專利名稱：帶有功率開(kāi)關(guān)元件保護(hù)電路的直流升壓變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流開(kāi)關(guān)電源，尤其涉及一種帶有功率開(kāi)關(guān)元件保護(hù)電路的直流升壓變換器。
背景技術(shù)：
自行高炮初級(jí)電站的功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)-電能量轉(zhuǎn)換，即將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，并將產(chǎn)生的電能進(jìn)行變換后向自行高炮的儀器設(shè)備提供初級(jí)電源。目前初級(jí)電站根據(jù)儀器設(shè)備對(duì)電源的需求，輸出的直流電源既有高壓電源又有低壓電源，其中低壓直流電源由發(fā)電機(jī)輸出的400Hz 63V交流電變換形成，而高壓直流電源由發(fā)電機(jī)輸出的400Hz 220V變換形成。其中升壓變換的技術(shù)方案是將發(fā)電機(jī)輸出的400Hz 220V交流電整流為直流電后，再用H橋電路逆變?yōu)楦哳l交流電，用高頻變壓器調(diào)整電壓，最后整流濾波形成所需的直流電。如圖I所示，H橋電路中功率開(kāi)關(guān)元件(IGBT或M0SFET)的保護(hù)電路常采用RC阻·容吸收電路(圖中虛線框內(nèi)的電路)，該吸收電路有兩方面不足一是儲(chǔ)存在電容C上的電能通過(guò)電阻R泄放，電阻R的發(fā)熱量大，功率損耗大，增加了電源的散熱負(fù)擔(dān)；二是該電路雖有一定的吸收能力，但功率開(kāi)關(guān)元件兩端的過(guò)電壓還是較高，造成功率開(kāi)關(guān)元件工作時(shí)的可靠性較低，為了保證可靠性，需要提高功率開(kāi)關(guān)元件的耐壓值，使其費(fèi)效比較低，尤其當(dāng)電源電壓越高時(shí)，選擇合適的開(kāi)關(guān)管越困難。另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，直流逆變還常采用一種BOOST電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，但該BOOST電路不具有功率開(kāi)關(guān)元件的保護(hù)電路，也存在上述第二方面的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)中缺點(diǎn)，為自行高炮初級(jí)電站提供一種帶有功率開(kāi)關(guān)元件保護(hù)電路的直流升壓變換器，它能夠較好吸收功率開(kāi)關(guān)元件的能量，降低功率開(kāi)關(guān)元件兩端的電壓，提高其可靠性，同時(shí)還可降低其功耗，使電路發(fā)熱大幅減小。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下它包括一個(gè)BOOST電路，該BOOST電路具有一個(gè)由直流輸入電源、儲(chǔ)能電感，第一續(xù)流二極管和濾波電容串聯(lián)構(gòu)成的主回路和一個(gè)接在該主回路中的功率開(kāi)關(guān)元件，該功率開(kāi)關(guān)元件的正開(kāi)關(guān)端接在儲(chǔ)能電感和第一續(xù)流二極管的串聯(lián)點(diǎn)上，其負(fù)開(kāi)關(guān)端接在直流輸入電源的負(fù)端上，其改進(jìn)之處是它還包括一個(gè)所述功率開(kāi)關(guān)元件的保護(hù)電路，該保護(hù)電路由一個(gè)能量?jī)?chǔ)能支路和儲(chǔ)能能量的主泄放支路及輔泄放支路構(gòu)成；所述的能量?jī)?chǔ)能支路接在所述功率開(kāi)關(guān)元件的正開(kāi)關(guān)端到直流輸入電源的負(fù)端上，并且該能量?jī)?chǔ)能支路由第一單向二極管和一個(gè)儲(chǔ)能電容串聯(lián)構(gòu)成；所述的主泄放支路和輔泄放支路均接在儲(chǔ)能電容的能量進(jìn)入及泄放端到第一續(xù)流二極管與濾波電容的串聯(lián)點(diǎn)上，并且所述的輔泄放支路由泄放電阻和第二單向二極管串聯(lián)構(gòu)成，所述的主泄放支路由續(xù)流電感和第二續(xù)流二極管串聯(lián)構(gòu)成；所述的儲(chǔ)能電感和續(xù)流電感繞在同一鐵芯上。