專利名稱：一種多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流變流器，尤其是利用變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不用LLC諧振 電路的多功能直流變流器。
技術(shù)背景在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，變流器經(jīng)常會(huì)遇到寬范圍電壓輸入的變流情況，比 如，在燃料電池的應(yīng)用中，往往要在系統(tǒng)中加入后備電池以提高燃料電池的 穩(wěn)定性，從而防止燃料電池的失效而導(dǎo)致系統(tǒng)整體斷電。實(shí)際系統(tǒng)中的燃料 電池和后備電池有交疊區(qū)域(例如燃料電池輸出為200-400Vdc，后備電池電 壓為48-96Vdc)，因?yàn)檩斎腚妷旱姆秶軐挘绻捎脝我蛔兞髌鲗?shí)現(xiàn)變流 器功能，幾乎沒有能夠在如此寬范圍輸入電壓的情況下都能比較有效率的實(shí) 現(xiàn)變壓的單一拓?fù)?，因此單一拓?fù)湓谠撦斎肭闆r下的效率比較低，同時(shí)為了 用一套參數(shù)達(dá)到寬范圍輸入電壓下系統(tǒng)均能穩(wěn)定工作則參數(shù)選取范圍很窄， 這給系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)帶來了較大的難題；如果采用兩種不同拓?fù)洳⒙?lián)實(shí)現(xiàn)變 流器的話，部分元器件會(huì)冗余，并且隨著元器件的增多系統(tǒng)的穩(wěn)定性也同時(shí)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種具有變拓?fù)涔δ艿倪m用寬范圍輸入、高效率輸 出的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器。本發(fā)明的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，它包括1) 直流輸入電源，用于提供直流電壓；2) 第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路，用于將所述輸入的直流電壓逆變成第一高 頻交流電壓，包含第一主開關(guān)管，第二主開關(guān)管，第一諧振電容，第一諧振 電感器，由第一、第二、第三三個(gè)子開關(guān)組成的第一多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)和第 一短路棒；第一主開關(guān)管的漏極與第一子開關(guān)的第一個(gè)端子及第二子開關(guān)的 第一個(gè)端子相連，源極與直流輸入電源的負(fù)極和第二子開關(guān)的第二個(gè)端子相 連，第二主開關(guān)管的漏極和第三子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)相連，源極與第二子開關(guān)的 轉(zhuǎn)換點(diǎn)及第一諧振電容的一端相連，第一諧振電容的另一端和第一子開關(guān)的 第二個(gè)端子及第一短路棒的第一個(gè)固定端子相連，第一短路棒的第二個(gè)固定 端子與電源的正極相連，第一諧振電感器一端與第一子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)和第三 子開關(guān)的第一個(gè)端子相連，第三子開關(guān)的第二個(gè)端子和直流輸入電源的正極相連；3) 第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路，用于將所述輸入的直流電壓逆變成第二高 頻交流電壓，包含第三主開關(guān)管，第四主開關(guān)管，第二諧振電容，第二諧振 電感器，由第四、第五、第六三個(gè)子開關(guān)組成的第二多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)和第 二短路棒；第三主開關(guān)管的漏極與第四子開關(guān)的第一個(gè)端子和第五子開關(guān)的 第一個(gè)端子相連，源極與直流輸入電源的負(fù)極和第五子開關(guān)的第二個(gè)端子相 連，第四主開關(guān)管的漏極和第六子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)相連，源極與第五子開關(guān)的 轉(zhuǎn)換點(diǎn)及第二諧振電容的一端相連，第二諧振電容的另一端和第四子開關(guān)的 第二個(gè)端子及第二短路棒的第一個(gè)固定端子相連，第二短路棒的第二個(gè)固定 端子與電源的正極相連，第二振電感器一端與第四子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)和第六子 開關(guān)的第一個(gè)端子相連，第六子開關(guān)的第二個(gè)端子和直流輸入電源的正極相 連；4) 隔離濾波電路，該隔離濾波電路包括含有內(nèi)在漏感和激磁電感的第一 隔離變壓器，隔離濾波電容和含有內(nèi)在漏感和激磁電感的第二隔離變壓器， 所述第一隔離變壓器具有兩個(gè)原邊繞組，第二隔離變壓器具有兩個(gè)副邊繞組， 第一隔離變壓器的第一原邊繞組的同名端與第二原邊繞組的異名端和直流輸 入電源的正極相連，第一隔離變壓器的第一原邊繞組的異名端和第一諧振電 感器的另一端相連，第一隔離變壓器的第二原邊繞組的同名端和第二諧振電 感器的另一端相連，所述隔離濾波電容串聯(lián)在第一隔離變壓器的副邊繞組和 第二隔離變壓器的原邊繞組之間；5) 整流電路，包括四個(gè)整流二極管，由第七、第八、第九三個(gè)子開關(guān)組 成的第三多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)和第三短路棒，第一整流二極管的陽極與第二整 流二極管的陰極相連，第二整流二極管的陽極與第八子開關(guān)的第一個(gè)端子和 第三短路棒的第一個(gè)固定端子相連，第四整流二極管的陽極與第三整流二極 管的陰極相連，第三整流二極管的陽極與第九子開關(guān)的第一個(gè)端子和第三短 路棒的第二個(gè)固定端子相連，第一整流二極管的陰極與第四整流二極管的陰 極相連;第八子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)與第二隔離變壓器第一副邊繞組的同名端相連， 第八子開關(guān)的第二個(gè)端子與第一、第二整流二極管的接點(diǎn)相連，第九子開關(guān) 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)與第二隔離變壓器第二副邊繞組的異名端相連，第九子開關(guān)的第二 個(gè)端子與第三、第四整流二極管的接點(diǎn)相連，第七子開關(guān)的第一個(gè)端子與第 三短路棒的活動(dòng)端子相連，第七子開關(guān)的第二端子與第二隔離變壓器的第一 副邊繞組的異名端和第二副邊繞組的同名端相連；6)輸出濾波電容，用于將整流電路輸出的脈沖電流濾成直流電壓輸出給 負(fù)載，濾波電容的一端與第一、第四整流二極管的接點(diǎn)相連，濾波電容的另 一端與第七子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)相連上述的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器通過多刀多擲開關(guān)和短路棒連接狀態(tài)的不同組合，可以得到如下五種不同功能結(jié)構(gòu)的直流變流器第一種，第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第一子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端 子，第二子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子，第三子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè) 端子，第一短路棒閉合，第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第四子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接 至第一個(gè)端子，第五子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子，第六子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn) 接至第一個(gè)端子，第二短路棒閉合，整流電路中第七子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第 一個(gè)端子，第八子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子，第九子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第二個(gè)端子，第三短路棒閉合，形成具有輸入逆變推挽結(jié)構(gòu)，電源并聯(lián)濾波 電容，輸出整流全橋結(jié)構(gòu)的升壓式多諧振式直流變流器。