專利名稱：寬范圍zvs低輸出諧波直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬范圍ZVS低輸出諧波直流變換器電路拓撲，該電路可用于直流開關(guān)電源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的高頻直流變換器常采用移相全橋軟開關(guān)電路，例如專利(200610076381)和專利(200920031606)即采用該技術(shù)的典型裝置。雖然移相全橋軟開關(guān)電路可在一定條件下實現(xiàn)變換器原邊開關(guān)器件軟開關(guān)，可有效提高高頻直流變換器的變換效率，但該移相全橋軟開關(guān)電路還存在以下缺陷一是開關(guān)器件受負載條件影響較大，不能在大范圍實現(xiàn)
軟開關(guān)；其二是輸出波形為兩電平，諧波含量較大。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有移相全橋軟開關(guān)電路存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡單寬范圍ZVS低輸出諧波直流變換器通過增加一個變壓器和隔直電容可有效解決該問題，實現(xiàn)較寬范圍的軟開關(guān)以及三電平輸出。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案寬范圍ZVS低輸出諧波直流變換器，包括變壓器原邊電路、變壓器副邊電路以及整流濾波單元，所述整流濾波單元的輸出端作為變換器的輸出端，其特殊之處在于所述變壓器原邊電路包括輸入電容Cin，第一自關(guān)斷器件SI、第二自關(guān)斷器件S2、第三自關(guān)斷器件S3、第四自關(guān)斷器件S4、隔直電容Cp第一高頻變壓器T1的原邊繞組Tlp以及第二高頻變壓器T2的原邊繞組T2p,所述輸入電容Cin并聯(lián)在直流輸入電源的兩端，所述第一自關(guān)斷器件S1的集電極、第三自關(guān)斷器件S3集電極以及輸入電容Cin的一端聯(lián)接于I節(jié)點，所述第一自關(guān)斷器件S1的發(fā)射極、第二自關(guān)斷器件S2的集電極、第一高頻變壓器T1的原邊繞組Tlp的異名端以及隔直電容Cm —端聯(lián)接于2節(jié)點；所述第三自關(guān)斷器件S3的發(fā)射極、第四自關(guān)斷器件S4的集電極、第一高頻變壓器T1的原邊繞組Tlp的同名端聯(lián)接于3節(jié)點；所述第二自關(guān)斷器件S2的發(fā)射極、第四自關(guān)斷器件S4的發(fā)射極、第二高頻變壓器T2的原邊繞組T2p的異名端以及輸入電容Cin的另一端聯(lián)接于4節(jié)點；所述第二高頻變壓器T2的原邊繞組T2p的同名端與隔直電容的另一端聯(lián)接于5節(jié)點，所述I節(jié)點和4節(jié)點作為直流變換器的輸入端正極和負極。上述變壓器副邊電路包括第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls和第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s，所述整流濾波單元包括第一二極管Dtjl、第二二極管Dtj2、第三二極管Dtj3、第四二極管Dtj4、輸出電感Ltjut以及輸出電容Cwt，所述第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls的同名端與第一二極管Dtjl的陽極以及第二二極管Dtj2的陰極聯(lián)接于5節(jié)點；第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s的異名端與第三二極管Dtj3的陽極以及第四二極管Dtj4的陰極聯(lián)接于6節(jié)點；第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls的異名端和第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s的同名端聯(lián)接于7節(jié)點；第一二極管Dtjl和第三二極管D03的陰極與輸出電感Lrat的一端聯(lián)接于8節(jié)點；輸出電感Ltjut的另一端與輸出電容Crat的一端聯(lián)接于9節(jié)點；所述第二二極管Dtj2的陽極和第四二極管Dtj4的陽極與輸出電容Crat的另一端聯(lián)接于10節(jié)點，所述9節(jié)點和10節(jié)點作為直流變換器的輸出端正極和負極。上述整流濾波單元包括第五二極管Dtj5、第六二極管Dtj6、輸出電感Lrat以及輸出電各 Cout，所述變壓器副邊電路包括第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls和第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s，第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls包括第一副邊繞組Tlsl和第二副邊繞組Tls2，所述第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s包括一號副邊繞組T2sl和二號副邊繞組T2s2，所述第一副邊繞組Tlsl的異名端與一號副邊繞組T2sl的同名端串聯(lián)，所述第二副邊繞組Tls2的異名端與二號副邊繞組T2s2的同名端串聯(lián)，
