本發(fā)明屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，特別是隔離式并聯(lián)cuk推挽拓?fù)洹?/p>

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)非隔離式拓?fù)溆薪祲盒蚥uck、升壓型boost、升降壓型buck-boost、cuk型、sepic型和zeta型，降壓型buck只能降壓不能升壓，輸出與輸入同極性，輸入電流脈動(dòng)大，輸出電流脈動(dòng)小，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用于各種降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器。升壓型boost只能升壓不能降壓，輸出與輸入同極性，輸入電流脈動(dòng)小，輸出電流脈動(dòng)大，不能空載工作，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用于升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器、升壓型功率因數(shù)校正電路(pfc)。升降壓型buck-boost能降壓能升壓，輸出與輸入極性相反，輸入輸出電流脈動(dòng)大，不能空載工作，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用于反相型開關(guān)穩(wěn)壓器。cuk型能降壓能升壓，輸出與輸入極性相反，輸入輸出電流脈動(dòng)小，不能空載工作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用于對(duì)輸入輸出紋波要求高的反相型開關(guān)穩(wěn)壓器。sepic型能降壓能升壓，輸出與輸入同極性，輸入電流脈動(dòng)小，輸出電流脈動(dòng)大，不能空載工作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用于升降壓型功率因數(shù)校正(pfc)電路。zeta型能降壓能升壓，輸出與輸入同極性，輸入電流脈動(dòng)大，輸出電流脈動(dòng)小，不能空載工作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用于對(duì)輸出紋波要求高的升降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器。

傳統(tǒng)隔離式拓?fù)溆姓ば?、反激型、全橋型、半橋型和推挽型。正激型電路較簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單，缺點(diǎn)是變壓器單向勵(lì)磁，利用率低。功率范圍幾百瓦～幾千瓦，應(yīng)用于各種中、小功率開關(guān)電源。反激型電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單，但難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向勵(lì)磁，利用率低，功率范圍是幾瓦～幾十瓦，適用于小功率和消費(fèi)電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備開關(guān)電源。全橋型的優(yōu)點(diǎn)是變壓器雙向勵(lì)磁，容易達(dá)到大功率，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動(dòng)電路，有直通和偏磁問題，功率范圍是幾百瓦～幾百千瓦，適用于大功率工業(yè)用開關(guān)電源、焊接電源、電解電源等。半橋型的優(yōu)點(diǎn)是變壓器雙向勵(lì)磁，無變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低，但有直通問題，可靠性胝，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路，功率范圍是幾百瓦～幾千瓦，適用于各種工業(yè)用開關(guān)電源，計(jì)算機(jī)設(shè)備用電源等。推挽型的優(yōu)點(diǎn)是變壓器雙向勵(lì)磁，變壓器一次電流回路只有一個(gè)開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動(dòng)簡單，但有偏磁問題，功率范圍是幾百瓦～幾千瓦，適用于低輸入電壓的開關(guān)電源。

由上可知，在各種拓?fù)渲休斎胼敵黾y波最小的是cuk拓?fù)洌珎鹘y(tǒng)cuk拓?fù)涫欠歉綦x式，存在一定的缺陷。

如圖1所示，傳統(tǒng)非隔離式cuk拓?fù)涔ぷ髟砣缦拢?/p>

①當(dāng)電力電子開關(guān)t1未工作之前，輸入電源v1n經(jīng)電感l(wèi)in和二極管dk，向電容ci充電，電容電壓uci＝uin。這時(shí)輸出電壓vout為零。

②當(dāng)電力電子開關(guān)t1，受控于脈沖信號(hào)ugs而飽合導(dǎo)通時(shí)，由于串聯(lián)電感l(wèi)in的作用，電力電子開關(guān)t1是零電流導(dǎo)通zct軟開關(guān)；這是uin輸入電源電能轉(zhuǎn)化為lin磁能的時(shí)段，也是電容ci經(jīng)導(dǎo)通的電力電子開關(guān)t1放電，拉動(dòng)電感l(wèi)o有ilo電流，向電容co充電，同時(shí)向負(fù)載ro輸出uout，(與輸入uin反極性)。

