副边续流二极管串联的双路交错双管正激直流变换器制造技术

在大电流大电压输出场合中，传统双路双管正激变换器的副边续流二极管承受的电流电压应力大，且开关频率高，器件损耗大，容易发生故障，给器件选取带来了困难。本发明专利技术提出一种应用于大电流大电压输出型大功率双管正激直流变换器，通过将续流二极管用两个二极管串联来代替原本的一个二极管，改善了二极管的反向恢复性能，从而解决了在副边电流电压定额过大，开关频率高的情况下，续流二极管容易发生故障的问题。其电路特征如下：主电路为两个双管正激变换器在原边并联，而副边采用交错并联，主要特征为副边的续流二极管是用两个二极管串联来代替原本的一个二极管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种副边续流二极管串联的双路双管正激直流变换器，属于功率变换 中的中大功率直流技术。
技术介绍
目前，大电流大电压输出型的直流变换器被应用到通信电源、制碱冶金工业和航 天电源系统等各个领域。为了提高变换器的效率和可靠性，针对大电流输出型直流变换器 的拓扑和控制方法的研究有很多。双路双管正激变换器具有原边开关管电压应力低、不存在桥臂直通、可靠性高等 优点，而且输出实现交错输出，输出等效占空比为输入两倍，同时减小了滤波电感体积。但 是在大功率和可靠性要求高的应用场合下，由于电压电流定额过大，开关频率高，续流二极 管成为该变换器的薄弱环节。本专利提出一种直流变换器的拓扑结构——副边续流二极管 串联的双路双管正激直流变换器。它不但继承了双路双管正激原有的优点，且通过副边续 流二极管为两个二极管的串联方式，减小了单个二极管承受的电压，改善了二极管反向恢 复的性能，提高了变换器的可靠性。
技术实现思路
本专利技术旨在传统的正激变换器的基础上，结合直流变压器的特点，提出一种新型 的正激拓扑方式，用以解决大功率高开关频率，大电流大电压输出场合的功率变换问题。该变换器主电路的特征在于采用两路正激变换器的组合的结构，且每个正激变 换器的续流二极管为两个二极管串联组成。组合结构如下其中两路正激变换器的原边并 联，两个正激变换器的副边交错并联。每个正激变换器拓扑包括开关管、二极管、功率变压 器、输出滤波电感、输出滤波电容。本专利采用隔离型直流变换器拓扑利用高频隔离变压器实现隔离功能。这种大功 率直流变换器的优点是(1)继承了传统交错并联双管正激拓扑原边开关管电压应力低、不存在桥臂直通、 可靠性高等优点，而且输出实现交错输出，输出等效占空比为输入两倍；(2)直流变换器的两路原边在同一频率下同步交错并联工作的设计思路减小了输 入、输出滤波器体积；(3)副边续流二极管采用两个二极管串联的方式，减小了单个二极管承受的电压， 改善了二极管的反向恢复特性，从而减小了续流二极管发生故障的可能性，提高了变换器 的可靠性；附图说明图1是本专利技术电路拓扑结构示意图。图2是变换器的控制电路的控制框图。图3是电路交错工作时输出电流的波形图。图1——图4的主要符号名称=(I)Uin，Ud。，ud。，uMf——分别为输入电压，输出电压， 输出端的电压采样，输出电压调节器的基准电压。OH1,Im—直流变换器中流过电感的 电流采样，输出电感Lfl上的电流。(3) , Q1,, %，Q2,——分别为直流变换器的原边开关管。 (4)D1-D4——分别为直流变换器的原边的续流二极管。(5)D5-D6——分别为直流变换器的副 边整流二极管。(6)D7-D8——分别为直流变换器的副边电路的续流二极管。(7)Lfl——为 直流变换器的副边滤波电感(S)Cfl——为直流变换器的输出电容(9) \-Τ2—一为隔离变压ο具体实施方式副边续流二极管串联的双路交错双管正激直流变换器的主电路如图1所示，采用 两路正激变换器的组合的结构，且每个正激变换器的续流二极管为两个二极管串联组成。 组合结构如下其中两路正激变换器的原边并联，两个正激变换器的副边交错并联。每个正 激变换器拓扑包括开关管、二极管、功率变压器、输出滤波电感、输出滤波电容。具体的主电路拓扑如图1所示。两路原边并联，两路副边交错并联，共用一路输出 滤波电路。其中每个双路双管正激模块分别包含四个开关管、四个原边续流二极管、两个 功率变压器、两个副边整流二极管、两个副边续流二极管、一个输出滤波电感和一个输出电 容。