第二種，第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第一子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子，第二子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子，第三子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè) 端子，第一短路棒斷開，第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第四子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接 至第二個(gè)端子，第五子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子，第六子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn) 接至第二個(gè)端子，第二短路棒斷開，整流電路中第七子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第 二個(gè)端子，第八子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子，第九子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第一個(gè)端子，第三短路棒斷開，形成具有輸入逆變交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)，輸出整流 全波結(jié)構(gòu)的降壓式多諧振式直流變流器。第三種，第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第一子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端 子，第二子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子，第三子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè) 端子，第一短路棒閉合，第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第四子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接 至第一個(gè)端子，第五子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子，第六子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn) 接至第一個(gè)端子，第二短路棒閉合，整流電路中第七子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第 二個(gè)端子，第八子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子，第九子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第一個(gè)端子，第三短路棒斷開，形成具有輸入逆變推挽結(jié)構(gòu)，輸出整流全波 結(jié)構(gòu)的降壓式多諧振式直流變流器。第四種，第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第一子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端 子，第二子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子，第三子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè) 端子，第一短路棒斷開，第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第四子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子，第五子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子，第六子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn) 接至第二個(gè)端子，第二短路棒斷開，整流電路中第七子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第 一個(gè)端子，第八子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子，第九子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第二個(gè)端子，第三短路棒閉合，形成具有輸入逆變交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)，輸出整流 全橋結(jié)構(gòu)的升壓式多諧振式直流變流器。第五種，第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第一子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端 子，第二子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子，第三子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè) 端子，第一短路棒斷開，第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第四子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接 至第一個(gè)端子，第五子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子，第六子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn) 接至第一個(gè)端子，第二短路棒斷開，整流電路中第七子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第 一個(gè)端子，第八子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子，第九子開關(guān)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第二個(gè)端子，第三短路棒閉合，形成具有輸入逆變推挽結(jié)構(gòu)，輸出整流全橋 結(jié)構(gòu)的升壓式多諧振式直流變流器。本發(fā)明中，所說的第一、第二、第三、第四主開關(guān)管可以是包含外加或內(nèi)在寄生反并二極管的MOSFET或IGBT或可控硅。本發(fā)明中，所說的第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第一多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)、 第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路中的第二多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)和整流電路中的第三多 刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)可以是機(jī)械開關(guān)或繼電器或電子開關(guān)，所說的第一、第二、 第三短路棒可以是具有三端同時(shí)短路或斷開功能的機(jī)械開關(guān)或繼電器或電子 幵關(guān)。為彌補(bǔ)第一隔離變壓器和第二隔離變壓器漏感的不足，本發(fā)明的進(jìn)一步 特征是，在第一隔離變壓器的副邊繞組和隔離濾波電容間串聯(lián)電感器，或是 第二隔離變壓器的原邊繞組和隔離濾波電容間串聯(lián)電感器。為彌補(bǔ)第一隔離變壓器激磁電感的不足，本發(fā)明的進(jìn)一步特征是，在第 一隔離變壓器的原邊繞組并聯(lián)電感器或在副邊繞組并聯(lián)電感器，為彌補(bǔ)第二隔離變壓器激磁電感的不足，本發(fā)明的進(jìn)一步特征是，在第 二隔離變壓器的原邊并聯(lián)電感器或副邊繞組并聯(lián)電感器。本發(fā)明的有益效果在于當(dāng)直流變流器輸入電壓范圍較寬時(shí)，可以通過變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)根據(jù) 輸入電壓高低的不同以最優(yōu)電路拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)變流。