專利名稱：組合式推挽直直變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電能變換裝置中的變換器，尤其涉及一種可以實(shí)現(xiàn)在低電壓輸
入、高功率輸出條件下工作的直直變換器。
二背景技術(shù)：
直直變換作為電力電子技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分，廣泛應(yīng)用于新能源發(fā)電等方面，因而近年來得到了大量的研究。但是在高功率變換場(chǎng)合下，尤其是在低電壓轉(zhuǎn)換為高電壓的應(yīng)用場(chǎng)合，直直變換器中功率開關(guān)管中的功率電流比較高，對(duì)器件選型、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面造成不良影響，限制了直直變換器在實(shí)際場(chǎng)合中的應(yīng)用。推挽正激變換器具有變壓器磁芯雙向勵(lì)磁、磁芯利用率高、開關(guān)管電壓應(yīng)力低、不需要附加磁復(fù)位電路等優(yōu)點(diǎn)，但在大功率低壓_高壓應(yīng)用場(chǎng)合中，也無法避免功率開關(guān)管中電流值過高對(duì)電路造成不良影響。對(duì)于傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的推挽正激變換器，由于變換器在輸出功率方面受到原邊功率管允許電流的限制，所以也很難實(shí)現(xiàn)較大功率變換輸出。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了可工作在高輸出功率條件下的功率開關(guān)管，但是造價(jià)相對(duì)較高，影響了該技術(shù)的推廣和應(yīng)用。
三
發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可以工作在大功率應(yīng)用場(chǎng)合中的組合式推挽直直變換器。 2、本實(shí)施方案的組合式推挽直直變換器，包括外界低壓直流電源1、推挽正激升壓模塊2 、整流濾波電路3 ，其中，外界低壓直流電源1由直流電源P和濾波電容Cin組成，濾波電容Cin—端連接直流電源正極，另一端連接直流電源負(fù)極；推挽正激升壓模塊2中，第一支路第一功率管S卜工的漏極連接原邊第一支路第一繞組Npl—工異名端，第一支路第一功率管
工的源極連接外接低壓直流電源負(fù)極，原邊第一支路第一繞組Np卜工的同名端連接外接低壓電源正極，第一支路第二功率管S卜2的漏極連接外接低壓電源正極，第一支路第二功率管
2的源極連接第一支路第二繞組Np卜2異名端，第一支路第二繞組Nph2的同名端連接連接外接低壓直流電源負(fù)極，第一支路第一功率管工的漏極與第一支路第二功率管S卜2的源極之間跨接耦合電容Q，第二支路第一功率管S2—工的漏極連接原邊第二支路第一繞組&2—工異名端，第二支路第一功率管S2—J勺源極連接外接低壓直流電源負(fù)極，原邊第二支路第一繞組&2—工的同名端連接外接低壓電源正極，第二支路第二功率管S2—2的漏極連接外接低壓電源正極，第二支路第二功率管S2—2的源極連接第二支路第二繞組Np2—2異名端，第二支路第二繞組Np^2的同名端連接連接外接低壓直流電源負(fù)極，第二支路第一功率管S2—工的漏極與第二支路第二功率管S2—2的源極之間跨接耦合電容G，第N支路第一功率管SN—工的漏極連接原邊第N支路第一繞組NPN—工異名端，第N支路第一功率管SN—工的源極連接外接低壓直流電源負(fù)極，原邊第N支路第一繞組N,』勺同名端連接外接低壓電源正極，第N支路第二功率管SN—2的漏極連接外接低壓電源正極，第N支路第二功率管SN—2的源極連接第N支路第二繞組NDN—2異名端，第N支路第二繞組NDN—2的同名端連接連接外接低壓直流電源負(fù)極，第N支路第一功率管S,—工的漏極與第N支路第二功率管S,—2的源極之間跨接耦合電容C,，變壓器副邊第一支路副邊繞組Nsl的同名端連接第一整流二極管A正極，第一支路副邊繞組Nsl異名端連接第二支路副邊繞組Ns2的同名端，第二支路副邊繞組Ns2異名端連接第三支路副邊繞組的同名
