一种全桥DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开的一种全桥DC‑DC变换器，属于电力电子领域。本发明专利技术包括一次侧和二次侧，一次侧包括四只开关管和两个变压器，二次侧为由变压器副边绕组和二极管组成的整流电路。本发明专利技术在一次侧增加两个分裂电容串联连接到高压直流的输入端，两个分裂电容的电压不相同，所述两个分裂电容的不同电压由开关管的占空比确定；一次侧含有两个变压器，两个变压器原边绕组的两端分别接到开关管桥臂中点与串联电容桥臂中点；二次侧为变压器副边绕组和二极管组成的整流桥；所有二极管的输出共用一个滤波电感和一个输出滤波电容。本发明专利技术能够实现所有开关管的零电压软开关，同时有效地减小环流，减小开关损耗和导通损耗，提高全桥DC‑DC变换器的变换效率。

A full bridge DC-DC converter

【技术实现步骤摘要】
一种全桥DC-DC变换器
本专利技术涉及一种全桥DC-DC变换器，属于电力电子领域的储能用的DC-DC电力变换领域。
技术介绍
传统的全桥DC-DC变换器大多数采用移相控制方式，称为移相全桥(PFSB)DC-DC变换器。移相全桥DC-DC变换器具有零电压开关实现和宽变换比的优点，在电池充电器、工业电源等领域具有广泛的应用。传统的移相全桥DC-DC变换器在一次侧回路中具有较大的环流，从而导致更多的环流损耗，降低变换器效率。并且，在轻载条件下，滞后桥臂难以实现零电压软开关。2017年在IEEETransactionPowerElectronics【电力电子期刊】发表了“Analysis,Design,andImplementationofanAPWMZVZCSFull-BridgeDC–DCConverterforBatteryCharginginElectricVehicles”一文，文中提出了通过集成辅助电路的零电压零电流软开关(ZVZCS)全桥变换器降低环流。在ZVZCS全桥变换器中，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为超前桥臂的开关管能够实现零电压开关，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为滞后桥臂的开关管能够实现零电流开关。零电压零电流软开关的实现，使得变换器在减小环流的同时降低传导损耗。但是，使用IGBT开关管限制了变换器的开关管频率，导致变换器无法工作在高频场合，磁性元件也无法满足尺寸小、重量轻的要求。2013年在IEEETransactionPowerElectronics【电力电子期刊】发表了“DualHalf-BridgeDC–DCConverterWithWide-RangeZVSandZeroCirculatingCurrent”一文，文中提出了一种双变压器移相全桥变换器。该拓扑能够降低变换器一次侧的环流和滤波电感体积，但是存在两台变压器负载功率分配不均的问题。在宽输入或者宽输出电压范围下，其中的一台变压器就能够处理整个输出功率，使得变压器体积难以优化；当有效占空比减小至零时，其中的一台变压器仍为负载供电，导致电路无法满足输出短路和软起动的情况。
技术实现思路
为了实现全桥DC-DC变换器所有开关管的零电压软开关，并减小全桥DC-DC变换器一次侧的环流，本专利技术公开的一种全桥DC-DC变换器要解决的技术问题是：变换器拓扑采用双分裂电容、双变压器和二极管整流桥，采用不对称脉宽调制控制方法，能够实现所有开关管的零电压软开关，同时有效地减小环流，减小开关损耗和导通损耗，提高全桥DC-DC变换器的变换效率。本专利技术目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术公开的一种全桥DC-DC变换器，在传统全桥DC-DC变换器拓扑的基础上进行改进，所述传统全桥DC-DC变换器包括一次侧和二次侧，一次侧包括四只开关管和一个变压器，二次侧为由变压器副边绕组和两个二极管组成的整流电路。在传统全桥DC-DC变换器拓扑的基础上，本专利技术公开的一种全桥DC-DC变换器在一次侧增加两个分裂电容串联连接到高压直流的输入端，两个分裂电容的电压不相同，所述两个分裂电容的不同电压由开关管的占空比确定；一次侧含有两个变压器，两个变压器原边绕组的两端分别接到开关管桥臂中点与串联电容桥臂中点；二次侧为变压器副边绕组和二极管组成的整流桥；所有二极管的输出共用一个滤波电感和一个输出滤波电容。