專利名稱：高頻變壓器三角-星型聯(lián)結(jié)的高增益直流變換器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種直流-直流變換器，具體是高頻變壓器三角-星型聯(lián)結(jié)的高 增益直流變換器。
背景技術(shù)：
常規(guī)的全橋式直流_直流變換器，包括一個高頻變壓器，四個功率開關管，及四個 輸出整流二極管，第一功率開關管的源極與第二功率開關管的漏極及高頻變壓器的原邊繞 組一端相連，第三功率開關管的源極與第四功率開關管的漏極及高頻變壓器的原邊繞組另 一端相連，第一二極管的陰極與第二二極管的陽極及高頻變壓器副邊繞組的一端相連，第 三二極管的陰極與第四二極管的陽極及高頻變壓器副邊繞組的另一端相連。這種隔離型直 流-直流變換器輸出電壓增益較小，由于變壓器的匝比較大，因而功率開關管的電壓尖峰 較大，功率開關管為硬開關工作，開關損耗較大，輸出整流二極管的電壓應力較大，二極管 的反向恢復電流較大，反向恢復損耗較大。近年來，相繼研究了一些高增益直流-直流變換 電路，主要有兩類一類是推挽正激變換器，本質(zhì)上是一種隔離型推挽變換器，這種變換器 是基本降壓型變換器的變形，仍然需要依靠高頻變壓器的匝比來實現(xiàn)高增益電壓輸出，由 于變壓器的漏感較大，同樣存在全橋式變換器類似的開關損耗、反向恢復損耗等；另一類是 兩級式功率變換器，比如前級為基本升壓型變換器，后級為開環(huán)橋式變換器，這種情形下后 級變換器等效于電子變壓器，兩級式功率變換器可能實現(xiàn)高增益輸出電壓，但整個變換拓 撲中存在五個功率開關管、五個輸出整流二極管，因而在低壓輸入情況下，仍然存在漏感引 起的開關損耗、及反向恢復損耗。這兩種類型高增益隔離型直流-直流變換器雖然通過很 高的變壓器匝比來實現(xiàn)高增益電壓輸出，但是外加功率電路復雜，而且高匝比變壓器存在 較大的漏感，因而不能降低功率開關管、輸出整流二極管的電壓應力，限制了變換器工作效 率的進一步提升。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供輸出電壓的高增益，輸入電流紋波小，輸出電流紋波小， 結(jié)構(gòu)簡單，且實現(xiàn)高增益的高頻變壓器三角_星型聯(lián)結(jié)的隔離型直流變換器。本實用新型的高頻變壓器三角_星型聯(lián)結(jié)的高增益直流變換器，包括六個功率開 關管，六個輸出整流二極管，一個輸入濾波電容，一個輸出濾波電感，一個輸出濾波電容，及 一個高頻三相變壓器，高頻三相變壓器的原邊繞組為三角形聯(lián)結(jié)、副邊繞組為星形聯(lián)結(jié)。第 一功率開關管的源極與第四功率開關管的漏極及高頻三相變壓器原邊三角形繞組的一端 相連，第三功率開關管的源極與第六功率開關管的漏極及高頻三相變壓器原邊三角形繞組 的另一端相連，第五功率開關管的源極與第二功率開關管的漏極及高頻三相變壓器原邊三 角形繞組的最后一端相連，第一整流二極管的陽極與第四整流二極管的陰極及高頻三相變 壓器副邊星形聯(lián)結(jié)繞組的一端相連，第三整流二極管的陽極與第六整流二極管的陰極及高 頻三相變壓器副邊星形聯(lián)結(jié)繞組的另一端相連，第五整流二極管的陽極與第二整流二極管的陰極及高頻三相變壓器副邊星形聯(lián)結(jié)繞組的最后一端相連。原邊為三相橋式功率變換電路，橋式功率電路分別錯相120°，且上、下功率開關 管互補對稱工作，從而在副邊星形繞組上得到與同磁柱原邊繞組相同的電壓，經(jīng)過副邊三 相二極管整流電路后，可以實現(xiàn)類似三相交流整流的效果，在變壓器副邊可得到一組梯形 波電壓，即使高頻三相變壓器的匝比較小，仍然可以得到較高的輸出電壓。本實用新型利用了 Δ/Y聯(lián)結(jié)高頻三相變壓器來實現(xiàn)輸出升壓，結(jié)合變壓器的適 當匝比可以達到輸出電壓的高增益；可以通過輸出星形繞組與輸出負載不同的連接方式， 可以靈活地在輸出端得到一組正的輸出電壓、或正、負兩組輸出電壓；原邊橋式電路與副邊 三相整流二極管可實現(xiàn)三相交錯并聯(lián)的效果，從而減小輸入電流紋波，及輸出電流紋波，并 使功率器件熱分布均衡，提高變換器的可靠性。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點和效果本實用新型利用高頻三相變壓 器的概念，并通過變壓器繞組Δ-Y聯(lián)結(jié)的方式實現(xiàn)副邊階梯波輸出，從而達到輸出電壓的高 升壓比；同時，原邊橋式功率電路與副邊三相整流二極管可實現(xiàn)三相交錯并聯(lián)的效果，從 而減小輸入電流紋波，及輸出電流紋波，并使功率器件熱分布均衡，提高功率變換器的可靠 性。

