专利名称：宽范围zvs低输出谐波直流变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种宽范围ZVS低输出谐波直流变换器电路拓扑，该电路可用于直流开关电源领域。
背景技术：
现有的高频直流变换器常采用移相全桥软开关电路，例如专利(200610076381)和专利(200920031606)即采用该技术的典型装置。虽然移相全桥软开关电路可在一定条件下实现变换器原边开关器件软开关，可有效提高高频直流变换器的变换效率，但该移相全桥软开关电路还存在以下缺陷一是开关器件受负载条件影响较大，不能在大范围实现
软开关；其二是输出波形为两电平，谐波含量较大。
发明内容
为了解决现有移相全桥软开关电路存在的上述缺陷，本发明的目的是提出一种结构简单宽范围ZVS低输出谐波直流变换器通过增加一个变压器和隔直电容可有效解决该问题，实现较宽范围的软开关以及三电平输出。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案宽范围ZVS低输出谐波直流变换器，包括变压器原边电路、变压器副边电路以及整流滤波单元，所述整流滤波单元的输出端作为变换器的输出端，其特殊之处在于所述变压器原边电路包括输入电容Cin，第一自关断器件SI、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3、第四自关断器件S4、隔直电容Cp第一高频变压器T1的原边绕组Tlp以及第二高频变压器T2的原边绕组T2p,所述输入电容Cin并联在直流输入电源的两端，所述第一自关断器件S1的集电极、第三自关断器件S3集电极以及输入电容Cin的一端联接于I节点，所述第一自关断器件S1的发射极、第二自关断器件S2的集电极、第一高频变压器T1的原边绕组Tlp的异名端以及隔直电容Cm —端联接于2节点；所述第三自关断器件S3的发射极、第四自关断器件S4的集电极、第一高频变压器T1的原边绕组Tlp的同名端联接于3节点；所述第二自关断器件S2的发射极、第四自关断器件S4的发射极、第二高频变压器T2的原边绕组T2p的异名端以及输入电容Cin的另一端联接于4节点；所述第二高频变压器T2的原边绕组T2p的同名端与隔直电容的另一端联接于5节点，所述I节点和4节点作为直流变换器的输入端正极和负极。上述变压器副边电路包括第一高频变压器T1副边绕组Tls和第二高频变压器T2副边绕组T2s，所述整流滤波单元包括第一二极管Dtjl、第二二极管Dtj2、第三二极管Dtj3、第四二极管Dtj4、输出电感Ltjut以及输出电容Cwt，所述第一高频变压器T1副边绕组Tls的同名端与第一二极管Dtjl的阳极以及第二二极管Dtj2的阴极联接于5节点；第二高频变压器T2副边绕组T2s的异名端与第三二极管Dtj3的阳极以及第四二极管Dtj4的阴极联接于6节点；第一高频变压器T1副边绕组Tls的异名端和第二高频变压器T2副边绕组T2s的同名端联接于7节点；第一二极管Dtjl和第三二极管D03的阴极与输出电感Lrat的一端联接于8节点；输出电感Ltjut的另一端与输出电容Crat的一端联接于9节点；所述第二二极管Dtj2的阳极和第四二极管Dtj4的阳极与输出电容Crat的另一端联接于10节点，所述9节点和10节点作为直流变换器的输出端正极和负极。上述整流滤波单元包括第五二极管Dtj5、第六二极管Dtj6、输出电感Lrat以及输出电各 Cout，所述变压器副边电路包括第一高频变压器T1副边绕组Tls和第二高频变压器T2副边绕组T2s，第一高频变压器T1副边绕组Tls包括第一副边绕组Tlsl和第二副边绕组Tls2，所述第二高频变压器T2副边绕组T2s包括一号副边绕组T2sl和二号副边绕组T2s2，所述第一副边绕组Tlsl的异名端与一号副边绕组T2sl的同名端串联，所述第二副边绕组Tls2的异名端与二号副边绕组T2s2的同名端串联，