在較高電壓輸入的情況下變 流器可以轉(zhuǎn)入第一種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路，此時(shí)的諧振發(fā)生在隔離輸出隔離濾 波電路中，輸出整流電路采用倍壓整流的方式，由此電壓可以從較低的輸入端抬升到穩(wěn)壓輸出端；在較低電壓輸入的情況下變流器可以轉(zhuǎn)入第二種拓?fù)?變換狀態(tài)電路，此時(shí)可以利用輸入電壓較高而電流較低的特點(diǎn)利用第一、第 二諧振電容和第一隔離變壓器原邊的激磁電感和漏感與隔離濾波電容相互諧 振而減少電容的電流沖擊，同時(shí)輸出整流電路采用零式整流的方式輸出穩(wěn)定 的電壓。由此利用一套參數(shù)通過不同的組合實(shí)現(xiàn)低輸入電壓和高輸入電壓下 均為較優(yōu)的穩(wěn)壓輸出變流器，同時(shí)因?yàn)樵谠撟兞髌髦械谝?、第二、第三、?四開關(guān)管和第一、第二諧振電感和第一、第二諧振電容和第一、第二、第三、 第四整流二極管和第一、第二隔離變壓器和隔離濾波電容均得到了重復(fù)利用， 從而減少了系統(tǒng)的元件冗余，降低了成本。


圖1為本發(fā)明的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2為多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器的第一種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路；圖3為圖2拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路的工作波形；圖4為多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器的第二種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路； 圖5為圖4拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路的工作波形；圖6為多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器的第三種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路； 圖7為多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器的第四種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路。 圖8為多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器的第五種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路。
具體實(shí)施方式
參照圖l，本發(fā)明的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，它包括1) 直流輸入電源Vin，用于提供直流電壓；2) 第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路，用于將所述輸入的直流電壓逆變成第一高 頻交流電壓，包含第一主開關(guān)管S1，第二主開關(guān)管S2，第一諧振電容CS1， 第一諧振電感器LS1，由第一、第二、第三三個(gè)子開關(guān)Kl-a、 Kl-b、 Kl-c 組成的第一多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)Kl和第一短路棒Kl-d;第一主開關(guān)管Sl的 漏極與第一子開關(guān)Kl-a的第一個(gè)端子1及第二子開關(guān)Kl-b的第一個(gè)端子2 相連，源極與直流輸入電源Vin的負(fù)極和第二子開關(guān)Kl-b的第二個(gè)端子1 相連，第二主開關(guān)管S2的漏極和第三子開關(guān)Kl-c的轉(zhuǎn)換點(diǎn)相連，源極與第 二子開關(guān)Kl-b的轉(zhuǎn)換點(diǎn)及第一諧振電容CS1的一端相連，第一諧振電容CS1 的另一端和第一子開關(guān)Kl-a的第二個(gè)端子2及第一短路棒Kl-d的第一個(gè)固 定端子相連，第一短路棒Kl-d的第二個(gè)固定端子與電源Vin的正極相連， 第一諧振電感器LSI —端與第一子開關(guān)Kl-a的轉(zhuǎn)換點(diǎn)和第三子開關(guān)Kl-c的第一個(gè)端子1相連，第三子開關(guān)Kl-c的第二個(gè)端子2和直流輸入電源Vin 的正極相連；3) 第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路120，用于將所述輸入的直流電壓逆變成第二 高頻交流電壓，包含第三主開關(guān)管S3，第四主開關(guān)管S4，第二諧振電容CS2， 第二諧振電感器LS2，由第四、第五、第六三個(gè)子開關(guān)K2-e、 K2-f 、 K2-g 組成的第二多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)K2和第二短路棒K2-h;第三主開關(guān)管S3的 漏極與第四子開關(guān)K2-e的第一個(gè)端子1和第五子開關(guān)K2-f的第一個(gè)端子2 相連，源極與直流輸入電源Vin的負(fù)極和第五子開關(guān)K2-f的第二個(gè)端子1 相連，第四主開關(guān)管S4的漏極和第六子開關(guān)K2-g的轉(zhuǎn)換點(diǎn)相連，源極與第 五子開關(guān)K2-f的轉(zhuǎn)換點(diǎn)及第二諧振電容CS2的一端相連，第二諧振電容CS2 的另一端和第四子開關(guān)K2-e的第二個(gè)端子2及第二短路棒K2-h的第一個(gè)固 定端子相連，第二短路棒K2-h的第二個(gè)固定端子與電源Vin的正極相連， 第二振電感器LS2 —端與第四子開關(guān)K2-e的轉(zhuǎn)換點(diǎn)和第六子開關(guān)K2-g的第 一個(gè)端子1相連，第六子開關(guān)K2-g的第二個(gè)端子2和直流輸入電源Vin的 正極相連；4) 隔離濾波電路130，該隔離濾波電路包括含有內(nèi)在漏感和激磁電感的 第一隔離變壓器TR1，隔離濾波電容Cr和含有內(nèi)在漏感和激磁電感的第二 隔離變壓器TR2，所述第一隔離變壓器TR1具有兩個(gè)原邊繞組，第二隔離變 壓器TR2具有兩個(gè)副邊繞組，第一隔離變壓器TR1的第一原邊繞組的同名 端Nl與第二原邊繞組的異名端N4和直流輸入電源Vin的正極相連，第一隔 離變壓器TR1的第一原邊繞組的異名端N2和第一諧振電感器LSI的另一端 相連，第一隔離變壓器TR1的第二原邊繞組的同名端N3和第二諧振電感器 LS2的另一端相連，所述隔離濾波電容Cr串聯(lián)在第一隔離變壓器TR1的副 邊繞組和第二隔離變壓器TR2的原邊繞組之間；5) 整流電路140，包括四個(gè)整流二極管DR1、 DR2、 DR3、 DR4，由第 七、第八、第九三個(gè)子開關(guān)K3-i、 K3-J 、 K3-k組成的第三多刀多擲聯(lián)動(dòng)開 關(guān)K3和第三短路棒K3-L，第一整流二極管DR1的陽極與第二整流二極管 DR2的陰極相連，第二整流二極管DR2的陽極與第八子開關(guān)K3-J的第一個(gè) 端子2和第三短路棒K3-L的第一個(gè)固定端子相連，第四整流二極管DR4的 陽極與第三整流二極管DR3的陰極相連，第三整流二極管DR3的陽極與第 九子開關(guān)K3-k的第一個(gè)端子2和第三短路棒K3-L的第二個(gè)固定端子相連， 第一整流二極管DR1的陰極與第四整流二極管DR4的陰極相連；第八子開關(guān)K3-J的轉(zhuǎn)換點(diǎn)與第二隔離變壓器TR2第一副邊繞組的同名端N5相連，第 八子開關(guān)K3-J的第二個(gè)端子1與第一、第二整流二極管的接點(diǎn)相連，第九子 開關(guān)K3-k的轉(zhuǎn)換點(diǎn)與第二隔離變壓器TR2第二副邊繞組的異名端N8相連， 第九子開關(guān)K3-k的第二個(gè)端子1與第三、第四整流二極管的接點(diǎn)相連，第 七子開關(guān)K3-i的第一個(gè)端子1與第三短路棒K3-L的活動(dòng)端子相連，第七子 開關(guān)K3-i的第二端子2與第二隔離變壓器TR2的第一副邊繞組的異名端N6 和第二副邊繞組的同名端N7相連；6)輸出濾波電容CO，用于將整流電路輸出的脈沖電流濾成直流電壓輸 出給負(fù)載，濾波電容CO的一端與第一、第四整流二極管的接點(diǎn)相連，濾波 電容CO的另一端與第七子開關(guān)K3-i的轉(zhuǎn)換點(diǎn)相連多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器通過多刀多擲開關(guān)和短路棒連接狀態(tài)的不同 