③當(dāng)電力電子開關(guān)t1，從導(dǎo)通(on)轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂?off)，電感l(wèi)in的電流大小和方向不能突變，這時(shí)磁能轉(zhuǎn)化為電容ci的電能，二極管正向?qū)▔航岛苄】梢院雎?，可以認(rèn)為電力電子開關(guān)t1是零電壓截止zvt軟開關(guān)過程。同時(shí)電感l(wèi)o的電流經(jīng)二極管dk續(xù)流，向電容co充電同時(shí)向負(fù)載r0供電，由于l0-c0濾波作用，所以輸出電壓vout的紋波較小。

④由以上可知，電力電子開關(guān)t1承受最高電壓udsm為：

udsm＝uin+uout

電容ck承受最高電壓udkm：

udkm＝uin+uout

電壓變換的電壓比：

⑤缺點(diǎn)：傳統(tǒng)非隔離式cuk拓?fù)?，只能輸出直流，而且是反極性直流，不能輸出交流電，局限了使用的靈活性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能輸出交流電、能克服直流偏磁問題、能克服漏電感的負(fù)面影響、輸入紋波和輸出紋波都很小、電功效率達(dá)0.95以上的隔離式并聯(lián)cuk推挽拓?fù)洹?/p>

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

隔離式并聯(lián)cuk推挽拓?fù)?，輸入直流電源u1n的正極同時(shí)連接電力電子開關(guān)t1的漏極和變壓器tr的初級(jí)繞組n12的同名端，初級(jí)繞組n12的異名端同時(shí)連接電力電子開關(guān)t2的漏極和電容ci的一端，電容ci的另一端同時(shí)連接變壓器tr的初級(jí)繞組n11的異名端和電力電子開關(guān)t1的源極，初級(jí)繞組n11的同名端同時(shí)連接電力電子開關(guān)t2的源極和輸入直流電源u1n的負(fù)極；變壓器tr的次級(jí)繞組n2向負(fù)載供電；

所述電力電子開關(guān)t1和電力電子開關(guān)t2均采用gan晶體管，電力電子開關(guān)t1有伴生的體二極管d1，電力電子開關(guān)t2有伴生的體二極管d2；電力電子開關(guān)t1和電力電子開關(guān)t2受控于輸入控制脈沖交替導(dǎo)通或截止。

所述電力電子開關(guān)t1的柵極和源極之間、電力電子開關(guān)t2的柵極和源極之間分別連接輸入控制脈沖，由輸入控制脈沖控制電力電子開關(guān)t1和電力電子開關(guān)t2交替導(dǎo)通或截止。

所述電力電子開關(guān)t1和電力電子開關(guān)t2均采用gs61004b。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

1、傳統(tǒng)的cuk拓樸是非隔離式的，而本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是隔離式的，防觸電安全性好。

2、傳統(tǒng)的cuk拓樸只用一只電力電子開關(guān)，而本發(fā)明采用兩只電力電子開關(guān)，輸出較大。

3、傳統(tǒng)的cuk拓樸只能輸出與輸入電壓極性相反的直流，而本發(fā)明可以輸出交流，靈活方便。

4、傳統(tǒng)的cuk拓樸的電感存在直流偏磁問題，只使用磁性材料第i象限，而本發(fā)明充分使用磁性材料第i至第iii象限，克服直流偏磁問題。

5、傳統(tǒng)的cuk拓樸的優(yōu)點(diǎn)是輸入紋波和輸出紋波都很小，本發(fā)明的輸入法紋波也很小，由于是推挽式雙向激磁，隔離式次級(jí)具有信頻作用如需輸出直流時(shí)，信頻的紋波也很容易濾平紋波。能實(shí)現(xiàn)輸入電流紋波小于50ma，輸出電壓紋波小于200mv。

6、本發(fā)明是零電流導(dǎo)通、零截止的zczvt軟開關(guān)。

7、本發(fā)明能把漏電感在電力電子開關(guān)瞬變過程所貯存的磁能，在下一個(gè)半波中轉(zhuǎn)化為電能正能量繳磁，能克服漏電感的負(fù)面影響。有效提升電功效率，使電功效率e_ff在0.95以上。

