专利名称：一种输入交错串联正激直流变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流变换器，尤其涉及一种输入交错串联正激直流变换器，属于直流变 换器领域。
背景技术：
正激变换器近年来得到了广泛的研究与应用。传统的正激变换器需要额外的磁复位绕组， 这不仅增加了变压器的体积重量，而且增加了开关管的电压应力，开关管的电压应力一般在 最大输入电压的两倍以上；RCD复位型正激变换器不需要额外的磁复位绕组，但开关管的电 压应力仍为输入电压的两倍，而且复位电路中电阻需要消耗功率，降低了变换器的效率；有 源箝位正激变换器降低了开关管的电压应力，但是它需要一个辅助开关管增加了成本，而且 该变换器导致开关管的导通损耗增加，降低了变换器的效率；双管正激变换器开关管电压应 力等于输入电压，使用二极管完成变压器的磁复位，但其最大占空比只能为0.5。
发明内容
本发明针对背景技术中提到的现有正激变换器的缺陷而提出一种输入交错串联正激直流 变换器。
本发明的输入交错串联正激直流变换器，其结构包括原边电路、第一高频隔离变压器、 第二高频隔离变压器和输出整流及滤波电路，其中原边电路包括直流电源、第一分压电容、 第二分压电容、第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第 一磁复位二极管和第二磁复位二极管，直流电源的正极分别连接第一分压电容的一端和第一 功率开关管的漏极，第一功率开关管的源极分别连接第二磁复位二极管的阴极和第二功率开
关管的漏极，直流电源的负极分别连接第二分压电容的一端和第四功率开关管的源极，第四 功率开关管的漏极分别连接第一磁复位二极管的阳极和第三功率开关管的源极；第一高频隔
离变压器包括第一原边绕组和第一副边绕组，第二高频隔离变压器包括第二原边绕组和第二 副边绕组，第一原边绕组的同名端分别连接第二功率开关管的源极和第一磁复位二极管的阴 极，第一原边绕组的非同名端分别连接第一分压电容的另一端、第二分压电容的另一端和第 二原边绕组的非同名端，第二原边绕组的同名端分别连接第三功率开关管的漏极和第二磁复 位二极管的阳极；输出整流及滤波电路包括第三二极管、第四二极管、第五二极管、滤波电 感、滤波电容和输出负载，第三二极管的阳极连接第一副边绕组的同名端，第一副边绕组的 非同名端分别连接第二副边绕组的同名端、第五二极管的阳极、滤波电容的一端和输出负载 的一端，第二副边绕组的非同名端连接第四二极管的阳极，第四二极管的阴极分别连接第三 二极管的阴极、第五二极管的阴极和滤波电感的一端，滤波电感的另一端分别连接滤波电容 的另一端和输出负载的另一端。
本发明的输入交错串联正激直流变换器拥有如下有益效果1、开关管电压应力为输入电 压的一半，适用于高压输入场合；2、高频隔离变压器通过二极管完成磁复位，不需要额外的 磁复位绕组或磁复位电路，电路结构简单；3、实现了第一功率开关管和第四功率开关管的零 电压开通，变换效率高；4、副边并联输出，提高了等效占空比及电感电流脉动频率，有利于 减小输出滤波器体积，提高功率密度，降低成本；5、不存在桥臂直通，变换器可靠性高。
图1是本发明输入交错串联正激直流变换器的电路原理图。图2是本发明输入交错串联正激直流变换器的主要波形图，图中i)^ I^分别是第一、 第二、第三和第四功率开关管的驱动信号，CW表示开关管开通，OPF表示开关管关断；Z'w、 /w分别是第一和第二磁复位二极管的电流&、 &、 &、 /w分别是第一、第二、第三、第四 功率开关管的源极电流，流出为正值；VMI/、 vw^分别是第一和第二原边绕组的电压，其中 第一原边绕组的同名端为正，非同名端为负，第二原边绕组的同名端为负，非同名端为正； Vw、他、W、 V^分别是第一、第二、第三、第四功率开关管的漏极与源极间的电压；" & 表示时间。
图3 图8分别为本发明交错串联正激直流变换器在开关模态1 开关模态6的等效电路 原理图。
在图1及图3 图8中的标号名称10—原边电路；20—输出整流及滤波电路；F^为直 流电源(输入电压)；& &分别为第一、第二、第三、第四功率开关管；D" 02分别为第一、 第二磁复位二极管；7>、 r2分别为第一、第二高频隔离变压器；A^v、 Afe分别为第一原边绕 组、第一副边绕组；iV^、 Afe分别为第二原边绕组、第二副边绕组；C;、 G分别为第一、第 二分压电容；^ A分别为第三、第四、第五二极管；丄。一滤波电感；C。一滤波电容；i 。一 输出负载。