圖1是本實用新型的一種高頻變壓器三角-星型聯(lián)結(jié)的高增益直流變換器的電路 圖；圖2是本實用新型的另一種高頻變壓器三角-星型聯(lián)結(jié)的高增益直流變換器的電 路圖；圖3是本實用新型的高頻變壓器三角-星型聯(lián)結(jié)的高增益直流變換器的穩(wěn)態(tài)工作 波形圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的高頻變壓器三角-星型聯(lián)結(jié)的高增益直流變換器，包括六 個功率開關管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，六個輸出整流二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6，一個輸入濾 波電容Cin，一個輸出濾波電感Lout，一個輸出濾波電容Cout，及一個高頻三相變壓器TXl， 高頻三相變壓器的原邊繞組為三角形聯(lián)結(jié)、副邊繞組為星形聯(lián)結(jié)。Ql的源極與Q4的漏極及 高頻三相變壓器原邊三角形繞組的一端相連，Q3的源極與Q6的漏極及高頻三相變壓器原 邊三角形繞組的另一端相連，Q5的源極與Q2的漏極及高頻三相變壓器原邊三角形繞組的 最后一端相連，Dl的陽極與D4的陰極及高頻三相變壓器副邊星形聯(lián)結(jié)繞組的一端相連，D3 的陽極與D6的陰極及高頻三相變壓器副邊星形聯(lián)結(jié)繞組的另一端相連，D5的陽極與D2的 陰極及高頻三相變壓器副邊星形聯(lián)結(jié)繞組的最后一端相連。或者也可以如圖2所示，高頻三相變壓器的原邊連接方式不變，而從高頻三相變 壓器副邊星形聯(lián)結(jié)繞組的中點與兩個輸出電容Coutl、Cout2的中點相連，同時將輸出濾波 電感變?yōu)閮蓚€，分別為Lout 1、Lout2，可以在輸出端得到正、負兩組輸出電壓。功率開關管的占空比為0.5時，一個完整的工作周期內(nèi)，高頻變壓器三角-星型聯(lián)結(jié)的高增益直流變換器存在六個工作模態(tài)(圖1與圖2所示變換器的工作過程相同)，如圖 3所示。t0 tl 功率開關管Ql、Q6、Q5導通，A點電壓為輸入電壓Vin，B點電壓為零，C
點電壓為輸入電壓 Vin，故 Vab = Vin，Vbc = -Vin, Vca = 0，由于 Vatl = Vab · N，Vbo = Vbc · N，Vc0 =Vca ·Ν，Ν = Ns/Np,Np為變壓器原邊繞組的圈數(shù)；Ns為變壓器副邊繞組的圈數(shù)。因此，可 以得到Vab = 2Vin · N, Vbc = -Vin · N, Vca = -Vin · N，由于Vab的絕對值最高，因此副邊整流二 極管Dl、D6導通，這段時間的輸出電壓為Vout = 2Vin · N。tl t2 功率開關管Q2、Q1、Q6導通，A點電壓為輸入電壓Vin，B點電壓為零，C點
電壓為輸入電壓零，故 Vab = Vin，Vbc = 0，Vca = -Vin,由于 Va0 = Vab · N，Vbo = Vbc · N，Vc0 = Vca · N。因此，可以得到 Vab = Vin · N，Vbc = Vin · N，Vca = -2Vin · N，由于 Vca 的絕對值最高， 因此副邊整流二極管D2、D1導通，這段時間的輸出電壓為V。ut = 2Vin · N。t2 t3 功率開關管Q3、Q2、Ql導通，A點電壓為輸入電壓Vin，B點電壓為輸入電 壓 Vin，C 點電壓為零，故 Vab = 0，Vbc = Vin，Vca = -Vin,由于 Va0 = Vab · N, Vbo = Vbc · N，Vc0 = Vca · N。因此，可以得到 Vab = -Vin · N，Vbc = 2Vin · N，Vca = -Vin · N，由于 Vbc 的絕對值最高， 因此副邊整流二極管D3、D2導通，這段時間的輸出電壓為V。ut = 2in · N。t3 t4 功率開關管Q4、Q3、Q2導通，A點電壓為零，B點電壓為輸入電壓Vin，C 點電壓為零，故 Vab = -Vin, Vbc = Vin, Vca = 0，由于 Va0 = Vab · N，Vbo = Vbc · N，Vc0 = Vca · N。 