所述第五二極管Dtj5的陽極與第一副邊繞組Tlsl的同名端聯(lián)接于11節(jié)點；所述第六二極管Dtj6的陽極與二號副邊繞組T2s2的異名端聯(lián)接于12節(jié)點；所述第五二極管Dtj5和第六二極管Dtj6Dtj6的陰極與輸出電感Ltjut的一端聯(lián)接于14節(jié)點；輸出電感Lrat的另一端與輸出電容Ctjut的一端聯(lián)接于15節(jié)點；一號副邊繞組T2sl的異名端、第二副邊繞組Tls2的同名端與輸出電容Cwt的另一端聯(lián)接于16節(jié)點，所述15節(jié)點和16節(jié)點作為直流變換器的輸出端正極和負極。上述第一高頻變壓器T1的變比是第二高頻變壓器T2的變比2倍。上述第一自關(guān)斷器件S1、第二自關(guān)斷器件S2、第三自關(guān)斷器件S3和第四自關(guān)斷器件S4分別由絕緣柵雙極晶體管和二極管構(gòu)成；所述絕緣柵雙極晶體管的集電極接二極管的陰極；所述絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極接二極管的陽極；所述絕緣柵雙極晶體管的門極接控制信號控制該器件的導通和關(guān)斷。本發(fā)明所具有的優(yōu)點I、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，采用4個自關(guān)斷器件、兩個高頻變壓器構(gòu)造輸出三電平，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，可大大降低開關(guān)頻率，提高電路效率；2、本發(fā)明的4個自關(guān)斷器件在全負載條件下均能實現(xiàn)軟開關(guān)，裝置整體效率高；3、控制簡單，采用現(xiàn)有成熟的移相全橋開關(guān)電源脈寬控制技術(shù)，具有很強的實用性。該電路可廣泛應(yīng)用于直流開關(guān)電源領(lǐng)域。


圖I是本發(fā)明實施例I的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明實施例2的電路結(jié)構(gòu)圖；圖3是實施例I中變壓器副邊工作在2Uin/k模式下導通原理圖；圖4是實施例I中變壓器副邊工作在Uin/k模式下導通原理圖；圖5是實施例I中變壓器副邊工作在_2Uin/k模式下導通原理圖；圖6是實施例I中變壓器副邊工作在_Uin/k模式下導通原理圖；圖7是本發(fā)明變壓器副邊輸出波形原理示意圖；圖8是采用實施例I中低輸出諧波直流變換器電路的開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式實施例I如圖I所示 ，寬范圍ZVS低輸出諧波直流變換器，包括變壓器原邊電路、變壓器副邊電路以及整流濾波單元，變壓器原邊電路輸出給變壓器副邊電路并經(jīng)過整流濾波單元輸出，變壓器原邊電路包括輸入電容Cin，第一自關(guān)斷器件S1、第二自關(guān)斷器件S2、第三自關(guān)斷器件S3、第四自關(guān)斷器件S4、隔直電容Cp第一高頻變壓器T1的原邊繞組Tlp以及第二高頻變壓器T2的原邊繞組τ2ρ，輸入電容Cin并聯(lián)在直流輸入電源的兩端，所述第一自關(guān)斷器件S1的集電極、第三自關(guān)斷器件S3集電極以及輸入電容Cin的一端聯(lián)接于I節(jié)點，所述第一自關(guān)斷器件S1的發(fā)射極、第二自關(guān)斷器件S2的集電極、第一高頻變壓器T1的原邊繞組Tlp的異名端以及隔直電容Cm —端聯(lián)接于2節(jié)點；所述第三自關(guān)斷器件S3的發(fā)射極、第四自關(guān)斷器件S4的集電極、第一高頻變壓器T1的原邊繞組Tlp的同名端聯(lián)接于3節(jié)點；第二自關(guān)斷器件S2的發(fā)射極、第四自關(guān)斷器件S4的發(fā)射極、第二高頻變壓器T2的原邊繞組T2p的異名端以及輸入電容Cin的另一端聯(lián)接于4節(jié)點；所述第二高頻變壓器T2的原邊繞組T2p的同名端與隔直電容Cm的另一端聯(lián)接于5節(jié)點，所述第一自關(guān)斷器件S1的集電極與發(fā)射極之間設(shè)置有一號二極管，所述第二自關(guān)斷器件S2的集電極與發(fā)射極之間設(shè)置有二號二極管，所述第三自關(guān)斷器件S3的集電極與發(fā)射極之間設(shè)置有三號二極管，所述第四自關(guān)斷器件S4的集電極與發(fā)射極之間設(shè)置有四號二極管，所述直流輸入的正極與I節(jié)點聯(lián)接，所述直流輸入的負極與4節(jié)點聯(lián)接。