雙橋?qū)捸?fù)載范圍zvs三電平直流變換器、開(kāi)關(guān)電源的制作方法
【專利摘要】一種雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換器，采用8只自關(guān)斷器件，2個(gè)隔直電容，2個(gè)高頻變壓器以及輸出整流濾波單元組成，兩組直流變換器共用一組輸入直流母線。其優(yōu)點(diǎn)是：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，變壓器原邊不需要額外的鉗位器件；2）器件承受電壓應(yīng)力低，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件承受Uin/2的電壓應(yīng)力，適用于高壓直流變換；3）控制簡(jiǎn)單，采用成熟的移相控制方式，具有很強(qiáng)的實(shí)用性；4）輸出波形為三電平，可大大降低輸出波形中的諧波含量，在相同的濾波器條件下，可大大降低開(kāi)關(guān)頻率，提高電路效率。5）通過(guò)添加兩個(gè)諧振電感，拓展原邊自關(guān)斷器件的軟開(kāi)關(guān)范圍，可大大降低自關(guān)斷器件的開(kāi)關(guān)損耗，該電路可廣泛應(yīng)用于直流開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換器、開(kāi)關(guān)電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS (零電壓開(kāi)關(guān))三電平直流變換器拓?fù)?，該電路可用于直流開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]三電平技術(shù)是電力電子技術(shù)的熱門(mén)技術(shù)。在電力電子應(yīng)用中，受到器件電壓定額的影響，電路中不可避免采用器件串聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，為了解決器件串聯(lián)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)均壓?jiǎn)栴}必須附加均壓電路。隨著均壓電路的加入以及器件數(shù)量的增加，電路自然具備多種工作模式以及多個(gè)輸出電平，通過(guò)工作模式的組合得到更好的輸出特性。三電平直流變換器的研究始于1992年，該類型電路廣泛應(yīng)用于高壓直流變換領(lǐng)域，中國(guó)專利200610096757是該類技術(shù)之一。2004年，巴西學(xué)者提出了一種新型三電平直流變換器，該電路采用輸入電容作為原邊鉗位電路，大大簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，具有良好的應(yīng)用前景。但該類電路存在三個(gè)問(wèn)題:
[0003]其一，輸出波形仍然是兩電平波形，對(duì)于減小輸出濾波器體積以及輸入電容紋波等方面沒(méi)有改善；
[0004]其二，原邊自關(guān)斷器件軟開(kāi)關(guān)范圍??；
[0005]最后，傳統(tǒng)的移相控制技術(shù)無(wú)法應(yīng)用于該電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換電路，解決了【背景技術(shù)】輸出波形仍然是兩電平波形、原邊自關(guān)斷器件軟開(kāi)關(guān)范圍小、無(wú)法使用移相控制的技術(shù)問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0008]一種雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換器，其特殊之處是:
[0009]包括8只自關(guān)斷器件S1?S8, 2個(gè)隔直電容Cbu、C%2，4個(gè)電容Cinl?Cin4，2個(gè)高頻變壓器T1、T2,1個(gè)電感L1以及輸出整流濾波單元；所述輸出整流濾波單元包括4個(gè)二極管D01 ?D04,電感 Lout，電容 Cout ；
[0010]其中:
[0011]S1的集電極、S5的集電極以及Cinl的一端聯(lián)接于1，作為電路的正極輸入端；
[0012]Cbl2的一端以及T2的原邊繞組T2p的同名端聯(lián)接于2 ；
[0013]S5的發(fā)射極、S6的集電極以及C%2的另一端聯(lián)接于3 ；
[0014]Cinl的另一端、Cin2的一端以及L1的一端聯(lián)接于4 ；
[0015]S1的發(fā)射極、S2的集電極、L1的另一端以及Cbu的一端聯(lián)接于5 ；
[0016]Cbli的另一端以及T1的原邊繞組Tlp的同名端聯(lián)接于6 ；
[0017]S2的發(fā)射極、S3的集電極、S6的發(fā)射極、S7的集電極、Cin2的另一端以及Cin3的一端聯(lián)接于7;