端，......，第N-l支路副邊繞組異名端連接第N支路副邊繞組N^的同名端，變壓器副邊第
N支路副邊繞組NsN異名端連接第三整流二極管D3正極；整流濾波電路3中，整流電路采用橋式整流結(jié)構(gòu)，第一整流二極管A正極連接第二整流二極管D2負(fù)極，第二整流二極管D2正極連接輸出端負(fù)極與第四整流二極管D4正極，第三整流二極管D3正極連接第四整流二極管D4負(fù)極，第三整流二極管D3正極連接第四整流二極管D4負(fù)極，第四整流二極管D4正極連接輸出端負(fù)極和第一整流二極管A正極，濾波電感Lf 一端連接第一整流二極管R負(fù)極，另一端連接濾波電容Cf 一端，濾波電容Cf正極連接輸出電壓正極，Cf負(fù)極連接在輸出電壓負(fù)極。
3、有益效果本發(fā)明是一種可以工作在高功率輸出條件下，尤其是低壓轉(zhuǎn)高壓條件下的推挽正激電路組合式推挽直直變換器，該變換器具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)能夠在較高輸出功率要求的工作條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的功率輸出；
(2)充分利用推挽正激變換電路的優(yōu)點(diǎn)，效率高； (3)對(duì)外接電源輸入電流實(shí)現(xiàn)分流，降低功率開關(guān)管中的電流大小，提高系統(tǒng)的可靠性，降低功率開關(guān)管選型的困難和復(fù)雜性。


圖1是本發(fā)明組合式推挽直直變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖1中的標(biāo)號(hào)名稱1.低壓電源輸入電路；2.推挽正激升壓模塊；3.整流濾波電路及負(fù)載；
附圖2是本發(fā)明的組合式推挽直直變換器各開關(guān)模態(tài)示意圖； 上述附圖中的主要符號(hào)名稱Cin~濾波電容。D工 D4——第一 第四整流二極管。p S卜2、 S2—p S2—2、 SN—p SN—2——第一支路第一功率開關(guān)管、第一支路第二功率開關(guān)管、第二支路第一功率開關(guān)管、第二支路第二功率開關(guān)管、第N支路第一功率開關(guān)管、第N支路第二功率開關(guān)管。Npl—p Npl—2、 Np2—p Np2—2、 NPN—p NPN—2——第一支路原邊第一繞組、第一支路原邊第二繞組、第二支路原邊第一繞組、第二支路原邊第二繞組、第N支路原邊第一繞組、第N支路原邊第二繞組。Nsl、 Ns2、 NsN——第一支路副邊繞組、第二支路副邊繞組、第N支路副邊繞組。CpC^C,——第一支路耦合電容、第二支路耦合電容、第N支路耦合電容。Lf——濾波電感。Cf——濾波電容。Vsl——第一副邊繞組輸出電壓。Vs2——第二副邊繞組輸出電壓。VsN——第N副邊繞組輸出電壓。Vst副邊繞組總輸出電壓。Vin~變換器輸入電壓。
U?！儞Q器輸出電壓。p S2—工........SN—工——第一支路第一功率開關(guān)管、第二支路第
一功率開關(guān)管........第N支路第一功率開關(guān)管和Npl—pNw—工........NPN—工——第一支路原
邊第一繞組、第二支路原邊第一繞組........第N支路原邊第一繞組構(gòu)成正相支路。2、
S2—2........SN—2——第一支路第二功率開關(guān)管、第二支路第二功率開關(guān)管........第N支
路第二功率開關(guān)管和Npl—2、 Np2—2........NPN—2——第一支路原邊第二繞組、第二支路原邊第
二繞組........第N支路原邊第二繞組構(gòu)成反相支路。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本實(shí)施方案的組合式推挽直直變換器，包括外界低壓直流電源1、推