所述第五二极管Dtj5的阳极与第一副边绕组Tlsl的同名端联接于11节点；所述第六二极管Dtj6的阳极与二号副边绕组T2s2的异名端联接于12节点；所述第五二极管Dtj5和第六二极管Dtj6Dtj6的阴极与输出电感Ltjut的一端联接于14节点；输出电感Lrat的另一端与输出电容Ctjut的一端联接于15节点；一号副边绕组T2sl的异名端、第二副边绕组Tls2的同名端与输出电容Cwt的另一端联接于16节点，所述15节点和16节点作为直流变换器的输出端正极和负极。上述第一高频变压器T1的变比是第二高频变压器T2的变比2倍。上述第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3和第四自关断器件S4分别由绝缘栅双极晶体管和二极管构成；所述绝缘栅双极晶体管的集电极接二极管的阴极；所述绝缘栅双极晶体管的发射极接二极管的阳极；所述绝缘栅双极晶体管的门极接控制信号控制该器件的导通和关断。本发明所具有的优点I、本发明结构简单，采用4个自关断器件、两个高频变压器构造输出三电平，可大大降低输出波形中的谐波含量，在相同的滤波器条件下，可大大降低开关频率，提高电路效率；2、本发明的4个自关断器件在全负载条件下均能实现软开关，装置整体效率高；3、控制简单，采用现有成熟的移相全桥开关电源脉宽控制技术，具有很强的实用性。该电路可广泛应用于直流开关电源领域。
图I是本发明实施例I的电路结构图；图2是本发明实施例2的电路结构图；图3是实施例I中变压器副边工作在2Uin/k模式下导通原理图；图4是实施例I中变压器副边工作在Uin/k模式下导通原理图；图5是实施例I中变压器副边工作在_2Uin/k模式下导通原理图；图6是实施例I中变压器副边工作在_Uin/k模式下导通原理图；图7是本发明变压器副边输出波形原理示意图；图8是采用实施例I中低输出谐波直流变换器电路的开关电源的电路结构图。
具体实施例方式实施例I如图I所示 ，宽范围ZVS低输出谐波直流变换器，包括变压器原边电路、变压器副边电路以及整流滤波单元，变压器原边电路输出给变压器副边电路并经过整流滤波单元输出，变压器原边电路包括输入电容Cin，第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3、第四自关断器件S4、隔直电容Cp第一高频变压器T1的原边绕组Tlp以及第二高频变压器T2的原边绕组τ2ρ，输入电容Cin并联在直流输入电源的两端，所述第一自关断器件S1的集电极、第三自关断器件S3集电极以及输入电容Cin的一端联接于I节点，所述第一自关断器件S1的发射极、第二自关断器件S2的集电极、第一高频变压器T1的原边绕组Tlp的异名端以及隔直电容Cm —端联接于2节点；所述第三自关断器件S3的发射极、第四自关断器件S4的集电极、第一高频变压器T1的原边绕组Tlp的同名端联接于3节点；第二自关断器件S2的发射极、第四自关断器件S4的发射极、第二高频变压器T2的原边绕组T2p的异名端以及输入电容Cin的另一端联接于4节点；所述第二高频变压器T2的原边绕组T2p的同名端与隔直电容Cm的另一端联接于5节点，所述第一自关断器件S1的集电极与发射极之间设置有一号二极管，所述第二自关断器件S2的集电极与发射极之间设置有二号二极管，所述第三自关断器件S3的集电极与发射极之间设置有三号二极管，所述第四自关断器件S4的集电极与发射极之间设置有四号二极管，所述直流输入的正极与I节点联接，所述直流输入的负极与4节点联接。变压器副边电路包括第一高频变压器T1副边绕组Tls和第二高频变压器T2副边绕组 T2s,整流滤波单元包括第一二极管Dtjl、第二二极管Dtj2、第三二极管Dtj3、第四二极管Dtj4、输出电感Ltjut以及输出电容Ctjut,第一高频变压器T1副边绕组Tls的同名端与第一二极管Dtjl的阳极以及第二二极管Dt52的阴极联接于5节点；第二高频变压器T2副边绕组T2s的异名端与第三二极管Dt53的阳极以及第四二极管Dtj4的阴极联接于6节点；第一高频变压器T1副边绕组Tls的异名端和第二高频变压器T2副边绕组T2s的同名端联接于7节点；第一二极管Dtjl和第三二极管Dtj3的阴极与输出电感Lrat的一端联接于8节点；输出电感Ltjut的另一端与输出电容Crat的一端联接于9节点；所述第二二极管Dtj2的阳极和第四二极管Dtj4的阳极与输出电容Cwt的另一端联接于10节点，直流输出的正极与9节点联接，直流输出的负极与10节点联接。