一种适用于中点钳位直流母线的串联双反激准谐振变换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电能质量控制领域，尤其是一种适用于中点钳位直流母线的串联双反激准谐振变换器。
【背景技术】
[0002]随着国民经济和科学技术的蓬勃发展，冶金、化学等现代化大型工业和电气化铁路的发展，电力系统中的非线性负荷产生大量谐波和无功功率，使得电网波形畸变和负荷增加日趋严重。电能质量的下降严重地影响了供用电设备的安全、经济运行，降低了人民的生活质量。
[0003]有源电力滤波器(APF)和无功功率补偿器(SVG)是降低电网谐波和补偿无功功率的重要电能质量装置。通常在这些装置中，直流母线电压高达900V，需要采用两个铝电解电容串联实现稳压。为保证两个电容的均压，一般采用并联电阻或者闭环控制的方法对直流母线的中点电压进行钳位。
[0004]电能质量装置的内部控制电路需要多种电压供电，这通常由变换器从直流母线获得。由于直流母线高达900V，如果采用现有的拓扑结构，如单端反激变换器、单端正激变换器、双管反激变换器、双管正激变换器、全桥变换器等，需要使用1200V及以上的功率器件。然而超过1000V的高压器件性能较900V以下的功率器件性能差很多，采用这些器件设计会降低变换器的效率，产生更多的热量，需要更大面积的散热器，增加变换器的体积和重量，并降低变换器的可靠性。而且这些高压器件往往价格昂贵，大幅增加了变换器的设计成本。
[0005]采用准谐振技术可以减少功率器件的开关损耗，一般采用专用的集成芯片来实现准谐振变换，然而现有的准谐振芯片都只有700V以下的耐压，不适用于900V的高压直流母线。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种适用于中点钳位直流母线的串联双反激准谐振变换器，可以将变换器的开关管电压应力降低，以便可以选择性能和价格更好的低压功率器件，从而提高变换器的效率和可靠性，降低变换器的设计成本。同时本发明提供的一种适用于中点钳位直流母线的串联双反激准谐振变换器，可以直接采用具有准谐振控制功能的集成芯片来实现准谐振变换，从而进一步提高变换器的效率，降低变换器的体积和重量。
[0007]一种适用于中点钳位直流母线的串联双反激准谐振变换器，包括主功率电路、逻辑控制电路10、驱动电路20和检测电路30，其中:主功率电路包括原边电路、高频变压器T1和副边电路，原边电路包括中点钳位的直流母线、第一输入电容Cil和第二输入电容Ci2以及第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q 2，高频变压器T1由原边绕组Npl和Np2、副边绕组Ns以及辅助绕组Na构成，副边电路由输出二极管D。和输出电容C。构成；直流母线的正端与第一输入电容Cil的一端电气连接，同时连接高频变压器T i的原边绕组Npl的一端，第一输入电容Cil的另一端与第二输入电容Ci2的一端串联连接，同时与直流母线的中点端电气连接，第二输入电容Ci2的另一端连接直流母线的负端，高频变压器T i的原边绕组Npl的另一端连接第一功率开关管Q1的一端，第一功率开关管Q 另一端与高频变压器T i的原边绕组Np2的一端电气连接，同时连接到直流母线的中点端，高频变压器T1的原边绕组Np2的另一端与第二功率开关管02的一端电气连接，第二功率开关管Q 2的另一端连接直流母线的负端，高频变压器T1的副边绕组N s的一端与输出二极管D。的一端电气连接，输出二极管D。的另一端连接与输出电容C。和负载的一端电气连接，输出电容C。和负载的另一端并联连接，同时与高频变压器T1的副边绕组N s的另一端电气连接。
[0008]优选的，逻辑控制电路10包括核心控制模块12、其他控制模块11、脉冲发生电路13以及第三三极管Q3和第四三极管Q 4，逻辑控制电路10的输入端连接到检测电路30的输出端，逻辑控制电路10的输入端同时还连接到其他控制模块11和核心控制模块12的一端，其他控制模块12的另一端与核心控制模块11电气相连，核心控制模块11的输出端连接到脉冲发生电路13的输入端，脉冲发生电路13的输出端连接到第三三极管03和第四三极管Q4的门极控制端，第三三极管Q 3的发射极和第四三极管94的集电极连接，同时作为逻辑控制电路10的输出端。
[0009]优选的，驱动电路20包括图腾柱电路21和驱动变压器T2，其中图腾柱电路21由第五三极管Q5和第六三极管Q 6构成，驱动变压器T 2由原边绕组N dp和副边绕组N ds构成，图腾柱电路21的输入端分别连接和第五三极管Q5和第六三极管Q 6的门极控制端，同时与逻辑控制电路10的输出端电气连接，图腾柱电路21的输出端连接第五三极管Q5的发射极、第六三极管06的集电极和驱动变压器T 2的原边绕组N ^的一端，驱动变压器T 2的原边绕组Ndp的另一端与第六三极管Q 6的发射极电气连接，驱动变压器T 2的副边绕组N &的两个端口作为驱动电路20的输出端与主动率电路的第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2的栅极控制端电气连接。