4挽正激升壓模塊2 、整流濾波電路3 ，其中，外界低壓直流電源1由直流電源P和濾波電容Cin組成，濾波電容Cin—端連接直流電源正極，另一端連接直流電源負(fù)極；推挽正激升壓模塊2中，第一支路第一功率管工的漏極連接原邊第一支路第一繞組Npl—工異名端，第一支路第一功率管S卜工的源極連接外接低壓直流電源負(fù)極，原邊第一支路第一繞組Np卜工的同名端連接外接低壓電源正極，第一支路第二功率管S卜2的漏極連接外接低壓電源正極，第一支路第二功率管S卜2的源極連接第一支路第二繞組Nph2異名端，第一支路第二繞組Nph2的同名端連接連接外接低壓直流電源負(fù)極，第一支路第一功率管S卜J勺漏極與第一支路第二功率管Sh2的源極之間跨接耦合電容Q，第二支路第一功率管S2—工的漏極連接原邊第二支路第一繞組Np2—工異名端，第二支路第一功率管S2—工的源極連接外接低壓直流電源負(fù)極，原邊第二支路第一繞組&2—工的同名端連接外接低壓電源正極，第二支路第二功率管S2—2的漏極連接外接低壓電源正極，第二支路第二功率管S2—2的源極連接第二支路第二繞組Np2—2異名端，第二支路第二繞組&2—2的同名端連接連接外接低壓直流電源負(fù)極，第二支路第一功率管S2—工的漏極與第二支路第二功率管S2—2的源極之間跨接耦合電容(^，第N支路第一功率管SN—工的漏極連接原邊第N支路第一繞組NPN—工異名端，第N支路第一功率管SN—工的源極連接外接低壓直流電源負(fù)極，原邊第N支路第一繞組N,J勺同名端連接外接低壓電源正極，第N支路第二功率管SN—2的漏極連接外接低壓電源正極，第N支路第二功率管SN—2的源極連接第N支路第二繞組NPN—2異名端，第N支路第二繞組NpN-2的同名端連接連接外接低壓直流電源負(fù)極，第N支路第一功率管SN—工的漏極與第N支路第二功率管SN—2的源極之間跨接耦合電容C,，變壓器副邊第一支路副邊繞組Nsl的同名端連接第一整流二極管D工正極，第一支路副邊繞組Nd異名端連接第二支路副邊繞組Ns2的同名端，第二支路副邊繞組Ns2異名端連接第三支路副
邊繞組的同名端，......，第N-1支路副邊繞組異名端連接第N支路副邊繞組N^的同名端，
變壓器副邊第N支路副邊繞組N^異名端連接第三整流二極管03正極；整流濾波電路3中，整流電路采用橋式整流結(jié)構(gòu)，第一整流二極管D工正極連接第二整流二極管D2負(fù)極，第二整流二極管D2正極連接輸出端負(fù)極與第四整流二極管D4正極，第三整流二極管D3正極連接第四整流二極管D4負(fù)極，第三整流二極管D3正極連接第四整流二極管D4負(fù)極，第四整流二極管D4正極連接輸出端負(fù)極和第一整流二極管A正極，濾波電感Lf 一端連接第一整流二極管A負(fù)極，另一端連接濾波電容Cf 一端，濾波電容Cf正極連接輸出電壓正極，Cf負(fù)極連接在輸出電壓負(fù)極。 下面以附圖1為主電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合附圖2來敘述本發(fā)明組合式推挽直直變換器的具體工作原理和工作模態(tài)。 在第一半周工作周期正相支路工作，反相支路不工作。此時(shí)電路包括兩個(gè)工作模態(tài)；在第二半周工作周期反相支路工作，正相支路不工作。此時(shí)電路包括四個(gè)工作模態(tài)
1.工作模態(tài)I 如附圖2(a)所示，第一支路第一功率開關(guān)管S卜p第二支路第一功率開關(guān)管
S2—工.......，第N支路第一功率開關(guān)管SN—工開通，原邊第一支路第一繞組中流過的電流ipl—工
線性上升，原邊第二支路第一繞組中流過的電流ip2—i線性上升，......，原邊第N支路第
一繞組中流過的電流ipN—i線性上升，輸入濾波電容向電路釋放上一模態(tài)存儲(chǔ)在電容上的能量，電路中的耦合電容處于充電狀態(tài)，第一支路第二功率開關(guān)管S卜2、第二支路第一功率開關(guān)管S2—2.......，第N支路第一功率開關(guān)管SN—2關(guān)斷。各變壓器繞組副邊分別產(chǎn)生磁感應(yīng)勢(shì)，同時(shí)由于繞組的串聯(lián)連接方式，疊加輸出交流正半周電壓。