8、本發(fā)明能把雜散分布電容和寄生電感等相關(guān)的雜波電磁能量，全部整流后反饋給輸入電源，有效提升電功效率，使電功效率e_ff在0.95以上。

9、本發(fā)明的次級(jí)如果采用同步整流，則很方便運(yùn)行于dc-dc雙向能量傳輸方式。有效提升電功效率，使電功效率e_ff在0.95以上。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)非隔離式cuk拓?fù)涞碾娐吩韴D。

圖2是本發(fā)明隔離式并聯(lián)cuk推挽拓?fù)涞碾娐吩韴D。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說明，但不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。

如圖2所示，本發(fā)明隔離式并聯(lián)cuk推挽拓?fù)?，輸入電源u1n的正極同時(shí)連接電力電子開關(guān)t1的漏極和變壓器tr的初級(jí)繞組n12的同名端，初級(jí)繞組n12的異名端同時(shí)連接電力電子開關(guān)t2的漏極和電容ci的一端，電容ci的另一端同時(shí)連接變壓器tr的初級(jí)繞組n11的異名端和電力電子開關(guān)t1的源極，初級(jí)繞組n11的同名端同時(shí)連接電力電子開關(guān)t2的源極和輸入電源u1n的負(fù)極；變壓器tr的次級(jí)繞組n2輸出交流電，可以經(jīng)整流后向負(fù)載供電；所述電力電子開關(guān)t1和電力電子開關(guān)t2均采用gan晶體管gs61004b。所述電力電子開關(guān)t1的柵極和源極之間連接輸入控制脈沖，由輸入控制脈沖的脈沖周波控制導(dǎo)通；而電力電子開關(guān)t2的柵極和源極之間也連接輸入控制脈沖，由輸入控制脈沖的另一脈沖周波q控制導(dǎo)通；輸入控制脈沖控制電力電子開關(guān)t1和電力電子開關(guān)t2交替導(dǎo)通或截止。

本實(shí)施例中，輸入電源u1n為直流350±50v，采用開關(guān)電源技術(shù)把可變的輸入直流電源變換成600v穩(wěn)壓的直流工作母線電壓。相對(duì)于原來300v-400v的輸入電源，這樣變換后變壓器tr初級(jí)電流能減少到原來的三分之二以下，能使初級(jí)銅耗減少到原來的一半。

變壓器tr采用普通的鐵氧體磁芯，頻率為16khz-20khz超音頻范圍內(nèi)，無噪音，鐵損也不太大；功率密度為每立方英寸10w以上，采用平面磁芯或平面繞組，提高工作頻率，可以縮小體積，提升功率密度。

本實(shí)施例的隔離式并聯(lián)cuk推挽拓?fù)涔ぷ髟砣缦拢?/p>

①本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高壓側(cè)采用2片電力電子開關(guān)管t1和電力電子開關(guān)管t2，低壓側(cè)采用同步整流方法。

②當(dāng)電力電子開關(guān)t1和電力電子開關(guān)管t2未動(dòng)作之前，輸入電源u1n經(jīng)初級(jí)繞組n12、初級(jí)繞組n11給電容ci充電，電容ci電壓等于電源電壓u1n。

③當(dāng)電力電子開關(guān)t1受控于輸入控制脈沖周波而飽和導(dǎo)通(on)時(shí)段，電力電子開關(guān)t2截止(off)，這時(shí)輸入電源u1n經(jīng)電力電子開關(guān)t1(導(dǎo)通on)向初級(jí)繞組n11激磁，電流從電源u1n正極流出，依次流經(jīng)電力電子開關(guān)t1、初級(jí)繞組n11，回到電源u1n負(fù)極。同時(shí)，電容ci貯能經(jīng)初級(jí)繞組n12由電力電子開關(guān)t1形成放電回路，電流從初級(jí)繞組n12的同名端流出。這兩股電流均同方向分別流出初級(jí)繞組n11和初級(jí)繞組n12的同名端，所以稱為“并聯(lián)推挽”。