組合，可以得到如下五種不同功能結(jié)構(gòu)的直流變流器第一種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路如圖2所示，第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路110中的 第一子開關(guān)Kl-a的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子1，第二子開關(guān)(Kl-b)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接 至第二個(gè)端子l，第三子開關(guān)Kl-c的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子1，第一短路棒 Kl-d閉合，第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路120中的第四子開關(guān)K2-e的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第一個(gè)端子1，第五子開關(guān)K2-f的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子1，第六子開關(guān)K2-g 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子1，第二短路棒K2-h閉合，整流電路140中第七子 開關(guān)K3-i的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子1,第八子開關(guān)K3-J的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二 個(gè)端子l，第九子開關(guān)K3-k的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子1，第三短路棒K3-L 閉合，形成具有電源并聯(lián)濾波電容，輸入逆變推挽結(jié)構(gòu)，輸出整流全橋結(jié)構(gòu) 的升壓式多諧振式直流變流器。該升壓式多諧振式直流變流器，電源并聯(lián)諧振電容Csl和Cs2用于濾波， 四個(gè)開關(guān)管S1 S4組成推挽逆變電路，S1與S2并聯(lián)、S3與S4并聯(lián)分別承 擔(dān)一半的輸入電流。直流電壓經(jīng)逆變器產(chǎn)生高頻的交流方波電壓送到隔離濾波網(wǎng)絡(luò)。第一主 開關(guān)管Sl和第二主開關(guān)管S2同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，第三主開關(guān)管S3和第四主 開關(guān)管S4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷，第一、第二主開關(guān)管和第三、第四主開關(guān)管交 替導(dǎo)通和關(guān)斷，其占空比恒為50%，通過改變開關(guān)的頻率來調(diào)節(jié)輸出的電壓， 也就是說是頻率調(diào)制方式而不是傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制方式。第一、第二兩個(gè)隔離 變壓器都包含漏感和勵(lì)磁電感，隔離變壓器的漏感可等效成與隔離濾波電容 相串接的一個(gè)等效電感。該等效電感與隔離濾波電容Cr、第二隔離變壓器TR2的勵(lì)磁電感共同構(gòu)成LLC諧振電路。整流電路采用全橋整流結(jié)構(gòu)，交流 電壓經(jīng)整流電路后由電容CO濾波轉(zhuǎn)換成直流輸出。工作波形如圖3所示，圖中Vgsl Vgs4分別為四個(gè)主開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信 號波形，Vdsl Vds4分別是四個(gè)主開關(guān)管兩端電壓波形，VDR1 VDR4分別 為四個(gè)整流二極管兩端電壓波形，VCr為隔離濾波電容兩端電壓波形，iLSl、 iLS2分別為第一和第二諧振電感的電流波形，iLml、 iLm2分別為第一和第 二隔離變壓器TR1、 TR2的勵(lì)磁電流波形，iLss為流過隔離濾波網(wǎng)絡(luò)電流波 形，iDRl、 iDR2 、 iDR3、 iDR4分別為以通過第一、第二、第三、第四整流 二極管的電流波形。工作過程分析如下。為了簡化分析，特作如下假定和說明l.在下面的 分析中濾波電容Co被認(rèn)為無窮大而以恒壓源代替；2.電路已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)；3. 第一主開關(guān)管Sl、第二主開關(guān)管S2、第三主開關(guān)管S3、第四主開關(guān)管S4 均具有寄生電容和寄生二極管；4隔離變壓器的漏感可等效為一個(gè)與電容Cr 串接的諧振電感；5開關(guān)管S1、 S2和S3、 S4交替開導(dǎo)關(guān)斷，中間設(shè)有死區(qū) 時(shí)間，在實(shí)際情況中死區(qū)時(shí)間是非常短暫的，但為了更清楚的表述而在途中 把它們畫的比較夸大。變流器的一個(gè)開關(guān)周期可以分為8個(gè)工作狀態(tài)，各階段的工作波形如圖 3所示，8個(gè)工作階段的具體工作原理分別描述如下(1) 階段1 (t0 tl):在t0時(shí)刻，第一主開關(guān)管Sl、第二主開關(guān)管 S2的寄生電容放電完畢，Sl、 S2兩端電壓下降為零，同時(shí)S3、 S4兩端電壓 升至Vin， Sl、 S2的寄生二極管導(dǎo)通，為S1、 S2的ZVS創(chuàng)造了條件。通過 諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振電流開始正向增長，變壓器TR2的極性為上正下負(fù)，二極管 DR1、 DR3導(dǎo)通，第二隔離變壓器1^2的勵(lì)磁電感被輸出電壓鉗位，并恒壓 充電，其電流線性增長。諧振電容Cr和變壓器漏感諧振，諧振電流開始上升， 當(dāng)該電流上升至0時(shí)階段1工作狀態(tài)結(jié)束。(2) 階段2 (tl t2):當(dāng)諧振電感電流由負(fù)變正時(shí)，進(jìn)入階段2。 Sl、 S2在階段1時(shí)已加上門極驅(qū)動(dòng)信號，tl時(shí)刻開始Sl、 S2正向?qū)ǎ诙綦x變壓器TR2的勵(lì)磁電感上的電壓仍被輸出電壓鉗位，不參與諧振。諧振電流以正弦式逐漸上升。(3) 階段3 (t2 t3):隨著諧振電流ILss的下降和第二隔離變壓器TR2 的勵(lì)磁電感上的勵(lì)磁電流iLm2的上升，在tl時(shí)刻兩者相等，同時(shí)副邊二極 管的電流下降到零，此時(shí)二極管DR1、 DR3將因電流過零而自然關(guān)斷，幾乎沒有反向過程，因此二極管工作在ZCS狀態(tài)。此時(shí)輸出電壓不再對變壓器 TR2鉗位，第二隔離變壓器T^的勵(lì)磁電感成為自由諧振電感，和變壓器漏 感及諧振電容一起參與諧振，而且由于一般勵(lì)磁電感較大，所以該諧振周期 較前一個(gè)諧振周期大得多，因此諧振電流在這段時(shí)間可近似看作不變。輸出 電容C。放電，繼續(xù)給輸出供電。(4) 階段4 (t4 t5) : t3時(shí)刻，Sl、 S2關(guān)斷進(jìn)入死區(qū)時(shí)間。此時(shí)輸出 仍被變壓器TR2隔離，第二隔離變壓器TR2的勵(lì)磁電感上的電流仍與諧振電 流相等。原邊電流ILsl給Sl、 S2的寄生電容充電，同時(shí)S3、 S4的寄生電 容放電，ILsl與ILs2換流。當(dāng)S1、 S2兩端的電壓上升至Vin， Sl、 S2兩端 電壓下降至零時(shí)階段三工作狀態(tài)結(jié)束。(5) 階段5 (t5 t6) : t5時(shí)刻，S3、 S4仍然關(guān)斷，其寄生二極管導(dǎo)通， 為S3、 S4的零電壓開通創(chuàng)造了條件。二極管DR2、 DR4導(dǎo)通，第二隔離變 壓器1^2的勵(lì)磁電感上的電壓上負(fù)下正，再次被輸出鉗位，不參與諧振。諧 振電流開始下降，當(dāng)該電流下降至0時(shí)階段5工作狀態(tài)結(jié)束。階段6到階段8分別與階段2到階段4類似，只是諧振電流方向相反， 因此不再贅述。