因此，可以得到Vab = -2Vin · N, Vbc = Vin · N, Vca = Vin · N，由于Vab的絕對值最高，因此副邊 整流二極管D4、D3導通，這段時間的輸出電壓為V。ut = 2Vin · N。t4 t5 功率開關管Q5、Q4、Q3導通，A點電壓為零，B點電壓為輸入電壓Vin，C點 電壓為輸入電壓 Vin，故 Vab = -Vin, Vbc = 0，Vca = Vin，由于 Va0 = Vab · N，Vbo = Vbc · N，Vc0 = Vca · N。因此，可以得到 Vab = -Vin · N，Vbc = -Vin · N，Vca = 2Vin · N，由于 Vca 的絕對值最高， 因此副邊整流二極管D5、D4導通，這段時間的輸出電壓為V。ut = 2Vin · N。t5 t6 功率開關管Q6、Q5、Q4導通，A點電壓為零，B點電壓為零，C點電壓為輸 入電壓 Vin，故 Vab = 0，Vbc = -Vin, Vca = Vin，由于 Va0 = Vab · N，Vbo = Vbc · N，Vc0 = Vca · N。 因此，可以得到Vab = Vin · N, Vbc = -2Vin · N, Vca = Vin · N，由于Vbc的絕對值最高，因此副邊 整流二極管D6、D5導通，這段時間的輸出電壓為V。ut = 2Vin · N。從以上分析過程可以看出，在每個工作模態(tài)中始終都有V。ut = 2Vin*N，因而相較于 帶有常規(guī)高頻變壓器的隔離型DC/DC變換器，這種高頻變壓器三角_星型聯(lián)結(jié)的高增益直 流變換器副邊繞組可以得到電壓梯形波，因而可以實現(xiàn)倍壓輸出，這就是高頻三相變壓器 的內(nèi)在升壓特性。而輸出端的濾波電感Lout與濾波電容Cout可以平滑副邊整流二極管的 換流過程，降低輸出電流紋波。
權(quán)利要求一種高頻變壓器三角 星型聯(lián)結(jié)的高增益直流變換器，其特征在于包括六個功率開關管(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6)，六個輸出整流二極管(D1、D2、D3、D4、D5、D6)，一個輸入電容(Cin)，一個輸出濾波電感(Lout)，一個輸出濾波電容(Cout)，及一個高頻三相變壓器(TX1)，高頻三相變壓器的原邊繞組為三角形聯(lián)結(jié)、副邊繞組為星形聯(lián)結(jié)；第一功率開關管(Q1)的源極與第四功率開關管(Q4)的漏極及高頻三相變壓器原邊三角形繞組的一端相連，第三功率開關管(Q3)的源極與第六功率開關管(Q6)的漏極及高頻三相變壓器原邊三角形繞組的另一端相連，第五功率開關管(Q5)的源極與第二功率開關管(Q2)的漏極及高頻三相變壓器原邊三角形繞組的最后一端相連，第一整流二極管(D1)的陽極與第四整流二極管(D4)的陰極及高頻三相變壓器副邊星形聯(lián)結(jié)繞組的一端相連，第三整流二極管(D3)的陽極與第六整流二極管(D6)的陰極及高頻三相變壓器副邊星形聯(lián)結(jié)繞組的另一端相連，第五整流二極管(D5)的陽極與第二整流二極管(D2)的陰極及高頻三相變壓器副邊星形聯(lián)結(jié)繞組的最后一端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變換器，其特征在于從高頻三相變壓器副邊星形聯(lián)結(jié)繞組 的中點與兩個輸出電容Coutl、Cout2的中點相連，同時將輸出濾波電感變?yōu)閮蓚€，分別為 Loutl、Lout2，在輸出端得到正、負兩組輸出電壓。
專利摘要本實用新型公開的高頻變壓器三角-星型聯(lián)結(jié)的高增益直流變換器，包括六個功率開關管，一個輸入濾波電容，一個輸出濾波電感，一個輸出濾波電容，六個整流二極管和一個高頻三相變壓器，高頻三相變壓器的繞組為Δ/Y聯(lián)結(jié)。本實用新型利用了Δ/Y聯(lián)結(jié)高頻三相變壓器的內(nèi)在特性來實現(xiàn)輸出升壓，結(jié)合變壓器的適當匝比可以達到輸出電壓的高增益；原邊為三相橋式功率變換電路，橋式功率電路分別錯相120°，且上、下功率開關管互補對稱工作，原邊橋式電路與副邊三相整流二極管可實現(xiàn)三相交錯并聯(lián)的效果，從而減小輸入電流紋波，及輸出電流紋波，并使功率器件熱分布均衡，提高變換器的可靠性。
文檔編號H02M3/315GK201699588SQ20102023136
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者胡炎申, 謝運祥 申請人:華南理工大學