一种带辅助换流电路的电流源型全桥pwm变换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电学领域，尤其涉及降低功率器件开关损耗的技术，特别是一种带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器。
【背景技术】
[0002]全桥的PWM (Pulse Width Modulat1n)变换器已经被普遍运用于大功率DC-DC(直流-直流)功率转换中。然而其寿命和效率是我们着重需要关注的两大方面。电压源型的移相全桥变换器工作在ZVS(Zero Voltage Switching)状态下是如今应用最为广泛的电路拓扑之一，其优点在于结构简单，并且有很好的工作性能，然而在其电路拓扑中，直流侧并接大容量电解电容，使得直流侧电压基本无脉动，且该电容还起到了缓冲无功能量的作用，但由于电解电容的工作寿命通常约为一万个小时，远低于变换器期望的工作寿命，因而成为制约变换器寿命进一步提高的瓶颈。然而在电流源型全桥PWM变换器的电路拓扑中，不同于电压源型，其直流侧串联大电感，使得直流侧电流基本无脉动，且该大电感也起到了缓冲无功能量的作用，由于规避了电解电容的使用，从而延长了变换器的工作寿命；另一方面，为了极大限度的提高变换器的功率密度，减小功率损耗和提高开关频率是两个主要的设计方向。然而增加开关频率必然会增大器件的开关损耗，因此我们需要通过软开关的方式来减小器件的开关损耗。电压源型的移相全桥变换器工作在ZVS状态下是如今应用最为广泛的软开关拓扑之一，然而ZVS更适用于如MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET)一类的开关器件。而在高压大功率的场合，IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor)因其载流能力强、导通损耗低而取得广泛的应用，但由于其关断时存在的拖尾电流，则会造成其在关断时存在较高的关断损耗。因此在高压大功率的场合下，电流源型的全桥PWM变换器工作在ZCS(Zero Current Switching)状态下比电压源型的全桥电路工作在ZVS状态下更有利于提高变换器的效率，此外电流源型全桥PWM变换器的输出端不需要接庞大的输出滤波电感，避免了整流二极管与谐振电感的高频震荡，减小了二极管电压应力高的问题，这也使得电流源型的变换器相比于电压源型更适合应用于高压大功率的场合。
[0003]传统的电流源型全桥PWM变换器由于其滞后桥臂存在换流困难的问题，因此其电路中谐振电容与谐振电感的选取则要满足电路换流的需要，由此引起的占空比丢失，导通损耗过大，电流电压应力过大等问题也使得传统的电流源型全桥PWM变换器的效率受到严重影响；此外由于开关管换流模式的限制，使得传统的电流源型全桥PWM变换器对于输入电流的控制十分有限，这也使得其在实际应用中产生诸多问题。
[0004]四川大学的Qian Sun提出了一种由输入电流大小决定的谐振电容能量可控的电流源型全桥PWM变换器，如图1所示，该变换器在传统电流源型变换器电路拓扑基础上在变压器原边串入辅助网络100，该辅助网络由两个辅助开关管Sp S2和谐振电容?并联构成，该电路拓扑的特点是在不同电流输入的情况下谐振电容中的能量也不同，使得电路回路中的谐振能量根据工作情况的不同而不同，一方面实现了主开关管的ZCS，一方面降低了因谐振能量过大而引起的过高的器件导通损耗，此外还使变换器ZCS实现的工作范围得以扩大。但是由于其谐振电容的充放电过程使得该电路拓扑仍然存在明显的占空比丢失问题，使得变换器的效率无法得到进一步的提高。
【发明内容】
[0005]本发明是针对传统的电流源型全桥PWM变换器存在的问题，提出了一种带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器，有效解决传统电流源型全桥PWM变换器中主要存在的滞后桥臂的换流和占空比丢失问题，提高变换器的工作效率。
[0006]本发明的技术方案为:一种带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器，包括逆变电路、谐振网络、变压器、整流滤波网络，逆变电路采用由电源1、输入电感4?和四个主开关管Qp Q2, Q3, Q4构成的电流源型全桥逆变电路结构，其中主开关管Q工和Q3构成超前桥臂，主开关管92和Q 4构成滞后桥臂，还包括两个辅助支路，第一辅助支路由辅助变压器T P辅助开关管SjP电容C1构成，辅助变压器T i原边串接在滞后桥臂Q 2的发射极，辅助变压器T1副边并联开关管S1和电容C1;第二辅助支路由辅助变压器T2、辅助开关管S2和电容q构成，辅助变压器T2原边串接在滞后桥臂Q 4的发射极，辅助变压器T 2副边并联开关管S 2和电容&控制开关管S S 2的关断导通，配合四个主开关管Q 1、Q2、Q3、Q4之间的换流。
[0007]所述辅助支路中电容C1和^均为薄膜电容，辅助开关管S jP 32均为绝缘栅双极晶体管IGBT，辅助开关管S1在主开关管Q 2开通前开通，辅助开关管S 2在主开关管Q 4开通前开通。
[0008]所述谐振网络由谐振电感、谐振电容、电容C1和电容G构成；谐振电感包括外接谐振电感4和变压器T自身漏感；谐振电容除外接的谐振电容外，还包括输出整流二极管D1、D2、D3、D4g身的结电容和变压器T自身绕组间的分布电容；电容和q均为薄膜电容。
[0009]所述整流滤波网络为由4个二极管Dp D2, D3、04和I个输出电容体)成的全桥整流滤波结构。
[0010]本发明的有益效果在于:本发明基带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器，通过在传统的电流源型PWM变换器的滞后桥臂上分别添加两个辅助支路，配合适当的驱动脉冲的情况下，有效解决传统电流源型全桥PWM变换器中主要存在的两大问题，即滞后桥臂的换流和占空比丢失问题，提高了变换器的工作效率。
【附图说明】
[0011]图1为基于电流源型全桥PWM变换器的谐振能量可变的软开关电路图；
图2为本发明带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器电路图；
图3至7为本发明带辅助换流电路的电流源型全桥PWM变换器各时段工作过程图；
图8为本发明实施方式的电路工作波形图。
【具体实施方式】
[0012]本发明实施例通过在传统的电流源型全桥PWM变换器的电路拓扑上，给滞后桥臂分别添加辅助支路200，201，从而有利于滞后桥臂的换流完成，有利于降低原有的占空比丢失，从而提高变换器的工作效率；同时，本电路拓扑结构和工作过程简单，易于实现。
[0013]如图2所示本发明带辅助换流电路的电流源型全桥P丽变换器电路，包括逆变电路、谐振网络、辅助支路、变压器和整流滤波网络。
[0014]逆变电路采用由电源1、输入电感Zin和四个主开关管Q工為為乂构成的电流源型全桥逆变电路结构，开关管为绝缘栅双极晶体管IGBT，Q jP Q 3构成超前桥臂，92和Q 4构成滞后桥臂，固定频率的四路控制信号驱动开关管导通，超前桥臂Q Q 3的驱动脉冲互补，滞后桥臂92和Q 3的驱动脉冲互补，滞后桥臂的驱动脉冲滞后超前桥臂的驱动脉冲一定时间，且驱动脉冲占空比均大于百分之五十，从而完成电流源型全桥逆变电路的工作情况；所述谐振网络由谐振电感、谐振电容、电容C1和电容^构成；谐振电感包括外接谐振电感4和变压器T自身漏感；谐振电容除外接的谐振电容?外，还包括输出整流二极管DPD2、D3、D4g身的结电容和变压器T自身绕组间的分布电容；辅助支路包括辅助支路