本發(fā)明涉及DC/DC變換器領(lǐng)域，具體為雙變壓器結(jié)構(gòu)的有源嵌位正激DC/DC變換器拓?fù)潆娐贰?/p>

背景技術(shù)：

正激變換器由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高的特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于中高功率隔離型DC/DC變換器領(lǐng)域。考慮設(shè)備電流/電壓應(yīng)力、電路復(fù)雜程度、成本投入等因素，國(guó)內(nèi)外研究工作者對(duì)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的正激變換器進(jìn)行了深入研究。

由于存在變壓器結(jié)構(gòu)，必須采用適當(dāng)?shù)拇艔?fù)位技術(shù)，以保證變壓器的磁平衡。現(xiàn)有的解決方案主要有以下四種：

1、RCD嵌位電路：傳統(tǒng)RCD嵌位結(jié)構(gòu)，因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低而倍受青睞，但其使用的電阻制動(dòng)裝置造成了額外功耗，且不能進(jìn)行變壓器漏感能量和勵(lì)磁能量的回饋，致使能量傳輸效率降低；

2、有源嵌位電路：傳統(tǒng)有源嵌位正激轉(zhuǎn)換器可以使嵌位開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS，同時(shí)可以減小主開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力，提高變流器的效率，但在相同輸出功率情況下，卻需要額外的嵌位開(kāi)關(guān)管，使得系統(tǒng)成本增加；

3、雙管正激變換器：雙管正激變換器結(jié)構(gòu)可回饋?zhàn)儔浩鲃?lì)磁能量和漏感能量，具有磁復(fù)位方式簡(jiǎn)單、效率高、開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但由于開(kāi)關(guān)管只能工作在占空比為0～0.5之間，不適合輸入電壓寬范圍變化的場(chǎng)合；

4、并聯(lián)正激變換器：并聯(lián)正激變換器可以減低器件電流應(yīng)力和功率損耗，但卻需要配備更多開(kāi)關(guān)管以及正激變換器的附加磁復(fù)位電路，導(dǎo)致電路復(fù)雜性和成本增高。

由于現(xiàn)有的四種方案均存在一定缺陷，因此，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低廉、能夠適用于輸入電壓變化范圍較寬的場(chǎng)合的變換器拓?fù)潆娐肥呛苡斜匾摹?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決現(xiàn)有變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路存在的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低廉、能夠適用于輸入電壓變化范圍較寬的場(chǎng)合的變換器拓?fù)潆娐贰?/p>

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：雙變壓器結(jié)構(gòu)的有源嵌位正激DC/DC變換器拓?fù)潆娐?，包括：直流輸入電源、第一正激變換器、第二正激變換器和出口電容；

所述第一正激變換器由第一開(kāi)關(guān)管(主開(kāi)關(guān)管)、第二開(kāi)關(guān)管(嵌位開(kāi)關(guān)管)、諧振電感、第一嵌位電容、第一變壓器、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第一輸出濾波電感、第二輸出濾波電感構(gòu)成；

所述第二正激變換器由第二開(kāi)關(guān)管(主開(kāi)關(guān)管)、第一開(kāi)關(guān)管(嵌位開(kāi)關(guān)管)、諧振電容、第二嵌位電容、諧振電感、第二變壓器、第四二極管、第五二極管、第六二極管、第三輸出濾波電感、第四輸出濾波電感構(gòu)成；所述諧振電容為第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管輸出電容總和；

所述第一變壓器由第一一次側(cè)繞組、第一二次側(cè)繞組、第一激磁電感構(gòu)成；所述第二變壓器由第二一次側(cè)繞組、第二二次側(cè)繞組、第二激磁電感構(gòu)成；