本發(fā)明將功率開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電路磁場(chǎng)能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能電容上，在功率開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷后部分儲(chǔ)能電壓的能量通過(guò)輔助泄放回路進(jìn)行泄放，在功率開(kāi)關(guān)元件再次導(dǎo)通時(shí)，由于在主泄放回路中引進(jìn)了續(xù)流電感，并且該續(xù)流電感在主泄放回路中形成了有源電動(dòng)勢(shì)，故儲(chǔ)能電容上剩余的大部分能量通過(guò)主泄放回路被強(qiáng)制泄放掉，又由于只在輔泄放回路中設(shè)有泄放電阻，而在主泄放回路中沒(méi)有泄放電阻，因此，在泄放電阻上的損耗比已有阻容吸收電路的損耗大幅下降，不僅使電路的發(fā)熱量大幅下降，減小了系統(tǒng)散熱負(fù)擔(dān)，提高了電源變換的效率，同時(shí)功率開(kāi)關(guān)元件兩端的過(guò)電壓幅值也大幅減小，大大提高了功率開(kāi)關(guān)元件工作的可靠性。


圖I是已有H橋電路原理圖。圖2是已有BOOST電路原理圖。圖3是本發(fā)明的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖3，本發(fā)明包括一個(gè)BOOST電路，該BOOST電路具有一個(gè)由直流輸入電源(E1)、儲(chǔ)能電感(LI)，第一續(xù)流二極管(Dl)和濾波電容(Cl)串聯(lián)構(gòu)成的主回路和一個(gè)接在該主回路中的功率開(kāi)關(guān)元件(Tl)，該功率開(kāi)關(guān)元件(Tl)的正開(kāi)關(guān)端接在儲(chǔ)能電感(LI)和第一續(xù)流二極管(Dl)的串聯(lián)點(diǎn)(A)上，其負(fù)開(kāi)關(guān)端接在直流輸入電源(El)的負(fù)端上，它還包括一個(gè)所述功率開(kāi)關(guān)元件的保護(hù)電路，該保護(hù)電路由一個(gè)能量?jī)?chǔ)能支路和儲(chǔ)能能量的主泄放支路及輔泄放支路構(gòu)成；所述的能量?jī)?chǔ)能支路接在所述功率開(kāi)關(guān)元件的正開(kāi)關(guān)端到直流輸入電源的負(fù)端上，并且該儲(chǔ)能支路由第一單向二極管(Vl)和一個(gè)儲(chǔ)能電容(C2)串聯(lián)構(gòu)成；所述的主泄放支路和輔泄放支路均接在儲(chǔ)能電容(C2)的能量進(jìn)入及泄放端(B)到第一續(xù)流二極管(Dl)與濾波電容(Cl)的串聯(lián)點(diǎn)(H)上，并且所述的輔泄放支路由泄放電阻(Rl)和第二單向二極管(V2)串聯(lián)構(gòu)成，所述的主泄放支路由續(xù)流電感(L2)和第二續(xù)流二極管(D2)串聯(lián)構(gòu)成；所述的儲(chǔ)能電感(LI)和續(xù)流電感(L2)繞在同一鐵芯上。本發(fā)明工作過(guò)程如下當(dāng)功率開(kāi)關(guān)元件(Tl)由導(dǎo)通轉(zhuǎn)換為關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)能電感(LI)和線路中分布電感上的能量將通過(guò)單向二極管(Vl)進(jìn)入儲(chǔ)能電容(C2)中，從而在儲(chǔ)能電容(C2)上形成高電壓，該高電壓高于濾波電容(Cl)上的電壓，當(dāng)功率開(kāi)關(guān)元件(Tl)關(guān)斷后，儲(chǔ)能電容(C2 )上存儲(chǔ)的電能通過(guò)泄放電阻(Rl)和單向二極管(V2 )向?yàn)V波電容(Cl)泄放，即將儲(chǔ)能電容(C2)高于濾波電容(Cl)的過(guò)電壓部分予以泄放；當(dāng)功率開(kāi)關(guān)元件(Tl)再次導(dǎo)通時(shí)，由于儲(chǔ)能電感(LI)與續(xù)流電感(L2)繞在同一鐵芯上，從而在續(xù)流電感(L2)中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，并且其*端為正，該感生電動(dòng)勢(shì)將在由續(xù)流電感(L2)、第二續(xù)流二極管(D2)、濾波電容(Cl)和儲(chǔ)能電容(C2)形成的主泄放回路中弓丨起電流，也就是繼續(xù)泄放儲(chǔ)能電容C2上剩余的電能，泄放完成后的儲(chǔ)能電容(C2)為功率開(kāi)關(guān)元件(Tl)下一周期的關(guān)斷儲(chǔ)能做好準(zhǔn)備。