2.工作模態(tài)II 如附圖2(b)所示，第一支路第一功率開關(guān)管S卜p第二支路第一功率開關(guān)管
S2—i.......，第N支路第一功率開關(guān)管SN—工關(guān)斷，第一支路第二功率開關(guān)管2、第二支路
第一功率開關(guān)管S2—2.......，第N支路第一功率開關(guān)管SN—2關(guān)斷。原邊第一支路第一繞
組中漏感能量通過回路NP1—「Cin-Nph2釋放到Cin中，原邊第二支路第一繞組中漏感能量通
過回路N「Cin-N『2釋放到(^中，......，原邊第N支路第一繞組中漏感能量通過回路
NPN—rCin-N —2釋放到Cin中。
3.工作模態(tài)III 如附圖2(c)所示，第一支路第一功率開關(guān)管S卜p第二支路第一功率開關(guān)管
S2—i.......，第N支路第一功率開關(guān)管SN—工關(guān)斷。第一支路第二功率開關(guān)管2、第二支路
第一功率開關(guān)管S2—2.......，第N支路第一功率開關(guān)管SN—2導(dǎo)通，原邊第一支路第二繞組中
流過的電流ipl—2線性上升，原邊第二支路第二繞組中流過的電流ip2—2線性上升，......，原
邊第N支路第二繞組中流過的電流i,2線性上升，輸入濾波電容向電路釋放上一模態(tài)存儲(chǔ)在電容上的能量，電路中的耦合電容處于充電狀態(tài)。各變壓器繞組副邊分別產(chǎn)生磁感應(yīng)勢(shì)，同時(shí)由于繞組的串聯(lián)連接方式，疊加輸出交流負(fù)半周電壓。
4.工作模態(tài)IV 如附圖2(b)所示，第一支路第一功率開關(guān)管S卜p第二支路第一功率開關(guān)管
S2—i.......，第N支路第一功率開關(guān)管SN—工關(guān)斷，第一支路第二功率開關(guān)管2、第二支路
第一功率開關(guān)管S2—2.......，第N支路第一功率開關(guān)管SN—2關(guān)斷。原邊第一支路第一繞
組中漏感能量通過回路NP1—「Cin-Nph2釋放到Cin中，原邊第二支路第一繞組中漏感能量通過回路N「Cin-N『2釋放到(^中，......，原邊第N支路第一繞組中漏感能量通過回路
NPN—^Cin-Npw—2釋放到(^中。 通過該并-串拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在原有輸出額定功率不變的情況下，通過推挽正激單元原邊并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源輸入進(jìn)行分流，從而避免(尤其是在低輸入電壓高輸出電壓工作條件下)由于高功率輸入造成的開關(guān)管中電流過大的問題，確保開關(guān)管能夠工作在可承受范圍；在變壓器副邊，采用副邊串聯(lián)結(jié)構(gòu)，將各變壓器副邊輸出電壓進(jìn)行疊加，獲取較高的輸出電壓和輸出功率。 1.整個(gè)電路采用推挽正激變換器拓?fù)錇榛窘Y(jié)構(gòu)單元，從而保留原有推挽正激電路的優(yōu)點(diǎn)，使變壓器磁芯實(shí)現(xiàn)雙向勵(lì)磁、提高磁芯利用率、不需要附加磁復(fù)位電路等；
2.新型DC/DC變換器采用并-串拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的有效分配，避免了在高功
率工作條件下所引起的高輸入電流對(duì)開關(guān)管造成的影響。 2.新型DC/DC變換器采用并-串拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的有效分配，避免了在高功率工作條件下所引起的高輸入電流對(duì)開關(guān)管造成的影響。
權(quán)利要求