图8是采用新型宽范围ZVS低输出谐波直流变换器电路的开关电源。三相交流电源经过二极管整流电路Dinl-Din6变成直流，直流侧正极经过电感Lin与所述电路的I端联接；直流侧的负极与所述电路的4端相连；图中变压器Ι\、Τ2为高频变压器。第一高频变压器T1的变比是第二高频变压器T2的变比2倍。经过控制两端电压可控制为Uin/2，其主要工作状态简述如下参见图3，开关SpS4导通，变压器T1原边绕组两端承受的电压为Uin ;变压器T2原边绕组两端承受的电压为Uin/2 ;变压器副边串联输出2Uin/k电平；
参见图4，开关S1导通，变压器T1原边绕组两端承受的电压为O ;变压器T2原边绕组两端承受的电压为Uin/2 ;变压器副边串联输出Uin/k电平；参见图5，开关S2、S3导通，变压器T1原边绕组两端承受的电压为-Uin ;变压器T2原边绕组两端承受的电压为_Uin/2 ;变压器副边串联输出_2Uin/k电平；参见图6，开关S2导通，变压器T1原边绕组两端承受的电压为O ;变压器T2原边绕组两端承受的电压为_Uin/2 ;变压器副边串联输出_Uin/k电平；参见图7，为该电路变压器副边输出波形。实施例2实施例2与实施例I的区别是变压器副边电路以及整流滤波单元的结构，如图2所示，整流滤波单元包括第五二极管Dtj5、第六二极管Dtj6、输出电感Ltjut以及输出电容Cwt， 变压器副边电路包括第一高频变压器T1副边绕组Tls和第二高频变压器T2副边绕组T2s，第一高频变压器T1副边绕组Tls包括第一副边绕组Tlsl和第二副边绕组Tls2，所述第二高频变压器T2副边绕组T2s包括一号副边绕组T2sl和二号副边绕组T2s2，所述第一副边绕组Tlsl的异名端与一号副边绕组T2sl的同名端串联，所述第二副边绕组Tls2的异名端与二号副边绕组T2s2的同名端串联，第五二极管D05的阳极与第一副边绕组Tlsl的同名端联接于11节点；所述第六二极管Dtj6的阳极与二号副边绕组T2s2的异名端联接于12节点；所述第五二极管Dtj5和第六二极管Dtj6Dtj6的阴极与输出电感Lrat的一端联接于14节点；输出电感Lrat的另一端与输出电容Ctjut的一端联接于15节点；一号副边绕组T2sl的异名端、第二副边绕组Tls2的同名端与输出电容Ctjut的另一端联接于16节点，直流输出的正极与15节点联接，直流输出的负极与16节点联接。
权利要求
1.宽范围ZVS低输出谐波直流变换器，包括变压器原边电路、变压器副边电路以及整流滤波单元，所述整流滤波单元的输出端作为变换器的输出端 其特征在于所述变压器原边电路包括输入电容Cin，第一自关断器件SI、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3、第四自关断器件S4、隔直电容Cp第一高频变压器T1的原边绕组Tlp以及第二高频变压器T2的原边绕组T2p, 所述输入电容Cin并联在直流输入电源的两端，所述第一自关断器件S1的集电极、第三自关断器件S3集电极以及输入电容Cin的一端联接于I节点，所述第一自关断器件S1的发射极、第二自关断器件S2的集电极、第一高频变压器T1的原边绕组Tlp的异名端以及隔直电容—端联接于2节点；所述第三自关断器件S3的发射极、第四自关断器件S4的集电极、第一高频变压器T1的原边绕组Tlp的同名端联接于3节点；所述第二自关断器件S2的发射极、第四自关断器件S4的发射极、第二高频变压器T2的原边绕组T2p的异名端以及输入电容Cin的另一端联接于4节点；所述第二高频变压器T2的原边绕组T2p的同名端与隔直电容CBl的另一端联接于5节点，所述I节点和4节点作为直流变换器的输入端正极和负极。
