一種帶輔助換流電路的電流源型全橋pwm變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及降低功率器件開關(guān)損耗的技術(shù)，特別是一種帶輔助換流電路的電流源型全橋PWM變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]全橋的PWM (Pulse Width Modulat1n)變換器已經(jīng)被普遍運用于大功率DC-DC(直流-直流)功率轉(zhuǎn)換中。然而其壽命和效率是我們著重需要關(guān)注的兩大方面。電壓源型的移相全橋變換器工作在ZVS(Zero Voltage Switching)狀態(tài)下是如今應(yīng)用最為廣泛的電路拓撲之一，其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，并且有很好的工作性能，然而在其電路拓撲中，直流側(cè)并接大容量電解電容，使得直流側(cè)電壓基本無脈動，且該電容還起到了緩沖無功能量的作用，但由于電解電容的工作壽命通常約為一萬個小時，遠低于變換器期望的工作壽命，因而成為制約變換器壽命進一步提高的瓶頸。然而在電流源型全橋PWM變換器的電路拓撲中，不同于電壓源型，其直流側(cè)串聯(lián)大電感，使得直流側(cè)電流基本無脈動，且該大電感也起到了緩沖無功能量的作用，由于規(guī)避了電解電容的使用，從而延長了變換器的工作壽命；另一方面，為了極大限度的提高變換器的功率密度，減小功率損耗和提高開關(guān)頻率是兩個主要的設(shè)計方向。然而增加開關(guān)頻率必然會增大器件的開關(guān)損耗，因此我們需要通過軟開關(guān)的方式來減小器件的開關(guān)損耗。電壓源型的移相全橋變換器工作在ZVS狀態(tài)下是如今應(yīng)用最為廣泛的軟開關(guān)拓撲之一，然而ZVS更適用于如MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET)一類的開關(guān)器件。而在高壓大功率的場合，IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor)因其載流能力強、導(dǎo)通損耗低而取得廣泛的應(yīng)用，但由于其關(guān)斷時存在的拖尾電流，則會造成其在關(guān)斷時存在較高的關(guān)斷損耗。因此在高壓大功率的場合下，電流源型的全橋PWM變換器工作在ZCS(Zero Current Switching)狀態(tài)下比電壓源型的全橋電路工作在ZVS狀態(tài)下更有利于提高變換器的效率，此外電流源型全橋PWM變換器的輸出端不需要接龐大的輸出濾波電感，避免了整流二極管與諧振電感的高頻震蕩，減小了二極管電壓應(yīng)力高的問題，這也使得電流源型的變換器相比于電壓源型更適合應(yīng)用于高壓大功率的場合。
[0003]傳統(tǒng)的電流源型全橋PWM變換器由于其滯后橋臂存在換流困難的問題，因此其電路中諧振電容與諧振電感的選取則要滿足電路換流的需要，由此引起的占空比丟失，導(dǎo)通損耗過大，電流電壓應(yīng)力過大等問題也使得傳統(tǒng)的電流源型全橋PWM變換器的效率受到嚴重影響；此外由于開關(guān)管換流模式的限制，使得傳統(tǒng)的電流源型全橋PWM變換器對于輸入電流的控制十分有限，這也使得其在實際應(yīng)用中產(chǎn)生諸多問題。
[0004]四川大學(xué)的Qian Sun提出了一種由輸入電流大小決定的諧振電容能量可控的電流源型全橋PWM變換器，如圖1所示，該變換器在傳統(tǒng)電流源型變換器電路拓撲基礎(chǔ)上在變壓器原邊串入輔助網(wǎng)絡(luò)100，該輔助網(wǎng)絡(luò)由兩個輔助開關(guān)管Sp S2和諧振電容?并聯(lián)構(gòu)成，該電路拓撲的特點是在不同電流輸入的情況下諧振電容中的能量也不同，使得電路回路中的諧振能量根據(jù)工作情況的不同而不同，一方面實現(xiàn)了主開關(guān)管的ZCS，一方面降低了因諧振能量過大而引起的過高的器件導(dǎo)通損耗，此外還使變換器ZCS實現(xiàn)的工作范圍得以擴大。但是由于其諧振電容的充放電過程使得該電路拓撲仍然存在明顯的占空比丟失問題，使得變換器的效率無法得到進一步的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是針對傳統(tǒng)的電流源型全橋PWM變換器存在的問題，提出了一種帶輔助換流電路的電流源型全橋PWM變換器，有效解決傳統(tǒng)電流源型全橋PWM變換器中主要存在的滯后橋臂的換流和占空比丟失問題，提高變換器的工作效率。