所述直流輸入電源正極分別連接第一嵌位電容負(fù)極、第一激磁電感一端和第一一次側(cè)繞組同名端，所述直流輸入電源負(fù)極分別連接第二嵌位電容負(fù)極和第一開(kāi)關(guān)管源極，所述第一嵌位電容正極連接第二開(kāi)關(guān)管的漏極，所述第二開(kāi)關(guān)管的源極分別連接第一開(kāi)關(guān)管的漏極和諧振電感一端，所述諧振電感另一端分別連接第一激磁電感另一端、第一一次側(cè)繞組異名端、第二激磁電感一端和第二一次側(cè)繞組同名端；所述諧振電容正極與第一開(kāi)關(guān)管漏極相連，所述諧振電容負(fù)極與第一開(kāi)關(guān)管源極相連；所述第二一次側(cè)繞組異名端分別連接第二激磁電感另一端和第二嵌位電容正極；所述第一二次側(cè)繞組同名端連接第一二極管陽(yáng)極，所述第一二次側(cè)繞組異名端分別連接第二輸出濾波電感一端和第三二極管陽(yáng)極，所述第一二極管陰極分別連接第二二極管陰極和第一輸出濾波電感一端，所述第一輸出濾波電感另一端分別連接出口電容正極和第三二極管陰極，所述出口電容負(fù)極分別連接第二二極管陽(yáng)極和第二輸出濾波電感另一端；

所述第二二次側(cè)繞組同名端分別連接第四輸出濾波電感一端和第六二極管陽(yáng)極，所述第二二次側(cè)繞組異名端連接第四二極管陽(yáng)極，所述第四二極管陰極分別連接第五二極管陰極和第三輸出濾波電感一端，所述第三輸出濾波電感另一端分別連接第六二極管陰極和出口電容正極，所述第四輸出濾波電感另一端分別連接第五二極管陽(yáng)極和出口電容負(fù)極，所述出口電容的兩端分別作為輸出電壓的輸出端。

本發(fā)明在電路結(jié)構(gòu)中將第一開(kāi)關(guān)管內(nèi)的電容和第二開(kāi)關(guān)管內(nèi)的電容等效為諧振電容，方便之后進(jìn)行電路工作過(guò)程分析，和定量的公式推導(dǎo)，并不影響電路功能的實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、兩個(gè)開(kāi)關(guān)管均可以零電壓?jiǎn)?dòng)，減小開(kāi)關(guān)損耗；2、電路中無(wú)額外去磁電路，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔；3、二次側(cè)并聯(lián)結(jié)構(gòu)有效減小副邊整流器電流應(yīng)力，適用于高電流輸出場(chǎng)合；4、開(kāi)關(guān)管占空比范圍增大，適用于寬電壓變化輸出場(chǎng)合。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明工作時(shí)各器件電壓電流波形圖；

圖3為t₀～t₁時(shí)段參與工作的器件圖以及電流流向圖；

圖4為t₁～t₂時(shí)段參與工作的器件圖以及電流流向圖；

圖5為t₂～t₃時(shí)段參與工作的器件圖以及電流流向圖；

圖6為t₃～t₄時(shí)段參與工作的器件圖以及電流流向圖；

圖7為t₄～t₅時(shí)段參與工作的器件圖以及電流流向圖；

圖8為t₅～t₆時(shí)段參與工作的器件圖以及電流流向圖；

圖9為t₆～t₇時(shí)段參與工作的器件圖以及電流流向圖；

圖10為t₇～t₈時(shí)段參與工作的器件圖以及電流流向圖；

圖中：-直流輸入電源V_in，S₁-第-一開(kāi)關(guān)管，S₂-第二開(kāi)關(guān)管，L_r-諧振電感，C₁-第一嵌位電容，C₂-第二嵌位電容，C_r-諧振電容，T_a-第一變壓器，T_b-第二變壓器，D₁-第一二極管，D₂-第二二極管，D₃-第三二極管，D₄-第四二極管，D₅-第五二極管，D₆-第六二極管，L_o1-第一輸出濾波電感，L_o2-第二輸出濾波電感，L_o3-第三輸出濾波電感，L_o4-第四輸出濾波電感，C₀-出口電容，N_pa-第一一次側(cè)繞組，N_sa-第一二次側(cè)繞組，L_ma-第一激磁電感，N_pb-第二一次側(cè)繞組，N_sb-第二二次側(cè)繞組，L_mb-第二激磁電感。