變壓器副邊電路包括第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls和第二高頻變壓器T2副邊繞組 T2s,整流濾波單元包括第一二極管Dtjl、第二二極管Dtj2、第三二極管Dtj3、第四二極管Dtj4、輸出電感Ltjut以及輸出電容Ctjut,第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls的同名端與第一二極管Dtjl的陽極以及第二二極管Dt52的陰極聯(lián)接于5節(jié)點；第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s的異名端與第三二極管Dt53的陽極以及第四二極管Dtj4的陰極聯(lián)接于6節(jié)點；第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls的異名端和第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s的同名端聯(lián)接于7節(jié)點；第一二極管Dtjl和第三二極管Dtj3的陰極與輸出電感Lrat的一端聯(lián)接于8節(jié)點；輸出電感Ltjut的另一端與輸出電容Crat的一端聯(lián)接于9節(jié)點；所述第二二極管Dtj2的陽極和第四二極管Dtj4的陽極與輸出電容Cwt的另一端聯(lián)接于10節(jié)點，直流輸出的正極與9節(jié)點聯(lián)接，直流輸出的負極與10節(jié)點聯(lián)接。圖8是采用新型寬范圍ZVS低輸出諧波直流變換器電路的開關(guān)電源。三相交流電源經(jīng)過二極管整流電路Dinl-Din6變成直流，直流側(cè)正極經(jīng)過電感Lin與所述電路的I端聯(lián)接；直流側(cè)的負極與所述電路的4端相連；圖中變壓器Ι\、Τ2為高頻變壓器。第一高頻變壓器T1的變比是第二高頻變壓器T2的變比2倍。經(jīng)過控制兩端電壓可控制為Uin/2，其主要工作狀態(tài)簡述如下參見圖3，開關(guān)SpS4導通，變壓器T1原邊繞組兩端承受的電壓為Uin ;變壓器T2原邊繞組兩端承受的電壓為Uin/2 ;變壓器副邊串聯(lián)輸出2Uin/k電平；
參見圖4，開關(guān)S1導通，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 ;變壓器副邊串聯(lián)輸出Uin/k電平；參見圖5，開關(guān)S2、S3導通，變壓器T1原邊繞組兩端承受的電壓為-Uin ;變壓器T2原邊繞組兩端承受的電壓為_Uin/2 ;變壓器副邊串聯(lián)輸出_2Uin/k電平；參見圖6，開關(guān)S2導通，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 ;變壓器副邊串聯(lián)輸出_Uin/k電平；參見圖7，為該電路變壓器副邊輸出波形。實施例2實施例2與實施例I的區(qū)別是變壓器副邊電路以及整流濾波單元的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，整流濾波單元包括第五二極管Dtj5、第六二極管Dtj6、輸出電感Ltjut以及輸出電容Cwt， 變壓器副邊電路包括第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls和第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s，第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls包括第一副邊繞組Tlsl和第二副邊繞組Tls2，所述第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s包括一號副邊繞組T2sl和二號副邊繞組T2s2，所述第一副邊繞組Tlsl的異名端與一號副邊繞組T2sl的同名端串聯(lián)，所述第二副邊繞組Tls2的異名端與二號副邊繞組T2s2的同名端串聯(lián)，第五二極管D05的陽極與第一副邊繞組Tlsl的同名端聯(lián)接于11節(jié)點；所述第六二極管Dtj6的陽極與二號副邊繞組T2s2的異名端聯(lián)接于12節(jié)點；所述第五二極管Dtj5和第六二極管Dtj6Dtj6的陰極與輸出電感Lrat的一端聯(lián)接于14節(jié)點；輸出電感Lrat的另一端與輸出電容Ctjut的一端聯(lián)接于15節(jié)點；一號副邊繞組T2sl的異名端、第二副邊繞組Tls2的同名端與輸出電容Ctjut的另一端聯(lián)接于16節(jié)點，直流輸出的正極與15節(jié)點聯(lián)接，直流輸出的負極與16節(jié)點聯(lián)接。
權(quán)利要求
1.寬范圍ZVS低輸出諧波直流變換器，包括變壓器原邊電路、變壓器副邊電路以及整流濾波單元，所述整流濾波單元的輸出端作為變換器的輸出端 其特征在于所述變壓器原邊電路包括輸入電容Cin，第一自關(guān)斷器件SI、第二自關(guān)斷器件S2、第三自關(guān)斷器件S3、第四自關(guān)斷器件S4、隔直電容Cp第一高頻變壓器T1的原邊繞組Tlp以及第二高頻變壓器T2的原邊繞組T2p, 所述輸入電容Cin并聯(lián)在直流輸入電源的兩端，所述第一自關(guān)斷器件S1的集電極、第三自關(guān)斷器件S3集電極以及輸入電容Cin的一端聯(lián)接于I節(jié)點，所述第一自關(guān)斷器件S1的發(fā)射極、第二自關(guān)斷器件S2的集電極、第一高頻變壓器T1的原邊繞組Tlp的異名端以及隔直電容—端聯(lián)接于2節(jié)點；所述第三自關(guān)斷器件S3的發(fā)射極、第四自關(guān)斷器件S4的集電極、第一高頻變壓器T1的原邊繞組Tlp的同名端聯(lián)接于3節(jié)點；所述第二自關(guān)斷器件S2的發(fā)射極、第四自關(guān)斷器件S4的發(fā)射極、第二高頻變壓器T2的原邊繞組T2p的異名端以及輸入電容Cin的另一端聯(lián)接于4節(jié)點；所述第二高頻變壓器T2的原邊繞組T2p的同名端與隔直電容CBl的另一端聯(lián)接于5節(jié)點，所述I節(jié)點和4節(jié)點作為直流變換器的輸入端正極和負極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬范圍ZVS低輸出諧波直流變換器，其特征在于所述變壓器副邊電路包括第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls和第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s, 