專利名稱：交錯(cuò)并聯(lián)正激三電平變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的交錯(cuò)并聯(lián)正激三電平變換器涉及的是電能變換裝置，尤其是直流變換器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的直流—直流(DC-DC)變換器中，整流濾波后的輸出電壓波形一般都為高電平和零電平兩電壓波形，為了減小直流輸出濾波電感的體積和重量，通常采用提高開關(guān)頻率或多相交錯(cuò)并聯(lián)(Interleave)技術(shù)。然而，就目前的功率半導(dǎo)體發(fā)展水平來說，開關(guān)頻率的提高會(huì)給效率的提高帶來困難；而采用多相交錯(cuò)并聯(lián)(Interleave)技術(shù)，由于相數(shù)過多，使得其控制電路復(fù)雜，可靠性降低，成本提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種交錯(cuò)并聯(lián)(Interleave)正激三電平變換器，使電路本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就能在相同的開關(guān)頻率和相數(shù)時(shí)，減小輸出濾波電感；在動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求很高的直流變換器中，采用交錯(cuò)并聯(lián)(Interleave)正激三電平變換器還可減小輸出濾波電容，從而減小輸出濾波器的體積，降低成本，提高可靠性。
本發(fā)明的交錯(cuò)并聯(lián)正激三電平變換器，由直流輸入電壓連于分壓電路后，連于交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路，其輸出再連于整流濾波電路所組成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，能在整流后輸出三電平電壓波形，使得加在輸出濾波電感上的電壓交流分量，比現(xiàn)有的直流—直流變換器可大大減小，因而濾波電感就可有效地減小；同時(shí)，在某些場(chǎng)合下，比如在動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求很高的直流變換器中，還可減小輸出濾波電容，從而減小了輸出濾波器的體積。降低了成本，提高了可靠性。


圖1.交錯(cuò)并聯(lián)正激三電平變換器的組成框2.交錯(cuò)并聯(lián)正激三電平變換器原理3.交錯(cuò)并聯(lián)正激三電平變換器主要波形示意4～7.為交錯(cuò)并聯(lián)正激三電平變換器各開關(guān)模態(tài)的等效電路結(jié)構(gòu)示意1中各框圖內(nèi)名稱分別是1.直流輸入電壓2.分壓電路3.交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路4.整流濾波電路圖2.中的標(biāo)號(hào)1～4及名稱與圖1中標(biāo)號(hào)1～4及名稱一致。圖2.中的符號(hào)名稱Vin—輸入直流電壓 C1、C2—分壓電路電容Q1～Q4—開關(guān)管T1、T2—工作變壓器D1～D4—二極管DR1～DR3—整流二極管Lf—濾波電感 Cf—濾波電容Rld—負(fù)載 Vo—輸出電壓IL—電感電流圖3.中符號(hào)名稱t，t1～t10—時(shí)間 Ts—周期Io—輸出電流 VT1、VT2—工作變壓器上的T1、T2原邊電壓VAB—圖2中A、B兩點(diǎn)之間的電壓 N—工作變壓器原副邊匝比Vo、Io為輸出電壓、電流其它符號(hào)名稱與圖1致。圖4～7.中的符號(hào)名稱，見下面具體實(shí)施方式
中的相應(yīng)說明。
具體實(shí)施例方式根據(jù)上述附圖敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
及工作原理和工作過程圖1是本發(fā)明的組成框圖，圖2是本發(fā)明的實(shí)施例原理圖，由圖1與圖2可知，本發(fā)明的組成是直流輸入電壓Vin連于由分壓電容C1、C2(C1＝C2)組成的分壓電路2后，再連于交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路3，電路3為交錯(cuò)并聯(lián)正激變換橋，其中由開關(guān)管Q1、Q3與工作變壓器T1及二極管D1、D3組成交錯(cuò)并聯(lián)正激變換橋的一路，開關(guān)管Q2、Q4與工作變壓器T2及二極管D2、D4組成交錯(cuò)并聯(lián)正激變換橋的另一路，工作變壓器T1、T2均由一個(gè)復(fù)位繞組，一個(gè)原邊繞組和一個(gè)副邊繞組組成。交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路3的輸出連于整流濾波電路4，其中由整流二極管DR1、DR2、DR3組成整流電路；由濾波電感Lf與濾波電容Cf組成濾波電路。本發(fā)明采用交錯(cuò)并聯(lián)(Interleave)技術(shù)是為了解決分壓電容的偏壓?jiǎn)栴}。下面根據(jù)圖3～7.敘述本發(fā)明的具體工作原理和工作過程
整個(gè)變換器在一個(gè)開關(guān)周期中有6種開關(guān)模態(tài)，如圖3所示，下面結(jié)合附圖4～7.對(duì)各開關(guān)模態(tài)的工作進(jìn)行具體分析。①開關(guān)模態(tài)1(對(duì)應(yīng)于