④當(dāng)t1由導(dǎo)通(on)轉(zhuǎn)為截止(off)時(shí)，上述初級(jí)繞組n11的電感包括漏電感的能量，經(jīng)電力電子開關(guān)t2伴生的體二極管d2向電容ci續(xù)流充電。同時(shí)，初級(jí)繞組n12的電感包括漏電感的能量，也經(jīng)體二極管d2向輸入電源u1n回饋電能。傳統(tǒng)隔離式拓?fù)涞摹奥╇姼小笔秦?fù)面因素，而本發(fā)明的隔離式cuk推挽拓?fù)渲?，漏電感也是電感，也起貯能及釋入磁能轉(zhuǎn)變?yōu)檎芰考ご烹娏鞯淖饔?。這是十分重要的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，預(yù)示本發(fā)明拓?fù)湓诼╇姼休^大的平面繞組和平面磁芯應(yīng)用之中，不再懼怕“漏電感”的負(fù)面影響，而有更好的作為。

⑤當(dāng)電力電子開關(guān)t2受控于輸入控制脈沖另一個(gè)周波q由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通(on)時(shí)段，輸入電源u1n向初級(jí)繞組n12激磁，電流是從初級(jí)繞組n12的同名端流入，經(jīng)電力電子開關(guān)t2回到輸入電源u1n的負(fù)極。同時(shí)，電容ci貯能放電，電流流入初級(jí)繞組n11的同名端，經(jīng)電力電子開關(guān)t2構(gòu)成回路。這兩股激磁電流均同方向分別流入初級(jí)繞組n11和的初級(jí)繞組n12的同名端，所以也是“并聯(lián)推挽”。

⑥當(dāng)脈沖周波q時(shí)段之后，電力電子開關(guān)t2由導(dǎo)通(on)轉(zhuǎn)為截止(off)時(shí)，初級(jí)繞組n12的電感包括漏電感的能量，向電容ci充電，經(jīng)電力電子開關(guān)t1伴生的體二極管d1形成回路。同時(shí)，初級(jí)繞組n11的電感包括漏電感的能量，經(jīng)體二極管d1向輸入電源u1n回饋電能。由此可見，所有的寄生電感和雜散分布電容，所有電磁雜波電磁能量，均經(jīng)體二極管整流后回饋給電源，這是本拓?fù)洫?dú)特優(yōu)點(diǎn)，有利于提升電功效率。

⑦傳統(tǒng)隔離式cuk初級(jí)繞組不能串入電容，而本發(fā)明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在兩初級(jí)繞組之間，串入電容ci，加上每一個(gè)初級(jí)繞組均為雙向激磁，克服了傳統(tǒng)推挽結(jié)構(gòu)不對(duì)稱引起的單向直流偏磁的大問題，這是本發(fā)明的又一獨(dú)特亮點(diǎn)，可預(yù)示在大批量工業(yè)化生產(chǎn)過程中，正品率能夠有效提升。

⑧本發(fā)明隔離式cuk推挽拓?fù)洌朔税霕蚴?、全橋式的直通危險(xiǎn)。

⑨當(dāng)代超級(jí)計(jì)算機(jī)的芯片工作電壓愈來愈低，次級(jí)電流愈來愈大，次級(jí)拓?fù)涠鄶?shù)應(yīng)用同步整流，把次級(jí)交流整流為直流，或用超級(jí)電容濾波，使本發(fā)明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很方便就運(yùn)行在“雙向dc-dc”饋能方式，有效提升系統(tǒng)的電功率。

為降低損耗，本實(shí)施例的次級(jí)同步整流，可以采用兩種方式：

a、全波同步整流，即變壓器次級(jí)繞組帶中心抽頭，用兩只gan晶體管進(jìn)行整流。

b、橋式同步整流，即變壓器次級(jí)繞組不帶中心抽頭，用四只gan晶體管進(jìn)行整流。

⑩最新gan電力電子開關(guān)的伴生體二極管，由于沒有傳統(tǒng)二極管反向電荷貯存問題，效率很高，運(yùn)用于本發(fā)明電路之中，實(shí)踐效果超越單晶硅(si)的mosfet運(yùn)行效果。這也是本發(fā)明gan電力電子開關(guān)應(yīng)用過程中的新創(chuàng)新。