第二種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路如圖4所示，第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路110中的 第一子開關(guān)Kl-a的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子2，第二子開關(guān)Kl-b的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接 至第一個(gè)端子2，第三子開關(guān)Kl-c的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子2，第一短路棒 Kl-d斷開，第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路120中的第四子開關(guān)K2-e的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第二個(gè)端子2，第五子開關(guān)K2-f的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子2，第六子開關(guān)K2-g 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子2，第二短路棒K2-h斷開，整流電路140中第七子 開關(guān)K3-i的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子2，第八子開關(guān)K3-J的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一 個(gè)端子2，第九子開關(guān)K3-k的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子2，第三短路棒K3-L 斷開，形成具有輸入逆變交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)，輸出整流全波結(jié)構(gòu)的降壓式多諧振 式直流變流器。該降壓式多諧振式直流變流器，四個(gè)開關(guān)管S1 S3組成交 錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的逆變電路，將直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成交流方波或階梯波。Sl和 S4同時(shí)開通和關(guān)斷，S2和S3同時(shí)開通和關(guān)斷。Sl、 S4和S2、 S3的驅(qū)動(dòng)信 號是加有死區(qū)的互補(bǔ)信號，占空比大約為50%且為恒定，通過改變開關(guān)頻率 來控制輸出電壓，也就是說是頻率調(diào)制方式而不是傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制方式。在 Sl、 S3導(dǎo)通的時(shí)候，S4、 S2用來使第一隔離變壓器TR1磁復(fù)位。第一、第 二隔離變壓器的漏感可等效成與隔離濾波電容相串接的一個(gè)等效電感，它與隔離電容Cr、第二隔離變壓器TR2的勵(lì)磁電感共同構(gòu)成LLC諧振電路。整 流電路采用由第一、第二、第三、第四整流二極管DR1、 DR2、 DR3、 DR4 組成中心抽頭的零式整流電路。圖5為第二種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路的工作波形，其中Vgsl Vgs4是第一 到第四主開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號波形，Vdsl Vds4是第一到第四主開關(guān)管兩端波 形，VDR1 VDR4是第一到第四整流二極管兩端波形，VCr是隔離諧振電容 兩端波形，iLsl、 iLs2是第一隔離變壓器原邊電流波形，iLml、 iLm2是第一、 第二隔離變壓器TR1、 TR2的勵(lì)磁電流波形，iLss是流過隔離濾波網(wǎng)絡(luò)的電 流，VDR1、 VDR2、 VDR3、 VDR4是第二隔離變壓器副邊第一到第四整流 二極管上的電壓波形。變流器的一個(gè)開關(guān)周期可以分為8個(gè)工作狀態(tài)，在下面的分析中，同樣采 用了分析第一種拓?fù)渥兓癄顟B(tài)電路的假設(shè)說明，各階段的工作波形如圖5所 示，8個(gè)工作階段的具體工作原理分別描述如下(1) 階段l (t0 tl):在t0時(shí)刻，主開關(guān)管Sl和S4同時(shí)開通。原邊 電源電壓直接加載在隔離變壓器TR1的上半個(gè)變壓器和Csl上面，而隔離變 壓器TR1的下半個(gè)變壓器、Cs2通過S4短路諧振。由此TR1 —次側(cè)的諧振 電感Lsl、 Ls2和電容Csl、 Cs2折算到二次側(cè)與可能外加在隔離濾波網(wǎng)絡(luò)上 面的串聯(lián)諧振電感、Cr一起，等效成為傳統(tǒng)的LLC諧振電路，如圖4所示。 此時(shí)電流iLss以正弦形式逐漸上升。TR2副邊二極管DR1、 DR2導(dǎo)通，輸出 電壓將變壓器鉗位。因此TR2原邊的諧振是發(fā)生在隔離濾波網(wǎng)絡(luò)等效串聯(lián)諧 振電感和等效電容之間，流過Lml的激磁電流iLml是線性上升。TR2的副 邊電流是原邊諧振電流和激磁電流之差再經(jīng)過一個(gè)變比的換算。(2) 階段2 (tl t2):隨著原邊諧振電流的下降和激磁電流的上升， 在tl時(shí)刻兩者相等，同時(shí)副邊的電流下降到零。此時(shí)，副邊二極管DR1、 DR2將因?yàn)殡娏鬟^零而自然關(guān)斷，因那次幾乎沒有反向恢復(fù)的過程。此時(shí)二 極管DR1、 DR2上的反向電壓為輸出電壓。二極管的這種工作狀態(tài)，在此定 義為二極管的ZCS。工作在ZCS狀態(tài)的二極管上的電壓尖峰幾乎為零。同時(shí)， 輸出電壓不再對變壓器鉗位，那么Lm2就成為自由的諧振電感，Lm2與隔離 濾波網(wǎng)絡(luò)等效串聯(lián)諧振電感加在一起與Cr和隔離濾波網(wǎng)絡(luò)等效串聯(lián)諧振電 容諧振，因?yàn)長m2勵(lì)磁電感比較大，所以這個(gè)諧振周期要比前一個(gè)諧振周期 大得多，所以說這段時(shí)間里，原邊電流可以看作是近似不變，Lm2是一個(gè)恒 流源，因而在該階段各個(gè)參與諧振的電容電壓線性增加。(3) 階段3 (t2 t3):在t2時(shí)刻，Sl、 S4關(guān)斷了，而S2、 S3還沒有 導(dǎo)通。此時(shí)TR1原邊的諧振電流分別對S1、 S4的等效電容充電，對S2、 S3 的等效電容放電，其效果是第一、第二、第三、第四主開關(guān)管等效寄生電容 兩兩并聯(lián)之后加入了 TR1副邊的諧振過程，該電容上面的電壓在iLm2類恒 流源的作用下線性增加。但實(shí)際上由于第一、第二、第三、第四主開關(guān)管等 效寄生電容的電容比較小，Lm2的電感比較大，因此對于階段3的諧振影響 非常微小，并且工作時(shí)t2 t3的持續(xù)時(shí)間非常的短。(4) 階段4 (t3 t4):在時(shí)刻t3,開關(guān)管Sl、 S4完全關(guān)斷，S2、 S3 的反向并聯(lián)二極管導(dǎo)通，電源電壓此時(shí)反向加載在變壓器TR1上，iLsl、 iLs2 電流反向回流到電源從而迅速減小。此時(shí)，由于Lm2電流暫時(shí)保持不變，因 此DR3、 DR4導(dǎo)通，TR2變壓器再次工作，將Lm2鉗位從而使其電流線性 下降。由此Lm2與隔離濾波網(wǎng)絡(luò)等效串聯(lián)諧振電感脫離諧振關(guān)系。(5) 階段5 (t4 t5):在上一個(gè)階段中，開關(guān)管S2、 S3的反向并聯(lián)二 極管導(dǎo)通，因此其兩端的電壓為零。時(shí)刻t4， S2、 S3同時(shí)導(dǎo)通，因此S2和 S3是工作在ZVS狀態(tài)的。TR1原邊電流開始反向流動(dòng)，從而出發(fā)了TR1副 邊的新一輪的諧振，只是方向與其相反。階段6到階段8分別與階段2到階段4類似，只是部分電流、電壓方向 相反。因此不再贅述。第三種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路如圖6所示，第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路110中的 第一子開關(guān)Kl-a的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子1，第二子開關(guān)Kl-b的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接 至第二個(gè)端子l，第三子開關(guān)Kl-c的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子1，第一短路棒 Kl-d閉合，第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路120中的第四子開關(guān)K2-e的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第一個(gè)端子1，第五子開關(guān)K2-f的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子1，第六子開關(guān)K2-g 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子1，第二短路棒K2-h閉合，整流電路140中第七子 開關(guān)K3-i的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子2，第八子開關(guān)K3-J的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一 個(gè)端子2，第九子開關(guān)K3-k的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子2，第三短路棒K3-L 斷開，形成具有輸入逆變推挽結(jié)構(gòu)，輸出整流全波結(jié)構(gòu)的降壓式多諧振式直 流變流器。