具體實(shí)施方式

雙變壓器結(jié)構(gòu)的有源嵌位正激DC/DC變換器拓?fù)潆娐?，包括：直流輸入電源V_in、第一正激變換器、第二正激變換器和出口電容C₀；

所述第一正激變換器由第一開(kāi)關(guān)管S₁、第二開(kāi)關(guān)管S₂、諧振電感L_r、第一嵌位電容C₁、第一變壓器T_a、第一二極管D₁、第二二極管D₂、第三二極管D₃、第一輸出濾波電感L_o1、第二輸出濾波電感L_o2構(gòu)成；

所述第二正激變換器由第二開(kāi)關(guān)管S₂、第一開(kāi)關(guān)管S₁、諧振電容C_r、第二嵌位電容C₂、諧振電感L_r、第二變壓器T_b、第四二極管D₄、第五二極管D₅、第六二極管D₆、第三輸出濾波電感L_o3、第四輸出濾波電感L_o4構(gòu)成；所述諧振電容C_r為第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管輸出電容總和；

所述第一變壓器T_a由第一一次側(cè)繞組N_pa、第一二次側(cè)繞組N_sa、第一激磁電感L_ma構(gòu)成；所述第二變壓器T_b由第二一次側(cè)繞組N_pb、第二二次側(cè)繞組N_sb、第二激磁電感L_mb構(gòu)成；

所述直流輸入電源V_in正極分別連接第一嵌位電容C₁負(fù)極、第一激磁電感L_ma一端和第一一次側(cè)繞組N_pa同名端，所述直流輸入電源V_in負(fù)極分別連接第二嵌位電容C₂負(fù)極和第一開(kāi)關(guān)管S₁源極，所述第一嵌位電容C₁正極連接第二開(kāi)關(guān)管S₂的漏極，所述第二開(kāi)關(guān)管S₂的源極分別連接第一開(kāi)關(guān)管S₁的漏極和諧振電感L_r一端，所述諧振電感L_r另一端分別連接第一激磁電感L_ma另一端、第一一次側(cè)繞組N_pa異名端、第二激磁電感L_mb一端和和第二一次側(cè)繞組N_pb同名端；所述諧振電容C_r正極與第一開(kāi)關(guān)管漏極相連，所述諧振電容C_r負(fù)極與第一開(kāi)關(guān)管源極相連；所述第二一次側(cè)繞組N_pb異名端分別連接第二激磁電感L_mb另一端和第二嵌位電容C₂正極；所述第一二次側(cè)繞組N_sa同名端連接第一二極管D₁陽(yáng)極，所述第一二次側(cè)繞組N_sa異名端分別連接第二輸出濾波電感L_o2一端和第三二極管D₃陽(yáng)極，所述第一二極管D₁陰極分別連接第二二極管D₂陰極和第一輸出濾波電感L_o1一端，所述第一輸出濾波電感L_o1另一端分別連接出口電容C₀正極和第三二極管D₃陰極，所述出口電容C₀負(fù)極分別連接第二二極管D₂陽(yáng)極和第二輸出濾波電感L_o2另一端；

所述第二二次側(cè)繞組N_sb同名端分別連接第四輸出濾波電感L_o4一端和第六二極管D₆陽(yáng)極，所述第二二次側(cè)繞組N_sb異名端連接第四二極管D₄陽(yáng)極，所述第四二極管D₄陰極分別連接第五二極管D₅陰極和第三輸出濾波電感L_o3一端，所述第三輸出濾波電感L_o3另一端分別連接第六二極管D₆陰極和出口電容C₀正極，所述第四輸出濾波電感L_o4另一端分別連接第五二極管D₅陽(yáng)極和出口電容C₀負(fù)極，所述出口電容C₀的兩端分別作為輸出電壓的輸出端。

