Ds5、Ds6、Ds7、Ds8为第一至第八二极管。具体实施方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术涉及的ZVS四相全桥变换器的电路原理图如图1所示，包括低压侧电路、四相变压器和高压侧电路。低压侧电路包括：四相全桥和低压侧滤波电容Cin（即为输入滤波电容），四相全桥由第一至第八开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7和Q8组成。低压侧滤波电容Cin与光伏电池Vin并联。四相全桥包括：第一开关管Q1的源极与第五开关管Q5的漏极连接组成A相桥臂，第二开关管Q2的源极与第六开关管Q6的漏极连接组成B相桥臂，第三开关管Q3的源极与第七开关管Q7的漏极连接组成C相桥臂，第四开关管Q4的源极与第八开关管Q8的漏极连接组成D相桥臂。高压侧滤波电容Cin正端、第一开关管Q1漏极、第二开关管Q2漏极、第三开关管Q3漏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ZVS四相全桥变换器，包括：低压侧电路、四相变压器和高压侧电路，其特征在于，低压侧电路包括：四相全桥和输入滤波电容，四相变压器包括：A相同相变压器、B相同相变压器、C相反相变压器、D相反相变压器，高压侧电路包括：四相整流桥、滤波电感和输出滤波电容；所述输入滤波电容并联在四相全桥的输入侧，A相同相变压器原边绕组的第一端子以及C相反相变压器原边绕组的第一端子均与四相全桥A相桥臂的中点连接，A相同相变压器原边绕组的第二端子以及C相反相变压器原边绕组的第二端子均与四相全桥B相桥臂的中点连接，B相同相变压器原边绕组的第一端子以及D相反相变压器原边绕组的第一端子均与四相全桥C相桥臂的中点连接，B相同相变压器原边绕组的第二端子以及D相反相变压器原边绕组的第二端子均与四相全桥D相桥臂的中点连接，A相同相变压器副边绕组的第一端子以及D相反相变压器副边绕组的第二端子均与四相整流桥a相桥臂的中点连接，A相同相变压器副边绕组的第二端子以及B相同相变压器副边绕组的第一端子均与四相整流桥b相桥臂的中点连接，B相同相变压器副边绕组的第二端子以及C相反相变压器副边绕组的第一端子均与四相整流桥c相桥臂的中点连接，C相反相变压器副边绕组的第二端子以及D相反相变压器副边绕组的第一端子均与四相整流桥d相桥臂的中点连接，滤波电感和输出滤波电容串联形成的串联支路并接在四相整流桥的输出侧，A相同相变压器原边绕组的第一端子和副边绕组的第一端子互为同名端，B相同相变压器原边绕组的第一端子和副边绕组的第一端子互为同名端，C相反相变压器原边绕组的第二端子和副边绕组的第一端子互为同名端，D相反相变压器原边绕组的第二端子和副边绕组的第一端子互为同名端。...

【技术特征摘要】
1.一种ZVS四相全桥变换器，包括：低压侧电路、四相变压器和高压侧电路，其特征在于，低压侧电路包括：四相全桥和输入滤波电容，四相变压器包括：A相同相变压器、B相同相变压器、C相反相变压器、D相反相变压器，高压侧电路包括：四相整流桥、滤波电感和输出滤波电容；所述输入滤波电容并联在四相全桥的输入侧，A相同相变压器原边绕组的第一端子以及C相反相变压器原边绕组的第一端子均与四相全桥A相桥臂的中点连接，A相同相变压器原边绕组的第二端子以及C相反相变压器原边绕组的第二端子均与四相全桥B相桥臂的中点连接，B相同相变压器原边绕组的第一端子以及D相反相变压器原边绕组的第一端子均与四相全桥C相桥臂的中点连接，B相同相变压器原边绕组的第二端子以及D相反相变压器原边绕组的第二端子均与四相全桥D相桥臂的中点连接，A相同相变压器副边绕组的第一端子以及D相反相变压器副边绕组的第二端子均与四相整流桥a相桥臂的中点连接，A相同相变压器副边绕组的第二端子以及B相同相变压器副边绕组的第一端子均与四相整流桥b相桥臂的中点连接，B相同相变压器副边绕组的第二端子以及C相反相变压器副边绕组的第一端子均与四相整流桥c相桥臂的中点连接，C相反相变压器副边绕组的第二端子以及D相反相变压器副边绕组的第一端子均与四相整流桥d相桥臂的中点连接，滤波电感和输出滤波电容串联形成的串联支路并接在四相整流桥的输出侧，A相同相变压器原边绕组的第一端子和副边绕组的第一端子互为同名端，B相同相变压器原边绕组的第一端子和副边绕组的第一端子互为同名端，C相反相变压器原边绕组的第二端子和副边绕组的第一端子互为同名端，D相反相变压器原边绕组的第二端子和副边绕组的第一端子互为同名端。2.根据权利要求1所述的一种ZVS四相全桥变换器，其特征在于，所述四相全桥包括：第一开关管和第五...

【专利技术属性】
技术研发人员：金科，莫丹丹，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32