按照上述電路結(jié)構(gòu)，本例的泄放電阻(Rl)選用lkQ/50W的無(wú)感功率電阻，續(xù)流電感(L2)電感量大于儲(chǔ)能電感(LI)，第二續(xù)流二級(jí)管(D2)選用快恢復(fù)二極管DSEI2X101-12A，儲(chǔ)能電容(C2)選用0. 66uf的無(wú)極性的無(wú)感電容，其它元件參數(shù)按照常規(guī)選取。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，在泄放電阻上產(chǎn)生的平均電流在OA 0. 15A間變化，其損耗的功率不超過(guò)25W，其熱損耗大幅減小，比已有吸收電路的功耗減少了 50W，大幅降低了電路的發(fā)熱；同時(shí)，經(jīng)能量吸收后功率開(kāi)關(guān)元件兩端的過(guò)電壓峰值只有500V左右，比已有吸收電 路的電壓峰值減小了 400多伏，從而大大提高了本直流升壓變換器的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種帶有功率開(kāi)關(guān)元件保護(hù)電路的直流升壓變換器，它包括一個(gè)BOOST電路，該BOOST電路具有一個(gè)由直流輸入電源(El)、儲(chǔ)能電感(LI)，第一續(xù)流二極管(Dl)和濾波電容(Cl)串聯(lián)構(gòu)成的主回路和一個(gè)接在該主回路中的功率開(kāi)關(guān)元件(Tl)，該功率開(kāi)關(guān)元件(Tl)的正開(kāi)關(guān)端接在儲(chǔ)能電感(LI)和第一續(xù)流二極管(Dl)的串聯(lián)點(diǎn)(A)上，其負(fù)開(kāi)關(guān)端接在直流輸入電源(El)的負(fù)端上，其特征是 它還包括一個(gè)所述功率開(kāi)關(guān)元件的保護(hù)電路，該保護(hù)電路由一個(gè)能量?jī)?chǔ)能支路和儲(chǔ)能能量的主泄放支路及輔泄放支路構(gòu)成； 所述的能量?jī)?chǔ)能支路接在所述功率開(kāi)關(guān)元件的正開(kāi)關(guān)端到直流輸入電源的負(fù)端上，并且該能量?jī)?chǔ)能支路由第一單向二極管(Vl)和一個(gè)儲(chǔ)能電容(C2)串聯(lián)構(gòu)成； 所述的主泄放支路和輔泄放支路均接在儲(chǔ)能電容(C2)的能量進(jìn)入及泄放端(B)到第一續(xù)流二極管(Dl)與濾波電容(Cl)的串聯(lián)點(diǎn)(H)上，并且所述的輔泄放支路由泄放電阻(Rl)和第二單向二極管(V2)串聯(lián)構(gòu)成，所述的主泄放支路由續(xù)流電感(L2)和第二續(xù)流二極管(D2)串聯(lián)構(gòu)成； 所述的儲(chǔ)能電感(LI)和續(xù)流電感(L2)繞在同一鐵芯上。
全文摘要
一種帶有功率開(kāi)關(guān)元件保護(hù)電路的直流升壓變換器。它具有一個(gè)BOOST電路，在該BOOST電路中設(shè)有一個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件保護(hù)電路，該功率開(kāi)關(guān)元件保護(hù)電路由一個(gè)與功率開(kāi)關(guān)元件并聯(lián)的儲(chǔ)能支路和儲(chǔ)存能量的主泄放支路及輔泄放支路構(gòu)成。本發(fā)明將功率開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電路磁場(chǎng)能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)能支路中的儲(chǔ)能電容上，在功率開(kāi)關(guān)元件關(guān)斷后儲(chǔ)能電容上部分電能通過(guò)輔助泄放回路中的泄放電阻泄放，在功率開(kāi)關(guān)元件再次導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)能電容上剩余的大部分電能通過(guò)沒(méi)有電阻損耗的主泄放回路泄放，使泄放功耗大幅下降，減小了電路的發(fā)熱量，同時(shí)功率開(kāi)關(guān)元件兩端的過(guò)電壓幅值也大幅減小，提高了功率開(kāi)關(guān)元件工作的可靠性。
文檔編號(hào)H02M1/32GK102820782SQ20121034739
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者張艷利, 王鑫, 曹建剛, 蔣彥明, 付小強(qiáng), 劉君俠, 李運(yùn)濤, 劉鵬輝, 張敏華 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)第二0二研究所