下面結(jié)合附圖2-3說(shuō)明本發(fā)明具體工作原理及工作過(guò)程如下：

t₀～t₁時(shí)段：第一開(kāi)關(guān)管S₁導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管S₂關(guān)斷，第一一次側(cè)繞組電壓V_pa近似等于直流輸入電源電壓V_in。磁化電流I_Lma線性增加，第二一次側(cè)繞組電壓V_pb近似等于-V_C2(即-V_in)。輸入功率通過(guò)變壓器傳輸?shù)蕉蝹?cè)，二極管D₁、D₄導(dǎo)通。濾波電感電流I_Lr線性增加，諧振電容電壓V_Cr為0；

t₁～t₂時(shí)段：第一開(kāi)關(guān)管S₁在t₁時(shí)刻關(guān)斷，D₁和D₄持續(xù)導(dǎo)通，濾波電感電流I_Lr為諧振電容C_r充電，使其從0增加至V_in；

t₂～t₃時(shí)段：V_Cr在t₂時(shí)刻達(dá)到V_in并繼續(xù)增加至V_in+V_C1，第一一次側(cè)繞組電壓V_pa和第二一次側(cè)繞組電壓V_pb逐漸降低至0。此時(shí)二次側(cè)所有二極管導(dǎo)通。流經(jīng)D₁和D₄電流線性減小，流經(jīng)D₂、D₃、D₅、D₆電流線性增加，所有輸出濾波電感電流向負(fù)載供電；

t₃～t₄時(shí)段：在t₃時(shí)刻，V_Cr達(dá)到V_in+V_C1且第二開(kāi)關(guān)管S₂導(dǎo)通，由于C₁較大，V_C1值近似恒定不變。I_Lr線性增加，流經(jīng)D₁、D₄電流繼續(xù)線性減小，流經(jīng)D₂、D₃、D₅、D₆電流繼續(xù)線性增加；

t₄～t₅時(shí)段：第二開(kāi)關(guān)管S₂保持導(dǎo)通，第一一次側(cè)繞組電壓V_pa等于-V_C1，第二一次側(cè)繞組電壓V_pb等于V_C1，此時(shí)I_Lma、I_Lmb線性增加。在t₄時(shí)刻，流經(jīng)D₁、D₄電流衰減至0；

t₅～t₆時(shí)段：第二開(kāi)關(guān)管S₂在t₅時(shí)刻關(guān)斷，諧振電容C_r向外放電，V_Cr從V_in+V_C1減小至V_in，V_pa近似等于V_in-V_Cr，V_pb近似等于V_Cr-V_C2，二極管D₁、D₄反向截止，輸出濾波電感均分負(fù)載電流并流過(guò)二極管D₂、D₃、D₅、D₆；

t₆～t₇時(shí)段：V_Cr在t₆時(shí)刻降至V_in，第一、第二一次側(cè)繞組電壓為零。D₁、D₄正向?qū)ㄇ伊鹘?jīng)二極管電流線性增加，流經(jīng)二極管D₂、D₃、D₅、D₆電流線性減小。此時(shí)為保證第一開(kāi)關(guān)管的零電壓導(dǎo)通，V_Cr將從V_in降至0；

t₇～t₈時(shí)段：V_Cr在t₇時(shí)刻減小至0，第一開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，流經(jīng)D₁、D₄電流繼續(xù)增加。流經(jīng)二極管D₂、D₃、D₅、D₆電流線性減小至0；

根據(jù)對(duì)以上各時(shí)段運(yùn)行狀態(tài)的分析，可推導(dǎo)公式如下：

$\frac{V_{in}/n-V_0}{2}{\mathrm{DT}}_s=V_0(1-D)T_s\⇒V_0=\frac{1}{n}\frac{D}{2-D}{V}_{in}---\left(1\right)$

其中V_in為直流輸入電源電壓、n為變壓器變比、V₀為輸出電壓、D為占空比、T_s為運(yùn)行周期時(shí)間。與傳統(tǒng)有源嵌位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較，在相同輸出電壓情況下，本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有更大的電壓輸入范圍。

流經(jīng)各二極管的電流可由下式表示：

$I_{D1,avg}=I_{D4,avg}=\frac{D}{2-D}\frac{I_0}{2}---\left(2\right)$

$I_{D2,avg}=I_{D3,avg}=I_{D5,avg}=I_{D6,avg}=\frac{1-D}{2-D}\frac{I_0}{4}---\left(3\right)$

I_Dx,avg為流經(jīng)各二極管平均電流，I₀為輸出電流。與傳統(tǒng)正激變換器相比，各二極管電流較原來(lái)降低2×(2-D)倍。