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種帶輔助換流電路的電流源型全橋PWM變換器，包括逆變電路、諧振網(wǎng)絡(luò)、變壓器、整流濾波網(wǎng)絡(luò)，逆變電路采用由電源1、輸入電感4?和四個主開關(guān)管Qp Q2, Q3, Q4構(gòu)成的電流源型全橋逆變電路結(jié)構(gòu)，其中主開關(guān)管Q工和Q3構(gòu)成超前橋臂，主開關(guān)管92和Q 4構(gòu)成滯后橋臂，還包括兩個輔助支路，第一輔助支路由輔助變壓器T P輔助開關(guān)管SjP電容C1構(gòu)成，輔助變壓器T i原邊串接在滯后橋臂Q 2的發(fā)射極，輔助變壓器T1副邊并聯(lián)開關(guān)管S1和電容C1;第二輔助支路由輔助變壓器T2、輔助開關(guān)管S2和電容q構(gòu)成，輔助變壓器T2原邊串接在滯后橋臂Q 4的發(fā)射極，輔助變壓器T 2副邊并聯(lián)開關(guān)管S 2和電容&控制開關(guān)管S S 2的關(guān)斷導(dǎo)通，配合四個主開關(guān)管Q 1、Q2、Q3、Q4之間的換流。
[0007]所述輔助支路中電容C1和^均為薄膜電容，輔助開關(guān)管S jP 32均為絕緣柵雙極晶體管IGBT，輔助開關(guān)管S1在主開關(guān)管Q 2開通前開通，輔助開關(guān)管S 2在主開關(guān)管Q 4開通前開通。
[0008]所述諧振網(wǎng)絡(luò)由諧振電感、諧振電容、電容C1和電容G構(gòu)成；諧振電感包括外接諧振電感4和變壓器T自身漏感；諧振電容除外接的諧振電容外，還包括輸出整流二極管D1、D2、D3、D4g身的結(jié)電容和變壓器T自身繞組間的分布電容；電容和q均為薄膜電容。
[0009]所述整流濾波網(wǎng)絡(luò)為由4個二極管Dp D2, D3、04和I個輸出電容體)成的全橋整流濾波結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明基帶輔助換流電路的電流源型全橋PWM變換器，通過在傳統(tǒng)的電流源型PWM變換器的滯后橋臂上分別添加兩個輔助支路，配合適當(dāng)?shù)尿?qū)動脈沖的情況下，有效解決傳統(tǒng)電流源型全橋PWM變換器中主要存在的兩大問題，即滯后橋臂的換流和占空比丟失問題，提高了變換器的工作效率。
【附圖說明】
[0011]圖1為基于電流源型全橋PWM變換器的諧振能量可變的軟開關(guān)電路圖；
圖2為本發(fā)明帶輔助換流電路的電流源型全橋PWM變換器電路圖；
圖3至7為本發(fā)明帶輔助換流電路的電流源型全橋PWM變換器各時段工作過程圖；
圖8為本發(fā)明實施方式的電路工作波形圖。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明實施例通過在傳統(tǒng)的電流源型全橋PWM變換器的電路拓撲上，給滯后橋臂分別添加輔助支路200，201，從而有利于滯后橋臂的換流完成，有利于降低原有的占空比丟失，從而提高變換器的工作效率；同時，本電路拓撲結(jié)構(gòu)和工作過程簡單，易于實現(xiàn)。
[0013]如圖2所示本發(fā)明帶輔助換流電路的電流源型全橋P麗變換器電路，包括逆變電路、諧振網(wǎng)絡(luò)、輔助支路、變壓器和整流濾波網(wǎng)絡(luò)。
[0014]逆變電路采用由電源1、輸入電感Zin和四個主開關(guān)管Q工為為乂構(gòu)成的電流源型全橋逆變電路結(jié)構(gòu)，開關(guān)管為絕緣柵雙極晶體管IGBT，Q jP Q 3構(gòu)成超前橋臂，92和Q 4構(gòu)成滯后橋臂，固定頻率的四路控制信號驅(qū)動開關(guān)管導(dǎo)通，超前橋臂Q Q 3的驅(qū)動脈沖互補，滯后橋臂92和Q 3的驅(qū)動脈沖互補，滯后橋臂的驅(qū)動脈沖滯后超前橋臂的驅(qū)動脈沖一定時間，且驅(qū)動脈沖占空比均大于百分之五十，從而完成電流源型全橋逆變電路的工作情況；所述諧振網(wǎng)絡(luò)由諧振電感、諧振電容、電容C1和電容^構(gòu)成；諧振電感包括外接諧振電感4和變壓器T自身漏感；諧振電容除外接的諧振電容?外，還包括輸出整流二極管DPD2、D3、D4g身的結(jié)電容和變壓器T自身繞組間的分布電容；輔助支路包括輔助支路