該電路具有與第一種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路圖2相同的輸入逆變結(jié)構(gòu)， 與第二種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路圖4的整流輸出結(jié)構(gòu)。該電路的具體工作過程與 第一種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路相同，只是在相同輸入電壓下，輸出電壓是升壓式 經(jīng)典LLC推挽諧振變流器的二分之一。一個(gè)開關(guān)周期也可分為8個(gè)工作狀態(tài)， 其第一隔離變壓器原邊、副邊和第二隔離變壓器原邊的工作波形和圖3相同，第二隔離變壓器副邊的工作波形和圖5相同。第四種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路如圖7所示，第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路110中的 第一子開關(guān)Kl-a的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子2，第二子開關(guān)Kl-b的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接 至第一個(gè)端子2，第三子開關(guān)Kl-c的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子2，第一短路棒 Kl-d斷開，第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路120中的第四子開關(guān)K2-e的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第二個(gè)端子2，第五子開關(guān)K2-f的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子2，第六子開關(guān)K2-g 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子2，第二短路棒K2-h斷開，整流電路140中第七子 開關(guān)K3-i的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子1，第八子開關(guān)K3-J的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二 個(gè)端子1，第九子開關(guān)K3-k的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子1，第三短路棒K3-L 閉合，形成具有輸入逆變交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)，輸出整流全橋結(jié)構(gòu)的升壓式多諧振 式直流變流器。該電路具有與第二種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路圖4相同的輸入逆變 結(jié)構(gòu)，與第一種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路圖2相同的整流輸出結(jié)構(gòu)。該電路的具體 工作過程與第二種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路相同，只是在相同輸入電壓下，輸出電 壓是第二種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路的兩倍。一個(gè)開關(guān)周期也可分為8個(gè)工作狀態(tài)， 第一隔離變壓器原邊、副邊和第二隔離變壓器原邊的工作波形和圖5形同， 第二隔離變壓器副邊的工作波形和圖3形同。第五種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路如圖8所示，第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路110中的 第一子開關(guān)Kl-a的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子1，第二子開關(guān)Kl-b的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接 至第二個(gè)端子l，第三子開關(guān)Kl-c的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子1，第一短路棒 Kl-d斷開，第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路120中的第四子開關(guān)K2-e的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第一個(gè)端子1，第五子開關(guān)K2-f的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子l，第六子開關(guān)K2-g 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子l，第二短路棒K2-h斷開，整流電路140中第七子 開關(guān)K3-i的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子1，第八子開關(guān)K3-J的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二 個(gè)端子1，第九子開關(guān)K3-k的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子1，第三短路棒K3-L 閉合，形成具有輸入逆變推挽結(jié)構(gòu)，輸出整流全橋結(jié)構(gòu)的升壓式多諧振式直 流變流器。該電路的結(jié)構(gòu)與第一種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路完全一樣，只是由于第 一短路棒Kl-d和第二短路棒Kl-h的斷開使第一、第二諧振電容Csl和Cs2 懸空連接，并沒有接入電路，可用于某些對輸入電壓質(zhì)量要求不高的場合。 該電路各部分的工作特性與第一種拓?fù)渥儞Q狀態(tài)電路完全相同。
權(quán)利要求
1. 一種多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，其特征在于它包括1)直流輸入電源(Vin)，用于提供直流電壓；2)第一直流-交流轉(zhuǎn)換電路(110)，用于將所述輸入的直流電壓逆變成第一高頻交流電壓，包含第一主開關(guān)管(S1)，第二主開關(guān)管(S2)，第一諧振電容(CS1)，第一諧振電感器(LS1)，由第一、第二、第三三個(gè)子開關(guān)(K1-a、K1-b、K1-c)組成的第一多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)(K1)和第一短路棒(K1-d)；第一主開關(guān)管(S1)的漏極與第一子開關(guān)(K1-a)的第一個(gè)端子(1)及第二子開關(guān)(K1-b)的第一個(gè)端子(2)相連，源極與直流輸入電源(Vin)的負(fù)極和第二子開關(guān)(K1-b)的第二個(gè)端子(1)相連，第二主開關(guān)管(S2)的漏極和第三子開關(guān)(K1-c)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)相連，源極與第二子開關(guān)(K1-b)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)及第一諧振電容(CS1)的一端相連，第一諧振電容(CS1)的另一端和第一子開關(guān)(K1-a)的第二個(gè)端子(2)及第一短路棒(K1-d)的第一個(gè)固定端子相連，第一短路棒(K1-d)的第二個(gè)固定端子與電源(Vin)的正極相連，第一諧振電感器(LS1)一端與第一子開關(guān)(K1-a)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)和第三子開關(guān)(K1-c)的第一個(gè)端子(1)相連，第三子開關(guān)(K1-