2.根据权利要求I所述的宽范围ZVS低输出谐波直流变换器，其特征在于所述变压器副边电路包括第一高频变压器T1副边绕组Tls和第二高频变压器T2副边绕组T2s, 所述整流滤波单元包括第一二极管Dtjl、第二二极管Dtj2、第三二极管Dtj3、第四二极管Dtj4、输出电感Ltjut以及输出电容Ctjut, 所述第一高频变压器T1副边绕组Tls的同名端与第一二极管Dtjl的阳极以及第二二极管Dt52的阴极联接于5节点；第二高频变压器T2副边绕组T2s的异名端与第三二极管Dt53的阳极以及第四二极管Dtj4的阴极联接于6节点；第一高频变压器T1副边绕组Tls的异名端和第二高频变压器T2副边绕组T2s的同名端联接于7节点；第一二极管Dtjl和第三二极管Dtj3的阴极与输出电感Lrat的一端联接于8节点；输出电感Ltjut的另一端与输出电容Crat的一端联接于9节点；所述第二二极管Dtj2的阳极和第四二极管Dtj4的阳极与输出电容Cwt的另一端联接于10节点，所述9节点和10节点作为直流变换器的输出端正极和负极。
3.根据权利要求I所述的宽范围ZVS低输出谐波直流变换器，其特征在于所述整流滤波单元包括第五二极管Dtj5、第六二极管Dtj6、输出电感Lwt以及输出电容Cwt， 所述变压器副边电路包括第一高频变压器T1副边绕组Tls和第二高频变压器T2副边绕组T2s，第一高频变压器T1副边绕组Tls包括第一副边绕组Tlsl和第二副边绕组Tls2，所述第二高频变压器T2副边绕组T2s包括一号副边绕组T2sl和二号副边绕组T2s2,所述第一副边绕组Tlsl的异名端与一号副边绕组T2sl的同名端串联，所述第二副边绕组Tls2的异名端与二号副边绕组T2s2的同名端串联， 所述第五二极管Dtj5的阳极与第一副边绕组Tlsl的同名端联接于11节点；所述第六二极管Dtj6的阳极与二号副边绕组T2s2的异名端联接于12节点；所述第五二极管Dtj5和第六二极管Dtj6Dtj6的阴极与输出电感Lrat的一端联接于14节点；输出电感Lrat的另一端与输出电容Ctjut的一端联接于15节点；一号副边绕组T2sl的异名端、第二副边绕组Tls2的同名端与输出电容Ctjut的另一端联接于16节点，所述15节点和16节点作为直流变换器的输出端正极和负极。
4.根据权利要求I或2或3所述的宽范围ZVS低输出谐波直流变换器，其特征在于所述第一高频变压器T1的变比是第二高频变压器T2的变比2倍。
5.根据权利要求4所述的宽范围ZVS低输出谐波直流变换器，其特征在于所述第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3和第四自关断器件S4分别由绝缘栅双极晶体管和二极管构成；所述绝缘栅双极晶体管的集电极接二极管的阴极；所述绝缘栅双极晶体管的发射极接二极管的阳极；所述绝缘栅双极晶体管的门极接控制信号控制该器件的导通和关断。
全文摘要
本发明涉及一种宽范围ZVS低输出谐波直流变换器，包括变压器原边电路、变压器副边电路以及整流滤波单元，整流滤波单元的输出端作为变换器的输出端，变压器原边电路包括输入电容Cin，第一自关断器件S1、第二自关断器件S2、第三自关断器件S3、第四自关断器件S4、隔直电容CBL、第一高频变压器T1的原边绕组T1p以及第二高频变压器T2的原边绕组T2p。本发明采用4个自关断器件、两个高频变压器构造输出三电平，可大大降低输出波形中的谐波含量，在相同的滤波器条件下，可大大降低开关频率，提高电路效率。
文档编号H02M1/14GK102710138SQ20121016876
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者石勇 申请人:西安爱科赛博电气股份有限公司