[0018]S7的發(fā)射極、S8的集電極、T2的原邊繞組T2p的另一端以及L2的一端聯(lián)接于8 ；[0019]Cin3的另一端、Cin4的一端以及L2的另一端聯(lián)接于9 ；
[0020]S3的發(fā)射極、S4的集電極以及變壓器T1的原邊繞組Tlp的另一端聯(lián)接于10 ；
[0021]S4的發(fā)射極、S8的發(fā)射極與Cin4的另一端聯(lián)接于11，作為電路的負(fù)極輸入端；
[0022]T1和T2副邊串行聯(lián)接，且T1的副邊繞組Tls的另一端與T2的副邊繞組T2s的同名端聯(lián)接于12 ；
[0023]T1副邊繞組Tls的同名端、Dtjl的陽(yáng)極以及Dtj2的陰極聯(lián)接與13 ；
[0024]T2副邊繞組T2s的另一端、D03的陽(yáng)極以及Dtj4的陰極聯(lián)接與14 ；
[0025]D01的陰極、D03的陰極以及Lrat的一端聯(lián)接于15 ；
[0026]Lout的另一端、Crat的一端聯(lián)接于16,作為電路的正極輸出端；
[0027]D02的陽(yáng)極、Dtj4的陽(yáng)極以及Crat的另一端聯(lián)接于17，作為電路的負(fù)極輸出端。
[0028]一種應(yīng)用本發(fā)明直流變換器的開(kāi)關(guān)電源，其特殊之處是:
[0029]包括二極管整流電路、電感Lin、雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換器；
[0030]所述雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換器包括8只自關(guān)斷器件S1?S8, 2個(gè)隔直電容CBU、C%2，4個(gè)電容Cinl?Cin4，2個(gè)高頻變壓器1\、T2,1個(gè)電感L1以及輸出整流濾波單元；所述輸出整流濾波單元包括4個(gè)二極管Dtjl?Dtj4,電感Lwt，電容Crat ；
[0031]其中:
[0032]二極管整流電路的交流側(cè)接三相交流電源；
[0033]二極管整流電路的直流側(cè)正極與電感Lin的一端聯(lián)接；
[0034]電感Lin的另一端、S1的集電極、S5的集電極以及Cinl的一端聯(lián)接于I ;
[0035]Cbl2的一端以及T2的原邊繞組T2p的同名端聯(lián)接于2 ；
[0036]S5的發(fā)射極、S6的集電極以及C%2的另一端聯(lián)接于3 ；
[0037]Cinl的另一端、Cin2的一端以及L1的一端聯(lián)接于4 ；
[0038]S1的發(fā)射極、S2的集電極、L1的另一端以及Cbu的一端聯(lián)接于5 ；
[0039]Cbli的另一端以及T1的原邊繞組Tlp的同名端聯(lián)接于6 ；
[0040]S2的發(fā)射極、S3的集電極、S6的發(fā)射極、S7的集電極、Cin2的另一端以及Cin3的一端聯(lián)接于7;
[0041]S7的發(fā)射極、S8的集電極、T2的原邊繞組T2p的另一端以及L2的一端聯(lián)接于8 ；
[0042]Cin3的另一端、Cin4的一端以及L2的另一端聯(lián)接于9 ；
[0043]S3的發(fā)射極、S4的集電極以及變壓器T1的原邊繞組Tlp的另一端聯(lián)接于10 ；
[0044]二極管整流電路的直流側(cè)負(fù)極、S4的發(fā)射極、S8的發(fā)射極與Cin4的另一端聯(lián)接于
11;
[0045]T1和T2副邊串行聯(lián)接，且T1的副邊繞組Tls的另一端與T2的副邊繞組T2s的同名端聯(lián)接于12 ；
[0046]T1副邊繞組Tls的同名端、Dtjl的陽(yáng)極以及Dtj2的陰極聯(lián)接與13 ；
[0047]T2副邊繞組T2s的另一端、Dtj3的陽(yáng)極以及Dtj4的陰極聯(lián)接與14 ；
[0048]D01的陰極、D03的陰極以及Ltjut的一端聯(lián)接于15 ；
[0049]Lout的另一端、Crat的一端聯(lián)接于16,作為電路的正極輸出端；
[0050]D02的陽(yáng)極、Dtj4的陽(yáng)極以及Crat的另一端聯(lián)接于17，作為電路的負(fù)極輸出端。
[0051]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):[0052]1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，變壓器原邊不需要額外的鉗位器件；
[0053]2、器件承受電壓應(yīng)力低，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件承受Uin/2的電壓應(yīng)力，適用于高壓直流變換；
[0054]3、控制簡(jiǎn)單，采用成熟的移相控制方式，具有很強(qiáng)的實(shí)用性；
[0055]4、輸出波形為三電平，可大大降低輸出波形中的諧波含量，在相同的濾波器條件下，可大大降低開(kāi)關(guān)頻率，提高電路效率。