c)的第二個(gè)端子(2)和直流輸入電源(Vin)的正極相連；3)第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路(120)，用于將所述輸入的直流電壓逆變成第二高頻交流電壓，包含第三主開關(guān)管(S3)，第四主開關(guān)管(S4)，第二諧振電容(CS2)，第二諧振電感器(LS2)，由第四、第五、第六三個(gè)子開關(guān)(K2-e、K2-f、K2-g)組成的第二多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)(K2)和第二短路棒(K2-h)；第三主開關(guān)管(S3)的漏極與第四子開關(guān)(K2-e)的第一個(gè)端子(1)和第五子開關(guān)(K2-f)的第一個(gè)端子(2)相連，源極與直流輸入電源(Vin)的負(fù)極和第五子開關(guān)(K2-f)的第二個(gè)端子(1)相連，第四主開關(guān)管(S4)的漏極和第六子開關(guān)(K2-g)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)相連，源極與第五子開關(guān)(K2-f)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)及第二諧振電容(CS2)的一端相連，第二諧振電容(CS2)的另一端和第四子開關(guān)(K2-e)的第二個(gè)端子(2)及第二短路棒(K2-h)的第一個(gè)固定端子相連，第二短路棒(K2-h)的第二個(gè)固定端子與電源(Vin)的正極相連，第二振電感器(LS2)一端與第四子開關(guān)(K2-e)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)和第六子開關(guān)(K2-g)的第一個(gè)端子(1)相連，第六子開關(guān)(K2-g)的第二個(gè)端子(2)和直流輸入電源(Vin)的正極相連；4)隔離濾波電路(130)，該隔離濾波電路包括含有內(nèi)在漏感和激磁電感的第一隔離變壓器(TR1)，隔離濾波電容(Cr)和含有內(nèi)在漏感和激磁電感的第二隔離變壓器(TR2)，所述第一隔離變壓器(TR1)具有兩個(gè)原邊繞組，第二隔離變壓器(TR2)具有兩個(gè)副邊繞組，第一隔離變壓器(TR1)的第一原邊繞組的同名端(N1)與第二原邊繞組的異名端(N4)和直流輸入電源Vin的正極相連，第一隔離變壓器(TR1)的第一原邊繞組的異名端(N2)和第一諧振電感器(LS1)的另一端相連，第一隔離變壓器(TR1)的第二原邊繞組的同名端(N3)和第二諧振電感器(LS2)的另一端相連，所述隔離濾波電容(Cr)串聯(lián)在第一隔離變壓器(TR1)的副邊繞組和第二隔離變壓器(TR2)的原邊繞組之間；5)整流電路(140)，包括四個(gè)整流二極管(DR1、DR2、DR3、DR4)，由第七、第八、第九三個(gè)子開關(guān)(K3-i、K3-J、K3-k)組成的第三多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)(K3)和第三短路棒(K3-L)，第一整流二極管(DR1)的陽極與第二整流二極管(DR2)的陰極相連，第二整流二極管(DR2)的陽極與第八子開關(guān)(K3-J)的第一個(gè)端子(2)和第三短路棒(K3-L)的第一個(gè)固定端子相連，第四整流二極管(DR4)的陽極與第三整流二極管(DR3)的陰極相連，第三整流二極管(DR3)的陽極與第九子開關(guān)(K3-k)的第一個(gè)端子(2)和第三短路棒(K3-L)的第二個(gè)固定端子相連，第一整流二極管(DR1)的陰極與第四整流二極管(DR4)的陰極相連；第八子開關(guān)(K3-J)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)與第二隔離變壓器(TR2)第一副邊繞組的同名端(N5)相連，第八子開關(guān)(K3-J)的第二個(gè)端子(1)與第一、第二整流二極管的接點(diǎn)相連，第九子開關(guān)(K3-k)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)與第二隔離變壓器(TR2)第二副邊繞組的異名端(N8)相連，第九子開關(guān)(K3-k)的第二個(gè)端子(1)與第三、第四整流二極管的接點(diǎn)相連，第七子開關(guān)(K3-i)的第一個(gè)端子(1)與第三短路棒(K3-L)的活動(dòng)端子相連，第七子開關(guān)(K3-i)的第二端子(2)與第二隔離變壓器(TR2)的第一副邊繞組的異名端(N6)和第二副邊繞組的同名端(N7)相連；6)輸出濾波電容(CO)，用于將整流電路輸出的脈沖電流濾成直流電壓輸出給負(fù)載，濾波電容(CO)的一端與第一、第四整流二極管的接點(diǎn)相連，濾波電容(CO)的另一端與第七子開關(guān)(K3-i)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)相連
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，其特征在于第一 直流-交流轉(zhuǎn)換電路(110)中的第一子開關(guān)(Kl-a)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子 (1)，第二子開關(guān)(Kl-b)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(1)，第三子開關(guān)(Kl國c) 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1)，第一短路棒(Kl-d)閉合，第二直流-交流轉(zhuǎn) 換電路(120)中的第四子開關(guān)(K2-e)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1),第五子 開關(guān)(K2-f)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(1)，第六子開關(guān)(K2-g)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1),第二短路棒(K2-h)閉合，整流電路(140)中第七子開關(guān)(K3-i) 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1)，第八子開關(guān)(K3-J)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(1) ，第九子開關(guān)(K3-k)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(1)，第三短路棒(K3-L) 閉合，形成具有電源并聯(lián)濾波電容，輸入逆變推挽結(jié)構(gòu)，輸出整流全橋結(jié)構(gòu) 的升壓式多諧振式直流變流器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，其特征在于第一 直流-交流轉(zhuǎn)換電路(110)中的第一子開關(guān)(Kl-a)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(2) ，第二子開關(guān)(Kl-b)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(2)，第三子開關(guān)(Kl-c) 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(2)，第一短路棒(Kl-d)斷開，第二直流-交流轉(zhuǎn) 換電路(120)中的第四子開關(guān)(K2-e)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(2)，第五子 開關(guān)(K2-f)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(2)，第六子開關(guān)(K2-g)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第二個(gè)端子(2),第二短路棒(K2-h)斷開，整流電路(140)中第七子開關(guān)(K3-i) 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(2)，第八子開關(guān)(K3-J)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(2)，第九子開關(guān)(K3-k)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(2)，第三短路棒(K3-L) 斷開，形成具有輸入逆變交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)，輸出整流全波結(jié)構(gòu)的降壓式多諧振 