所述整流濾波單元包括第一二極管Dtjl、第二二極管Dtj2、第三二極管Dtj3、第四二極管Dtj4、輸出電感Ltjut以及輸出電容Ctjut, 所述第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls的同名端與第一二極管Dtjl的陽極以及第二二極管Dt52的陰極聯(lián)接于5節(jié)點；第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s的異名端與第三二極管Dt53的陽極以及第四二極管Dtj4的陰極聯(lián)接于6節(jié)點；第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls的異名端和第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s的同名端聯(lián)接于7節(jié)點；第一二極管Dtjl和第三二極管Dtj3的陰極與輸出電感Lrat的一端聯(lián)接于8節(jié)點；輸出電感Ltjut的另一端與輸出電容Crat的一端聯(lián)接于9節(jié)點；所述第二二極管Dtj2的陽極和第四二極管Dtj4的陽極與輸出電容Cwt的另一端聯(lián)接于10節(jié)點，所述9節(jié)點和10節(jié)點作為直流變換器的輸出端正極和負極。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的寬范圍ZVS低輸出諧波直流變換器，其特征在于所述整流濾波單元包括第五二極管Dtj5、第六二極管Dtj6、輸出電感Lwt以及輸出電容Cwt， 所述變壓器副邊電路包括第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls和第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s，第一高頻變壓器T1副邊繞組Tls包括第一副邊繞組Tlsl和第二副邊繞組Tls2，所述第二高頻變壓器T2副邊繞組T2s包括一號副邊繞組T2sl和二號副邊繞組T2s2,所述第一副邊繞組Tlsl的異名端與一號副邊繞組T2sl的同名端串聯(lián)，所述第二副邊繞組Tls2的異名端與二號副邊繞組T2s2的同名端串聯(lián)， 所述第五二極管Dtj5的陽極與第一副邊繞組Tlsl的同名端聯(lián)接于11節(jié)點；所述第六二極管Dtj6的陽極與二號副邊繞組T2s2的異名端聯(lián)接于12節(jié)點；所述第五二極管Dtj5和第六二極管Dtj6Dtj6的陰極與輸出電感Lrat的一端聯(lián)接于14節(jié)點；輸出電感Lrat的另一端與輸出電容Ctjut的一端聯(lián)接于15節(jié)點；一號副邊繞組T2sl的異名端、第二副邊繞組Tls2的同名端與輸出電容Ctjut的另一端聯(lián)接于16節(jié)點，所述15節(jié)點和16節(jié)點作為直流變換器的輸出端正極和負極。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的寬范圍ZVS低輸出諧波直流變換器，其特征在于所述第一高頻變壓器T1的變比是第二高頻變壓器T2的變比2倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬范圍ZVS低輸出諧波直流變換器，其特征在于所述第一自關(guān)斷器件S1、第二自關(guān)斷器件S2、第三自關(guān)斷器件S3和第四自關(guān)斷器件S4分別由絕緣柵雙極晶體管和二極管構(gòu)成；所述絕緣柵雙極晶體管的集電極接二極管的陰極；所述絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極接二極管的陽極；所述絕緣柵雙極晶體管的門極接控制信號控制該器件的導通和關(guān)斷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種寬范圍ZVS低輸出諧波直流變換器，包括變壓器原邊電路、變壓器副邊電路以及整流濾波單元，整流濾波單元的輸出端作為變換器的輸出端，變壓器原邊電路包括輸入電容Cin，第一自關(guān)斷器件S1、第二自關(guān)斷器件S2、第三自關(guān)斷器件S3、第四自關(guān)斷器件S4、隔直電容CBL、第一高頻變壓器T1的原邊繞組T1p以及第二高頻變壓器T2的原邊繞組T2p。本發(fā)明采用4個自關(guān)斷器件、兩個高頻變壓器構(gòu)造輸出三電平，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，可大大降低開關(guān)頻率，提高電路效率。
文檔編號H02M1/14GK102710138SQ20121016876
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者石勇 申請人:西安愛科賽博電氣股份有限公司