[0056]5、通過(guò)添加兩個(gè)諧振電感，拓展原邊自關(guān)斷器件的軟開(kāi)關(guān)范圍，可大大降低自關(guān)斷器件的開(kāi)關(guān)損耗，該電路可廣泛應(yīng)用于直流開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0057]圖1是本發(fā)明直流變換器的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0058]圖2是本發(fā)明直流變換器在UinZk模式下導(dǎo)通原理圖。
[0059]圖3是本發(fā)明直流變換器在Uin/2k模式下導(dǎo)通原理圖。
[0060]圖4是本發(fā)明直流變換器在_Uin/k模式下導(dǎo)通原理圖。
[0061]圖5是本發(fā)明直流變換器在_Uin/2k模式下導(dǎo)通原理圖。
[0062]圖6是本發(fā)明直流變換器變壓器副邊輸出波形原理示意圖。
[0063]圖7是本發(fā)明開(kāi)關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064]雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換器變壓器原邊電路特征是:
[0065]S1的集電極、S5的集電極與Cinl的一端聯(lián)接于I ;C%2的一端與T2的原邊繞組T2p的同名端聯(lián)接于2 ；S5的發(fā)射極、S6的集電極及C%2的另一端聯(lián)接于3 ；Cinl的另一端、Cin2的一端與L1的一端聯(lián)接于4 的發(fā)射極、S2的集電極、L1的另一端以及Cbu的一端聯(lián)接于5 ；Cbli的另一端與T1的原邊繞組Tlp的同名端聯(lián)接于6 ；S2的發(fā)射極、S3的集電極、S6的發(fā)射極、S7的集電極、Cin2的另一端以及Cin3的一端聯(lián)接于7 ；S7的發(fā)射極、S8的集電極、T2的原邊繞組T2p的另一端以及L2的一端聯(lián)接于8 ；Cin3的另一端、Cin4的一端與L2的另一端聯(lián)接于9 ；S3的發(fā)射極、S4的集電極以及變壓器T1的原邊繞組Tlp的另一端聯(lián)接于10 ；S4的發(fā)射極、S8的發(fā)射極與Cin4的一端聯(lián)接于11。
[0066]雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換器變壓器副邊特征是:
[0067]T1和T2副邊串行聯(lián)接。T1的副邊繞組Tls的另一端與T2同名端聯(lián)接于12 J1副邊繞組Tls的一同名端與Dtjl的陽(yáng)極以及Dtj2的陰極聯(lián)接與13 ；T2副邊繞組T2s的另一端與Dtj3的陽(yáng)極以及Dtj4的陰極聯(lián)接與14 ；D0l和Dt53的陰極與Lrat的一端聯(lián)接于15 ；L0Ut的另一端、Cout的一端聯(lián)接于16 ；Do2的陽(yáng)極、Dtj4的陽(yáng)極以及Crat的另一端聯(lián)接于17。
[0068]實(shí)施例1
[0069]本例是采用雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換器的開(kāi)關(guān)電源。
[0070]參見(jiàn)圖7，三相交流電源經(jīng)過(guò)二極管整流電路Dinl-Din6變成直流，直流側(cè)正極經(jīng)過(guò)電感Lin與所述電路的I端聯(lián)接；直流側(cè)的負(fù)極與所述電路的11端相連；圖中變壓器為高頻變壓器。
[0071]經(jīng)過(guò)控制Cbu和C%2兩端電壓可控制為Uin/2，其主要工作狀態(tài)簡(jiǎn)述如下:[0072]參見(jiàn)圖2，開(kāi)關(guān)Sp S4、S5、S8導(dǎo)通，變壓器T1原邊繞組兩端承受的電壓為Uin/2 ;變壓器T2原邊繞組兩端承受的電壓為Uin/2，變換器變壓器副邊串聯(lián)輸出Uin/k電平。
[0073]參見(jiàn)圖3，開(kāi)關(guān)S1、S5、S8、D3導(dǎo)通，變壓器T1原邊繞組兩端承受的電壓為O ;變壓器T2原邊繞組兩端承受的電壓為Uin/2，變換器變壓器副邊串聯(lián)輸出Uin/2k電平。
[0074]參見(jiàn)圖4，開(kāi)關(guān)S2、S3、S6、S7導(dǎo)通，變壓器T1原邊繞組兩端承受的電壓為_(kāi)Uin/2 ;變壓器T2原邊繞組兩端承受的電壓為-Uin/2，變換器變壓器副邊串聯(lián)輸出-uin/k電平。
[0075]參見(jiàn)圖5,開(kāi)關(guān)S2、S6、S7、D4導(dǎo)通,變壓器T1原邊繞組兩端承受的電壓為O ;變壓器T2原邊繞組兩端承受的電壓為_(kāi)Uin/2，變換器變壓器副邊串聯(lián)輸出-Uin/2k電平。
[0076]參見(jiàn)圖6，為變換器變壓器副邊輸出波形。
【權(quán)利要求】