式直流變流器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，其特征在于第一 直流-交流轉(zhuǎn)換電路(110)中的第一子開關(guān)(Kl-a)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1) ，第二子開關(guān)(Kl-b)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(1)，第三子開關(guān)(Kl-c) 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1)，第一短路棒(Kl-d)閉合，第二直流-交流轉(zhuǎn) 換電路(120)中的第四子開關(guān)(K2-e)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1)，第五子 幵關(guān)(K2-f)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(1),第六子開關(guān)(K2-g)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第一個(gè)端子(1),第二短路棒(K2-h)閉合，整流電路(140)中第七子開關(guān)(K3-i) 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(2),第八子開關(guān)(K3-J)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(2) ，第九子開關(guān)(K3-k)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(2)，第三短路棒(K3-L) 斷開，形成具有輸入逆變推挽結(jié)構(gòu)，輸出整流全波結(jié)構(gòu)的降壓式多諧振式直 流變流器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，其特征在于第一 直流-交流轉(zhuǎn)換電路(110)中的第一子開關(guān)(Kl-a)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(2)，第二子開關(guān)(Kl-b)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(2)，第三子開關(guān)(Kl-c) 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(2)，第一短路棒(Kl-d)斷開，第二直流-交流轉(zhuǎn) 換電路(120)中的第四子開關(guān)(K2-e)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(2),第五子開關(guān)(K2-f)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(2)，第六子開關(guān)(K2-g)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第二個(gè)端子(2)，第二短路棒(K2-h)斷開，整流電路(140)中第七子開關(guān)(K3-i) 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1)，第八子開關(guān)(K3-J)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子 (1)，第九子開關(guān)(K3-k)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(1)，第三短路棒(K3-L) 閉合，形成具有輸入逆變交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)，輸出整流全橋結(jié)構(gòu)的升壓式多諧振 式直流變流器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，其特征在于第一 直流-交流轉(zhuǎn)換電路(110)中的第一子開關(guān)(Kl-a)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1)，第二子開關(guān)(Kl-b)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(1)，第三子開關(guān)(Kl-c) 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1)，第一短路棒(Kl-d)斷開，第二直流-交流轉(zhuǎn) 換電路(120)中的第四子開關(guān)(K2-e)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1)，第五子 開關(guān)(K2-f)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(1)，第六子開關(guān)(K2-g)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至 第一個(gè)端子(1)，第二短路棒(K2-h)斷開，整流電路(140)中第七子開關(guān)(K3-i) 的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第一個(gè)端子(1)，第八子開關(guān)(K3-J)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(1)，第九子開關(guān)(K3-k)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)接至第二個(gè)端子(1)，第三短路棒(K3-L) 閉合，形成具有輸入逆變推挽結(jié)構(gòu)，輸出整流全橋結(jié)構(gòu)的升壓式多諧振式直 流變流器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，其特征在于所說 的第一、第二、第三、第四主開關(guān)管(Sl、 S2、 S3、 S4)是包含外加或內(nèi)在 寄生反并二極管的MOSFET或IGBT或可控硅；所說的第一直流-交流轉(zhuǎn)換 電路(UO)中的第一多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)(K1)、第二直流-交流轉(zhuǎn)換電路(120)中 的第二多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān)(K2)和整流電路(140)中的第三多刀多擲聯(lián)動(dòng)開關(guān) (K3)是機(jī)械開關(guān)或繼電器或電子開關(guān)，所說的第一、第二、第三短路棒是具 有三端同時(shí)短路或斷開功能的機(jī)械開關(guān)或繼電器或電子開關(guān)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，其特征是在第一 隔離變壓器(TRl)的副邊繞組和隔離濾波電容(Cr)間串聯(lián)電感器，或是第二隔 離變壓器(TR2)的原邊繞組和隔離濾波電容(Cr)間串聯(lián)電感器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，其特征是在第一 隔離變壓器(TR1)的原邊或副邊繞組間并聯(lián)電感器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器，其特征是在第 二隔離變壓器(TR2)的原邊或副邊繞組間并聯(lián)電感器。
全文摘要
本發(fā)明公開的多功能變結(jié)構(gòu)型直流變流器包括一個(gè)直流電源，由四個(gè)開關(guān)管和兩個(gè)多刀多擲開關(guān)、兩個(gè)短路棒構(gòu)成的逆變電路，一個(gè)隔離濾波電路，由四個(gè)二極管和一個(gè)多刀多擲開關(guān)、一個(gè)短路棒構(gòu)成的整流電路，一個(gè)輸出濾波電容。該電路通過對三個(gè)多刀多擲開關(guān)和三個(gè)短路棒連接狀態(tài)的不同組合，可以得到如下五種不同功能結(jié)構(gòu)的直流變流器。當(dāng)直流變流器輸入電壓范圍較寬時(shí)，可以通過變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)根據(jù)輸入電壓高低的不同以最優(yōu)電路拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)變流，提高了變流器的效率，減少了系統(tǒng)的元件冗余，降低了成本。
文檔編號H02M3/28GK101272097SQ200810061100
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者呂征宇, 萍 戎, 哲 鄧, 威 陳 申請人:浙江大學(xué)