具体实施例方式
如图1所不，本发明输入交错串联正激直流变换器的电路原理图，其电路结构包括原
边电路IO、第一高频隔离变压器7>、第二高频隔离变压器7^和输出整流及滤波电路20，其
中原边电路IO包括直流电源^、第一分压电容Q、第二分压电容G、第一功率开关管&、 第二功率开关管&、第三功率开关管&、第四功率开关管&、第一磁复位二极管"7和第二 磁复位二极管D2，直流电源的正极分别连接第一分压电容C;的一端和第一功率开关管& 的漏极，第一功率开关管&的源极分别连接第二磁复位二极管D2的阴极和第二功率丌关管
&的漏极，直流电源K 的负极分别连接第二分压电容c2的一端和第四功率开关管&的源极，
第四功率开关管&的漏极分别连接第一磁复位二极管D7的阳极和第三功率开关管&的源极；
第一高频隔离变压器T/包括第一原边绕组AW和第一副边绕组Afe，第二高频隔离变压器r2 包括第二原边绕组iVfe和第二副边绕组Afe，第一原边绕组Ww的同名端分别连接第二功率丌 关管&的源极和第一磁复位二极管Z)/的阴极，第一原边绕组iVw的非同名端分别连接第一分 压电容的另一端、第二分压电容C2的另一端和第二原边绕组Afe的非同名端，第二原边 绕组Afe的同名端分别连接第三功率开关管&的漏极和第二磁复位二极管"2的阳极；输出整 流及滤波电路20包括第三二极管03、第四二极管i^、第五二极管￡)5、滤波电感丄。、滤波电 容C。和输出负载i 。，第三二极管Z)3的阳极连接第一副边绕组iVs/的同名端，第一副边绕组
A^的非同名端分别连接第二副边绕组Afe的同名端、第五二极管"5的阳极、滤波电容C。的
一端和输出负载及。的一端，第二副边绕组Afe的非同名端连接第四二极管i^的阳极，第四二
极管的阴极分别连接第三二极管Dj的阴极、第五二极管￡>5的阴极和滤波电感丄。的一端， 滤波电感丄。的另一端分别连接滤波电容C。的另一端和输出负载i 。的另一端。
本发明输入交错串联正激直流变换器的控制方式如下功率开关管&与&的驱动信号相
同，功率开关管&与&的驱动信号相同，功率开关管s,(或&)的驱动信号与功率开关管
& (或&)的驱动信号相位相差180° 。
下面结合图2~图8说明本发明的具体工作原理及工作过程。在分析前先作如下假设(1) 所有开关管及二极管均为理想器件；(2)分压电容C/和c2足够大且相等，可以将它们看作 j^/2的电压源；(3)滤波电感Z。足够大，电感电流A为平滑的直流。 1.开关模态l (对应于[&力]，其等效电路如附图3所示)
^时亥ij， &、 &开通，其中&为零电压开通，&、 &关断，Z)/截止，_02导通，变换器通
过r,向副边传递能量，r;的磁化电流从o开始变大，7>的磁化电流流经d2、 &、 c;进行去磁，磁化电流不断减小，Dj导通，A、 A截止。在该模态，"原边绕组电压为F; /2， &、 &
共同承受输入电压，&、 ^的电压应力均为rj2。
2. 开关模态2 (对应于R力]，其等效电路如附图4所示)
"时亥U， ^的磁化电流降为0， 7^磁化过程结束，&、 &仍开通，&、 &均关断，Z)7、 Z)2 均截止，变换器通过7V向副边传递能量，7>的磁化电流继续增大，i^导通，"、1)5截止。 在该模态，&、 &共同承受^ /2电压，&、 ^的电压应力均为PV4。
3. 开关模态3 (对应于fo力],其等效电路如附图5所示)
。时刻，&、 &关断，&仍关断，"2截止，r;的磁化电流流经Q、 &的体二极管、D;进 行去磁，7V的磁化电流不断减小，A、 A截止，A导通，丄。通过i^进行续流。在该模态， &、 &、 &的电压应力均为^ /2。
4. 开关模态4 (对应于fo力]，其等效电路如附图6所示)
G时亥U, &、 &导通，其中&为零电压开通，1)2截止，化导通，变换器通过7^向副边传 递能量，^的磁化电流从0开始变大，r;的磁化电流流经G、 &的体二极管、D7进行去磁，
磁化电流不断减小，i^导通，a;、 "5截止。在该模态，7^原边绕组电压为py2， &、 &共同 承受输入电压，&、 &的电压应力均为r, /2。