1.一種雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換器，其特征在于: 包括8只自關(guān)斷器件S1~S8, 2個(gè)隔直電容CBU、C%2，4個(gè)電容Cinl~Cin4，2個(gè)高頻變壓器?\、Τ2，1個(gè)電感L1以及輸出整流濾波單元；所述輸出整流濾波單元包括4個(gè)二極管Dtjl~D04,電感Uut，電容Cwt ； 其中: S1的集電極、S5的集電極以及Cinl的一端聯(lián)接于I，作為電路的正極輸入端； Cbl2的一端以及T2的原邊繞組T2p的同名端聯(lián)接于2 ； S5的發(fā)射極、S6的集電極以及C%2的另一端聯(lián)接于3 ； Cinl的另一端、Cin2的一端以及L1的一端聯(lián)接于4 ； S1的發(fā)射極、S2的集電極、L1的另一端以及Cbu的一端聯(lián)接于5 ； Cbli的另一端以及T1的原邊繞組Tlp的同名端聯(lián)接于6 ； S2的發(fā)射極、S3的集電極、S6的發(fā)射極、S7的集電極、Cin2的另一端以及Cin3的一端聯(lián)接于7 ； S7的發(fā)射極、S8的集電極、T2的原邊繞組T2p的另一端以及L2的一端聯(lián)接于8 ； Cin3的另一端、Cin4的一端以及L2的另一端聯(lián)接于9 ； S3的發(fā)射極、S4的集電極以及變壓器T1的原邊繞組Tlp的另一端聯(lián)接于10 ； S4的發(fā)射極、S8的發(fā)射極與Cin4的另一端聯(lián)接于11，作為電路的負(fù)極輸入端； T1和T2副邊串行聯(lián)接，且T1的副邊繞組Tls的另一端與T2的副邊繞組T2s的同名端聯(lián)接于12 ； T1副邊繞組Tls的同名端、Dtjl的陽(yáng)極以及Dtj2的陰極聯(lián)接與13 ； T2副邊繞組T2s的另一端、Dt53的陽(yáng)極以及Dtj4的陰極聯(lián)接與14 ； D01的陰極、Dt53的陰極以及Lrat的一端聯(lián)接于15 ； Lout的另一端、Ctjut的一端聯(lián)接于16,作為電路的正極輸出端； D02的陽(yáng)極、Dtj4的陽(yáng)極以及Crat的另一端聯(lián)接于17，作為電路的負(fù)極輸出端。
2.一種開(kāi)關(guān)電源，其特征在于: 包括二極管整流電路、電感Lin、雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換器； 所述雙橋?qū)捸?fù)載范圍ZVS三電平直流變換器包括8只自關(guān)斷器件S1~S8, 2個(gè)隔直電容CBU、C%2，4個(gè)電容Cinl~Cin4，2個(gè)高頻變壓器I\、T2，I個(gè)電感L1以及輸出整流濾波單元；所述輸出整流濾波單元包括4個(gè)二極管Dtjl~Dtj4,電感Lrat,電容Cwt ； 其中: 二極管整流電路的交流側(cè)接三相交流電源； 二極管整流電路的直流側(cè)正極與電感Lin的一端聯(lián)接； 電感Lin的另一端、S1的集電極、S5的集電極以及Cinl的一端聯(lián)接于I ; Cbl2的一端以及T2的原邊繞組T2p的同名端聯(lián)接于2 ； S5的發(fā)射極、S6的集電極以及C%2的另一端聯(lián)接于3 ； Cinl的另一端、Cin2的一端以及L1的一端聯(lián)接于4 ； S1的發(fā)射極、S2的集電極、L1的另一端以及Cbu的一端聯(lián)接于5 ； Cbli的另一端以及T1的原邊繞組Tlp的同名端聯(lián)接于6 ； S2的發(fā)射極、S3的集電極、S6的發(fā)射極、S7的集電極、Cin2的另一端以及Cin3的一端聯(lián)接于7 ； S7的發(fā)射極、S8的集電極、T2的原邊繞組T2p的另一端以及L2的一端聯(lián)接于8 ； Cin3的另一端、Cin4的一端以及L2的另一端聯(lián)接于9 ； S3的發(fā)射極、S4的集電極以及變壓器T1的原邊繞組Tlp的另一端聯(lián)接于10 ； 二極管整流電路的直流側(cè)負(fù)極、S4的發(fā)射極、S8的發(fā)射極與Cin4的另一端聯(lián)接于11 ； T1和T2副邊串行聯(lián)接，且T1的副邊繞組Tls的另一端與T2的副邊繞組T2s的同名端聯(lián)接于12 ； T1副邊繞組Tls的同名端、Dtjl的陽(yáng)極以及Dtj2的陰極聯(lián)接與13 ； T2副邊繞組T2s的 另一端、Dt53的陽(yáng)極以及Dtj4的陰極聯(lián)接與14 ； D01的陰極、Dt53的陰極以及Lrat的一端聯(lián)接于15 ； Lout的另一端、Ctjut的一端聯(lián)接于16,作為電路的正極輸出端； D02的陽(yáng)極、Dtj4的陽(yáng)極以及Crat的另一端聯(lián)接于17，作為電路的負(fù)極輸出端。
【文檔編號(hào)】H02M3/335GK103746563SQ201310746203
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
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