一種組合式推挽直直變換器，包括外界低壓直流電源(1)、推挽正激升壓模塊(2)、整流濾波電路(3)，其中，外界低壓直流電源(1)由直流電源(Vin)和濾波電容(Cin)組成，濾波電容(Cin)一端連接直流電源正極，另一端連接直流電源負(fù)極；推挽正激升壓模塊2中，第一支路第一功率管(S1-1)的漏極連接原邊第一支路第一繞組(Np1-1)異名端，第一支路第一功率管(S1-1)的源極連接外接低壓直流電源負(fù)極，原邊第一支路第一繞組(Np1-1)的同名端連接外接低壓電源正極，第一支路第二功率管(S1-2)的漏極連接外接低壓電源正極，第一支路第二功率管(S1-2)的源極連接第一支路第二繞組(Np1-2)異名端，第一支路第二繞組(Np1-2)的同名端連接連接外接低壓直流電源負(fù)極，第一支路第一功率管(S1-1)的漏極與第一支路第二功率管(S1-2)的源極之間跨接耦合電容(C1)，第二支路第一功率管(S2-1)的漏極連接原邊第二支路第一繞組(Np2-1)異名端，第二支路第一功率管(S2-1)的源極連接外接低壓直流電源負(fù)極，原邊第二支路第一繞組(Np2-1)的同名端連接外接低壓電源正極，第二支路第二功率管(S2-2)的漏極連接外接低壓電源正極，第二支路第二功率管(S2-2)的源極連接第二支路第二繞組(Mp2-2)異名端，第二支路第二繞組(Mp2-2)的同名端連接連接外接低壓直流電源負(fù)極，第二支路第一功率管(S2-1)的漏極與第二支路第二功率管(S2-2)的源極之間跨接耦合電容(C2)，第N支路第一功率管(SN-1)的漏極連接原邊第N支路第一繞組(NpN-1)異名端，第N支路第一功率管(SN-1)的源極連接外接低壓直流電源負(fù)極，原邊第N支路第一繞組(NpN-1)的同名端連接外接低壓電源正極，第N支路第二功率管(SN-2)的漏極連接外接低壓電源正極，第N支路第二功率管(SN-2)的源極連接第N支路第二繞組(NpN-2)異名端，第N支路第二繞組(NpN-2)的同名端連接連接外接低壓直流電源負(fù)極，第N支路第一功率管(SN-1)的漏極與第N支路第二功率管(SN-2)的源極之間跨接耦合電容(CN)，變壓器副邊第一支路副邊繞組(Ns1)的同名端連接第一整流二極管(D1)正極，第一支路副邊繞組(Ns1)異名端連接第二支路副邊繞組(Ns2)的同名端，第二支路副邊繞組Ns2異名端連接第三支路副邊繞組的同名端，……，第N-1支路副邊繞組異名端連接第N支路副邊繞組(NsN)的同名端，變壓器副邊第N支路副邊繞組(NsN)異名端連接第三整流二極管(D3)正極；整流濾波電路3中，整流電路采用橋式整流結(jié)構(gòu)，第一整流二極管(D1)正極連接第二整流二極管(D2)負(fù)極，第二整流二極管(D2)正極連接輸出端負(fù)極與第四整流二極管(D4)正極，第三整流二極管(D3)正極連接第四整流二極管(D4)負(fù)極，第三整流二極管(D3)正極連接第四整流二極管(D4)負(fù)極，第四整流二極管(D4)正極連接輸出端負(fù)極和第一整流二極管(D1)正極，濾波電感(Lf)一端連接第一整流二極管(D1)負(fù)極，濾波電感(Lf)另一端連接濾波電容(Cf)一端，濾波電容(Cf)正極連接輸出電壓正極，濾波電容(Cf)負(fù)極連接在輸出電壓負(fù)極。
全文摘要
一種組合式推挽直直變換器，由N路推挽正激變換器模塊構(gòu)成，變壓器原邊并聯(lián)分流，變壓器副邊疊加輸出以獲取較高輸出電壓。具有如下優(yōu)點(diǎn)能夠在較高輸出功率要求的工作條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的功率輸出；充分利用推挽正激變換電路的優(yōu)點(diǎn)，效率高；對(duì)外接電源輸入電流實(shí)現(xiàn)分流，降低功率開關(guān)管中的電流大小，提高系統(tǒng)的可靠性，降低功率開關(guān)管選型的困難和復(fù)雜性。
文檔編號(hào)H02M3/337GK101753035SQ20091003609
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者歐陽靜, 洪峰, 王家斌, 王成華 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)