5. 开关模态5 (对应于["，W，其等效电路如附图7所示)
~时刻，K的磁化电流降为O， T/磁化过程结束，&、 &仍开通，&、 &均关断，Z)7、 D2 均截止，变换器通过T2向副边传递能量，72的磁化电流继续增大，i^导通，"3、 05截止。 在该模态，&、 &共同承受K /2电压，&、 &的电压应力均为^ /4。
6. 开关模态6 (对应于[/5，&]，其等效电路如附图8所示)
G时刻，&、 &关断，&仍关断，A截止，7^的磁化电流流经C;、 &的体二极管、"进 行去磁，72的磁化电流不断减小，"j、 A截止，￡>5导通，丄。通过Z^进行续流。在该模态， &、 &、 &的电压应力均为FOT/2。
从以上分析可以看出，两个交错串联的正激变换器，不仅实现了变压器的磁复位，而且 开关管的电压应力仅为输入电压的一半，因此可以适用于中、高压场合，副边采用交错并联 连接，提高了等效占空比及输出电感电流脉动频率，有利于减小输出滤波器的体积，特别适 合输出大电流的场合。
权利要求
1、一种输入交错串联正激直流变换器，其特征在于包括原边电路(10)、第一高频隔离变压器(T1)、第二高频隔离变压器(T2)和输出整流及滤波电路(20)，其中原边电路(10)包括直流电源(Vin)、第一分压电容(C1)第二分压电容(C2)、第一功率开关管(S1)、第二功率开关管(S2)、第三功率开关管(S3)、第四功率开关管(S4)、第一磁复位二极管(D1)和第二磁复位二极管(D2)，直流电源(Vin)的正极分别连接第一分压电容(C1)的一端和第一功率开关管(S1)的漏极，第一功率开关管(S1)的源极分别连接第二磁复位二极管(D2)的阴极和第二功率开关管(S2)的漏极，直流电源(Vin)的负极分别连接第二分压电容(C2)的一端和第四功率开关管(S4)的源极，第四功率开关管(S4)的漏极分别连接第一磁复位二极管(D1)的阳极和第三功率开关管(S3)的源极；第一高频隔离变压器(T1)包括第一原边绕组(NP1)和第一副边绕组(NS1)，第二高频隔离变压器(T2)包括第二原边绕组(NP2)和第二副边绕组(NS2)，第一原边绕组(NP1)的同名端分别连接第二功率开关管(S2)的源极和第一磁复位二极管(D1)的阴极，第一原边绕组(NP1)的非同名端分别连接第一分压电容(C1)的另一端、第二分压电容(C2)的另一端和第二原边绕组(NP2)的非同名端，第二原边绕组(NP2)的同名端分别连接第三功率开关管(S3)的漏极和第二磁复位二极管(D2)的阳极；输出整流及滤波电路(20)包括第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、滤波电感(Lo)、滤波电容(Co)和输出负载(Ro)，第三二极管(D3)的阳极连接第一副边绕组(NS1)的同名端，第一副边绕组(NS1)的非同名端分别连接第二副边绕组(NS2)的同名端、第五二极管(D5)的阳极、滤波电容(Co)的一端和输出负载(Ro)的一端，第二副边绕组(NS2)的非同名端连接第四二极管(D4)的阳极，第四二极管(D4)的阴极分别连接第三二极管(D3)的阴极、第五二极管(D5)的阴极和滤波电感(Lo)的一端，滤波电感(Lo)的另一端分别连接滤波电容(Co)的另一端和输出负载(Ro)的另一端。
全文摘要
本发明公开了一种输入交错串联正激直流变换器，属于直流变换器领域。其结构包括原边电路、第一高频隔离变压器、第二高频隔离变压器和输出整流及滤波电路，其中原边电路由直流电源、两个分压电容、四个功率开关管和两个磁复位二极管构成，所述第一和第二高频隔离变压器均由原边绕组和副边绕组构成，输出整流及滤波电路由滤波电感、滤波电容、输出负载和三个二极管构成。本发明中两个交错串联的正激变换器，不仅实现了变压器的磁复位，且开关管的电压应力仅为输入电压的一半；本发明提高了变换器等效占空比，滤波器体积小，可靠性高，适合中、高压输入及大电流输出场合。
文档编号H02M3/24GK101557172SQ20091002770
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者吴红飞, 岩 邢 申请人:南京航空航天大学