作为优选，二次侧为变压器副边绕组和二极管组成的整流桥，二次侧整流桥实现方式包括两种方式：方式一为二次侧整流桥主要由变压器副边绕组和四个二极管组成，方式二为二次侧整流桥主要由变压器副边绕组和六个二极管组成。本专利技术公开的一种全桥DC-DC变换器对应方式一的实现拓扑为：一次侧包括四只开关管，即四只开关管Q1、Q2、Q3和Q4分别表示第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；Cin表示输入滤波电容；Cd1和Cd2分别表示第一分裂电容和第二分裂电容；Tr1和Tr2分别表示第一变压器和第二变压器；Lk1表示第一变压器的漏感，Lk2表示第二变压器的漏感；Dr1、Dr2、Dr3和Dr4分别表示第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；Lf表示滤波电感，Co表示输出滤波电容，Ro表示负载。输入滤波电容Cin一端与输入电压正极Vin相连，另一端与输入电压Vin负极相连。第一开关管Q1和第二开关管Q2组成一个桥臂，第一开关管Q1的源极连接第二开关管Q2的漏极；第三开关管Q3和第四开关管Q4组成一个桥臂，第三开关管Q3的源极连接第四开关管Q4的漏极。第一开关管Q1和第三开关管Q3的漏极连接在一起与输入电压Vin正极相连；第二开关管Q2和第四开关管Q4的源极连接在一起与输入电压Vin负极相连。第一分裂电容Cd1的一端连接输入电压Vin正极，另一端连接第二分裂电容Cd2，第二分裂电容Cd2的另一端连接输入电压Vin负极。第一变压器Tr1的漏感Lk1一端连接第一开关管Q1和第二开关管Q2相连接的端点A，另一端连接第一变压器Tr1原边绕组的同名端，第一变压器Tr1原边绕组的异名端连接第一分裂电容Cd1和第二分裂电容Cd2相连接的端点O。第二变压器Tr2的漏感Lk2一端连接第三开关管Q3和第四开关管Q4相连接的端点B，另一端连接第二变压器Tr2原边绕组的异名端，第二变压器Tr2原边绕组的同名端连接第一分裂电容Cd1和第二分裂电容Cd2相连接的端点O。第一变压器Tr1副边第一绕组的同名端与第一二极管Dr1阳极相连；第二变压器Tr2副边第一绕组的同名端同时与第一变压器Tr1副边第一绕组的异名端、第二二极管Dr2阳极相连；第一变压器Tr1副边第二绕组的同名端同时与第二变压器Tr2副边第一绕组的异名端、输出电压Vo的负极相连；第二变压器Tr2副边第二绕组的同名端与第一变压器Tr1副边第二绕组的异名端、第三二极管Dr3的阳极相连；第二变压器Tr2副边第二绕组的异名端与第四二极管Dr4的阳极相连。第一二极管Dr1、第二二极管Dr2、第三二极管Dr3、第四二极管Dr4的阴极连接在一起，与滤波电感Lf一端相连；滤波电感Lf另一端、输出滤波电容Co一端和负载Ro一端连接输出电压Vo正极；输出滤波电容Co和负载Ro的另一端连接输出电压Vo负极。本专利技术公开的一种全桥DC-DC变换器对应方式二的实现拓扑为：一次侧包括四只开关管，即四只开关管Q1、Q2、Q3和Q4分别表示第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；Cin表示输入滤波电容；Cd1和Cd2分别表示第一分裂电容和第二分裂电容；Tr1和Tr2分别表示第一变压器和第二变压器；Lk1表示第一变压器的漏感，Lk2表示第二变压器的漏感；Dr1、Dr2、Dr3、Dr4、Dr5、Dr6分别表示第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；Lf表示滤波电感，Co表示输出滤波电容，Ro表示负载。第一开关管Q1和第二开关管Q2组成一个桥臂，第一开关管Q1的源极连接第二开关管Q2的漏极；第三开关管Q3和第四开关管Q4组成一个桥臂，第三开关管Q3的源极连接第四开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全桥DC-DC变换器，其特征在于：在传统全桥DC-DC变换器拓扑的基础上进行改进，所述传统全桥DC-DC变换器包括一次侧和二次侧，一次侧包括四只开关管和一个变压器，二次侧为由变压器副边绕组和两个二极管组成的整流电路；在传统全桥DC-DC变换器拓扑的基础上，在一次侧增加两个分裂电容串联连接到高压直流的输入端，两个分裂电容的电压不相同，所述两个分裂电容的不同电压由开关管的占空比确定；一次侧含有两个变压器，两个变压器原边绕组的两端分别接到开关管桥臂中点与串联电容桥臂中点；二次侧为变压器副边绕组和二极管组成的整流桥；所有二极管的输出共用一个滤波电感和一个输出滤波电容。/n