時(shí)刻，其等效電路見附圖4)此時(shí)，Q1和Q3導(dǎo)通。原邊電流ip1流經(jīng)Q1、變壓器T1和原邊繞組及Q3。整流管DR1導(dǎo)通，DR3截止。T1原邊給負(fù)載供電，此時(shí)加在T1原邊的電壓為Vin。同時(shí)D4導(dǎo)通，T2處于復(fù)位狀態(tài)，副邊輸出負(fù)壓，DR2截止。此時(shí)vAB＝Vin/N，N為變壓器原邊與副邊的匝比。②開關(guān)模態(tài)2/3(對(duì)應(yīng)于[t1，t2]，[t2，Ts/2]其等效電路見附圖5)在t1時(shí)刻關(guān)斷Q1，D1導(dǎo)通。Ip1流過C2、D1、T1和Q3。在這段時(shí)間里，T1原邊給負(fù)載供電，C2的電壓由于放電而減小，C1的電壓會(huì)有所增加，加在T1原邊的電壓基本為Vin/2。此時(shí)副邊仍是DR1導(dǎo)通，DR3截止，DR2仍承受反壓而截止。等到t2時(shí)刻，D4截止，T2變壓器復(fù)位結(jié)束，此時(shí)T2副邊輸出為0電壓，DR2仍截止，具體t2的長(zhǎng)短由變壓器原邊和復(fù)位繞組匝比決定，但其不能超過Ts/2。到Ts/2時(shí)刻，Q3截止，變壓器T1進(jìn)入復(fù)位，T2開始供電，進(jìn)入下一個(gè)開關(guān)模態(tài)。此時(shí)vAB＝Vin/2N。③開關(guān)模態(tài)4(對(duì)應(yīng)于[Ts/2，t3]，其等效電路見附圖6)Q2和Q4開通。原邊電流ip2流經(jīng)Q2、變壓器T2原邊繞組和Q4。此時(shí)加在T2原邊繞組的電壓為Vin，T2原邊給負(fù)載供電。同時(shí)D3導(dǎo)通，T1處于復(fù)位狀態(tài)。副邊DR2導(dǎo)通，DR1和DR3承受反壓而截止。此時(shí)vAB＝Vin/N。④開關(guān)模態(tài)5/6(對(duì)應(yīng)于[t3，t4]，[t4，Ts]，其等效電路見附圖7)t3時(shí)刻，Q4截止，D2導(dǎo)通。原邊電流ip2流經(jīng)C1、Q2、T2原邊繞組和D2，此時(shí)加在T2原邊繞組的電壓為Vin/2，T2原邊繼續(xù)給負(fù)載供電。副邊DR2繼續(xù)導(dǎo)通，DR1和DR3承受反壓而截止。到t4時(shí)刻，D3截止，T1復(fù)位結(jié)束，此時(shí)T1副邊輸出0電壓，DR1和DR3仍截止。等到了Ts時(shí)刻，Q2也截止，整個(gè)工作周期結(jié)束。進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期，Q1和Q3開通，T2進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，T1開始給負(fù)載供電。此時(shí)vAB＝Vin/2N。
另外需要說明的是，在上述開關(guān)模態(tài)中DR3似乎并沒有什么作用，但在實(shí)際工作中考慮到開關(guān)之間有死區(qū)時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，DR3可起到續(xù)流保護(hù)作用。
由上分析可以看出，由于在輸出濾波器上的電壓波形多出一個(gè)Vin/2N，使得電感上的交流電壓分量大大減小了，從而實(shí)現(xiàn)了減小電感的目的。
本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例子如下輸入電壓36～72V直流電壓，輸入直流電壓為Vo＝0.8V；輸出電流為Io＝100A；變換器原、副邊匝比為NT1＝24；變壓器原、副邊匝比為NT2＝1；輸出濾波電感為L(zhǎng)f＝100nH；輸出濾波電容為Cf＝8600uF；負(fù)載電流變化率60～70A/us。
開關(guān)管為MOSFETQ1/Q4Si4488EY(100V/7.9A)，Q2/Q3Si4488DY(150V/5A)；輸出整流管為同步整流管STV160NF02L(20V/160A)；復(fù)位二極管為D3/D4SMBYW200-01(200V/1A)；鉗位二極管D1/D2STPR820F(200V/1A)；分壓電容C1/C2＝680uF；開關(guān)頻率為fs＝300KHz。
從以上的描述中可以得知，本發(fā)明提出的Interleave正激三電平變換器有以下幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)①可以在整流后輸出三電平電壓波形，從而減小輸出濾波電感。②在負(fù)載動(dòng)態(tài)變化要求很高的變換器中，輸出濾波電感的減小還可以減小輸出濾波電容，從而使輸出濾波器體積大大減小。
權(quán)利要求
1.一種交錯(cuò)并聯(lián)正激三電平變換器，其特征在于直流輸入電壓(1)連于分壓電路(2)后，再連于交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路(3)，然后再連于整流濾波電路(4)所組成的。
2.依據(jù)權(quán)利要求1.所述的交錯(cuò)并聯(lián)正激變換器，其特征在于交錯(cuò)并聯(lián)正激變換電路為交錯(cuò)并聯(lián)正激變換橋，由開關(guān)管Q1、Q3與工作變壓器T1及二極管D1、D3組成交錯(cuò)并聯(lián)正激變換橋的一路；由開關(guān)管Q2、Q4與工作變壓器T2及二極管D2、D4組成交錯(cuò)并聯(lián)正激變換橋的另一路。
3.依據(jù)權(quán)利要求2.所述的交錯(cuò)并聯(lián)正激變換器，其特征在于工作變壓器由一個(gè)復(fù)位繞組，一個(gè)原邊繞組和一個(gè)副邊繞組所組成。
全文摘要
一種交錯(cuò)并聯(lián)正激三電平變換器屬直流變換器，它由直流輸入電壓(1)，分壓電容(2)，交錯(cuò)并聯(lián)(Interleave)正激變換電路(3)，整流濾波電路(4)所組成。其特點(diǎn)是能在整流后輸出三電平電壓波形。該變換器由于加在輸出電感上的交流分量比傳統(tǒng)直流—直流變換器要小，故可以有效的減小濾波電感，應(yīng)用于負(fù)載動(dòng)態(tài)變化很高的變換器，還可以有效的減小輸出濾波電容，從而可以大大減小濾波器的體積。
文檔編號(hào)H02M3/28GK1396697SQ0213780
公開日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者阮新波 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)