其连接方式为原边为两路双管正激变换器的并联，其中一路的连接方式如下开关管 Q1的漏极与二极管0工的阳极相连，源极与输入直流电源Uin的负端输出端相连，二级管D1的 阴极与输入直流电源Uin的正输出端相连，同样的，开关管Q1，的源极与二极管D2的阴极相 连，漏极与输入直流电源Uin的正端输出端相连，二级管&的阳极与输入直流电源Uin的负 输出端相连；从仏的漏极与Qr的源极引出变压器T1 ；同理，另一路正激电路的原边电路与 上述类似，连接如下开关管( 的漏极与二极管D3的阳极相连，源极与输入直流电源Uin的 负端输出端相连，二级管D3的阴极与输入直流电源Uin的正输出端相连，同样的，开关管Q2， 的源极与二极管D4的阴极相连，漏极与输入直流电源Uin的正端输出端相连，二级管D4的阳 极与输入直流电源Uin的负输出端相连；从Q2的漏极与Q2，的源极引出变压器T2 ；即实现了 两路双管正激的原边并联。副边的连接方式如下所述变压器T1, T2的副边同名端(同名 端表示如图)各连接副边整流二极管D5, D6的阳极，而D5, D6的阴极连接在一起，两副边异 名端连接在一起，D8的阳极与副边异名端相连，阴极与D7的阳极相连，即实现D7,D8的串联， 而叫的阴极与D5, D6的阴极相连，Lfl的两端分别与输出直流电压的正端和D5, D6, D7的阴极 相连，Cfl连接在输出电压两端，实现了副边的交错并联。整个变换器为两个正激变换器之 间原边并联，副边交错并联的结构。变换器中的两路正激变换器交错工作即Oi1, Qr)与(Q2，Q2O的控制信号相差 180°。大电流输出型直流变换器采用双环控制方案。双闭环控制方案的控制框图如图2所 示输出端基准电压Uref连接到电压环调节器的同相输入端，输出端的采样电压U。接在电 压环调节器的反相输入端，电压环调节器的输出与输出滤波电感电流采样I1分别接入电流 内环调节器的同相输入端和反相输入端。电流内环调节器的输出与经同步信号调节后的三 角波载波交截产生PWM波，该PWM波控制直流变换器模的开关管Oi1, Q1,),调节输出电压， 同理另一路正激电路的开关管0 , ，)也如此控制，不再熬述。实际工作中，可以将两路驱动用一个驱动芯片完成，如3525，即可实现所需功能。 当两路双管正激电路交错工作时，(Q15Qr)与^!2，％，)的驱动相差180°，由于副 边特定的交错连接方式，从而可以实现副边输出等效占空比为输入的两倍的效果。如图3 所示，分别为⑴”仏，)，(Q2, Q2O以及输出电流的波形，可以看出输出电流的频率提高一倍， 从而可以减小输出电感的体积，等效输出占空比也提高了一倍。权利要求1. 一种副边续流二极管串联的双路双管正激直流变换器，主电路为两个双管正激变换 器在原边并联，而副边采用交错并联，即传统的双路并联正激变换器拓扑，主要特征为副边 的续流二极管是用两个二极管串联来代替原本的一个二极管，控制方式同传统的一样，两 路双管正激变换器采用交错控制。全文摘要在大电流大电压输出场合中，传统双路双管正激变换器的副边续流二极管承受的电流电压应力大，且开关频率高，器件损耗大，容易发生故障，给器件选取带来了困难。本专利技术提出一种应用于大电流大电压输出型大功率双管正激直流变换器，通过将续流二极管用两个二极管串联来代替原本的一个二极管，改善了二极管的反向恢复性能，从而解决了在副边电流电压定额过大，开关频率高的情况下，续流二极管容易发生故障的问题。其电路特征如下主电路为两个双管正激变换器在原边并联，而副边采用交错并联，主要特征为副边的续流二极管是用两个二极管串联来代替原本的一个二极管。文档本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种副边续流二极管串联的双路双管正激直流变换器，主电路为两个双管正激变换器在原边并联，而副边采用交错并联，即传统的双路并联正激变换器拓扑，主要特征为副边的续流二极管是用两个二极管串联来代替原本的一个二极管，控制方式同传统的一样，两路双管正激变换器采用交错控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱琦，王慧贞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]