【技术特征摘要】
20200113 CN 20201002960101.一种全桥DC-DC变换器，其特征在于：在传统全桥DC-DC变换器拓扑的基础上进行改进，所述传统全桥DC-DC变换器包括一次侧和二次侧，一次侧包括四只开关管和一个变压器，二次侧为由变压器副边绕组和两个二极管组成的整流电路；在传统全桥DC-DC变换器拓扑的基础上，在一次侧增加两个分裂电容串联连接到高压直流的输入端，两个分裂电容的电压不相同，所述两个分裂电容的不同电压由开关管的占空比确定；一次侧含有两个变压器，两个变压器原边绕组的两端分别接到开关管桥臂中点与串联电容桥臂中点；二次侧为变压器副边绕组和二极管组成的整流桥；所有二极管的输出共用一个滤波电感和一个输出滤波电容。


2.如权利要求1所述的一种全桥DC-DC变换器，其特征在于：二次侧为变压器副边绕组和二极管组成的整流桥，二次侧整流桥实现方式包括两种方式：方式一为二次侧整流桥主要由变压器副边绕组和四个二极管组成，方式二为二次侧整流桥主要由变压器副边绕组和六个二极管组成。


3.如权利要求2所述的一种全桥DC-DC变换器，其特征在于：对应方式一的实现拓扑为，一次侧包括四只开关管，即四只开关管Q1、Q2、Q3和Q4分别表示第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；Cin表示输入滤波电容；Cd1和Cd2分别表示第一分裂电容和第二分裂电容；Tr1和Tr2分别表示第一变压器和第二变压器；Lk1表示第一变压器的漏感，Lk2表示第二变压器的漏感；Dr1、Dr2、Dr3和Dr4分别表示第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；Lf表示滤波电感，Co表示输出滤波电容，Ro表示负载；
输入滤波电容Cin一端与输入电压正极Vin相连，另一端与输入电压Vin负极相连；
第一开关管Q1和第二开关管Q2组成一个桥臂，第一开关管Q1的源极连接第二开关管Q2的漏极；第三开关管Q3和第四开关管Q4组成一个桥臂，第三开关管Q3的源极连接第四开关管Q4的漏极；第一开关管Q1和第三开关管Q3的漏极连接在一起与输入电压Vin正极相连；第二开关管Q2和第四开关管Q4的源极连接在一起与输入电压Vin负极相连；
第一分裂电容Cd1的一端连接输入电压Vin正极，另一端连接第二分裂电容Cd2，第二分裂电容Cd2的另一端连接输入电压Vin负极；
第一变压器Tr1的漏感Lk1一端连接第一开关管Q1和第二开关管Q2相连接的端点A，另一端连接第一变压器Tr1原边绕组的同名端，第一变压器Tr1原边绕组的异名端连接第一分裂电容Cd1和第二分裂电容Cd2相连接的端点O；第二变压器Tr2的漏感Lk2一端连接第三开关管Q3和第四开关管Q4相连接的端点B，另一端连接第二变压器Tr2原边绕组的异名端，第二变压器Tr2原边绕组的同名端连接第一分裂电容Cd1和第二分裂电容Cd2相连接的端点O；
第一变压器Tr1副边第一绕组的同名端与第一二极管Dr1阳极相连；第二变压器Tr2副边第一绕组的同名端同时与第一变压器Tr1副边第一绕组的异名端、第二二极管Dr2阳极相连；第一变压器Tr1副边第二绕组的同名端同时与第二变压器Tr2副边第一绕组的异名端、输出电压Vo的负极相连；第二变压器Tr2副边第二绕组的同名端与第一变压器Tr1副边第二绕组的异名端、第三二极管Dr3的阳极相连；第二变压器Tr2副边第二绕组的异名端与第四二极管Dr4的阳极相连；
第一二极管Dr1、第二二极管Dr2、第三二极管Dr3、第四二极管Dr4的阴极连接在一起，与滤波电感Lf一端相连；滤波电感Lf另一端、输出滤波电容Co一端和负载Ro一端连接输出电压Vo正极；输出滤波电容Co和负载Ro的另一端连接输出电压Vo负极。


4.如权利要求2所述的一种全桥DC-DC变换器，其特征在于：对应方式二的实现拓扑为，一次侧包括四只开关管，即四只开关管Q1、Q2、Q3和Q4分别表示第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；Cin表示输入滤波电容；Cd1和Cd2分别表示第一分裂电容和第二分裂电容；Tr1和Tr2分别表示第一变压器和第二变压器；Lk1表示第一变压器的漏感，Lk2表示第二变压器的漏感；Dr1、Dr2、Dr3、Dr4、Dr5、Dr6分别表示第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管；Lf表示滤波电感，Co表示输出滤波电容，Ro表示负载；
第一开关管Q1和第二开关管Q2组成一个桥臂，第一开关管Q1的源极连接第二开关管Q2的漏极；第三开关管Q3和第四开关管Q4组成一个桥臂，第三开关管Q3的源极连接第四开关管Q4的漏极；第一开关管Q1和第三开关管Q3的漏极连接在一起与输入电压Vin正极相连；第二开关管Q2和第四开关管Q4的源极连接在一起与输入电压Vin负极相连；
第一分裂电容Cd1的一端连接输入电压Vin正极，另一端连接第二分裂电容Cd2，第二分裂电容Cd2的另一端连接输入电压Vin负极；
第一变压器Tr1的漏感Lk1一端连接第一开关管Q1和第二开关管Q2相连接的端点A，另一端连接第一变压器Tr1原边绕组的同名端，第一变压器Tr1原边绕组的异名端连接第一分裂电容Cd1和第二分裂电容Cd2相连接的端点O；第二变压器Tr2的漏感Lk2一端连接第三开关管Q3和第四开关管Q4相连接的端点B，另一端连接第二变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志强，朱韵秋，梅扬，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11