[0010]优选的，检测电路30包括检测电阻R1、比较器Ul和消隐电路31，检测电路30的输入端与高频变压器T1的辅助绕组N a的两端电气连接，检测电路30的一个输入端连接到检测电阻R1的一端，电阻Ri的另一端连接到比较器U i的一个输入端，检测电路30的另一个输入端连接到参考电平Vth的一端，参考电平V ^的另一端连接到比较器U ^勺另一输入端，比较器U1的输出端连接到消隐电路31的输入端，消隐电路31的输出端连接到逻辑控制电路10的输入端。
[0011]第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q 2开通时，高频变压器T i的原边绕组Npl和Np2的电感储存能量，原边绕组Npl和Np2电压分别为直流母线电压的一半，副边电路中的输出二极管D。截止，此时，通过输出电容C。向负载提供能量。
[0012]当第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q 2关断时，副边电路中的输出二极管D。导通，储存在电感中的能量经输出二极管D。、输出电容C。向负载释放，同时给输出电容C。充电。此时，高频变压器T1的原边绕组Npl和Np2承受副边输出电压反射到原边的电压值，第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2两端电压为输入电压的一半与反射电压值之和，由于原边绕组分为两组，因此反射电压与单端反激相比也降为一半，第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2承受的电压应力也降为单端反激的一半。
[0013]当副边电流即将下降为零时，检测电路30检测到的电压低于参考电平Vth，比较器邮勺输出端给出一个信号，经过消隐电路31延时，以防止干扰引起的误触发，再经过逻辑控制电路10处理，在第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2两端电压正好在“波谷”处给出驱动信号，使第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2可以实现“波谷”开通，从而实现一种准谐振控制方法，降低功率开关管的开通损耗。
[0014]本发明的有益效果为:利用中点钳位直流母线的特点，通过两个反激电路原边串联的形式，将开关管两端承受的电压降低为单端反激的一半，有效降低了功率器件的应力、提高了变换器的变换效率和可靠性、降低了变换器的设计成本。通过准谐振变换技术，使得开关管在较低电压的谷底开通，将开关管的开通损耗大幅降低，进一步提高了变换器的效率、降低了变换器的体积和重量、提高了变换器的功率密度。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的电路原理图。
[0016]图2是本发明的逻辑控制电路的原理图。
[0017]图3是本发明的驱动电路的原理图。
[0018]图4是本发明的检测电路的原理图。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，一种适用于中点钳位直流母线的串联双反激准谐振变换器，包括主功率电路、逻辑控制电路10、驱动电路20和检测电路30，其中:主功率电路包括原边电路、高频变压器T1和副边电路，原边电路包括中点钳位的直流母线、第一输入电容C ijP第二输入电容Ci2以及第一功率开关管Q i和第二功率开关管Q 2，高频变压器T1由原边绕组Npl和Np2、副边绕组Ns以及辅助绕组N a构成，副边电路由输出二极管D。和输出电容C。构成；直流母线的正端与第一输入电容Cil的一端电气连接，同时连接高频变压器T i的原边绕组Npl的一端，第一输入电容Cil的另一端与第二输入电容Ci2的一端串联连接，同时与直流母线的中点端电气连接，第二输入电容Ci2的另一端连接直流母线的负端，高频变压器T i的原边绕组Npl的另一端连接第一功率开关管Q i的一端，第一功率开关管Q 另一端与高频变压器T i的原边绕组Np2的一端电气连接，同时连接到直流母线的中点端，高频变压器T i的原边绕组Np2的另一端与第二功率开关管Q 2的一端电气连接，第二功率开关管Q 2的另一端连接直流母线的负端，高频变压器T1的副边绕组N s的一端与输出二极管D。的一端电气连接，输出二极管D。的另一端连接与输出电容C。和负载的一端电气连接，输出电容C。和负载的另一端并联连接，同时与高频变压器T1的副边绕组N s的另一端电气连接。
[0020]如图2所示，逻辑控制电路10包括核心控制模块12、其他控制模块11、脉冲发生电路13以及第三三极管Q3和第四三极管Q4，逻辑控制