一种电压箝位软开关型推挽直流变换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及DC-DC变换器技术领域，具体涉及一种功率管电压箝位的软开关推挽 直流变换器。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术的发展，对电力电子装置的要求是高效率，小型化，轻量化，高 可靠性及稳定性等。
[0003] 当今，在太阳能，燃料电池等低压输入的新能源发电系统中，直直变换器为其中的 一个很重要组成部分。传统的推挽直流变换器由于结构简单，变压器双向磁化，磁芯利用 率高，不需要磁复位且具有隔离效果等自身的特点广泛应用于这些低压输入的电能变换场 合，但是传统的推挽直流变换器的功率管工作在硬开关条件下，随着开关频率的提高，开关 损耗大，变换器率低，不利于变换器高效能的传输电能。另外，由于变换器中变压器漏感及 功率回路杂散电感的作用，传统的推挽变换器在功率管关断过程中，功率管两端会产生很 高的电压尖峰，这对功率器件的选型，系统稳定性等方面造成不良影响。虽然推挽正激变换 器由于箝位电容的作用，其功率管两端的电压可被箝位于2倍的输入电压，有利于功率管 的安全工作及系统的可靠性，但是其功率管依然工作在硬开关条件下，因此其变换效率不 尚。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的旨在针对背景所述技术的不足，提出了一种电压箝位的软开关推挽 直流变换器，降低功率管开关损耗，提高变换效率的同时功率管两端的电压可被箝位，有利 于变换器工作的稳定性及可靠性。
[0005] 本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案。
[0006] 本发明的一种电压箝位软开关型推挽直流变换器，包括变压器原边电路与变压器 副边电路，原边电路包括变压器原边第一绕组N pi，原边第二绕组Np2，第一功率管Q1及其内 部体二极管D 1和寄生电容C i，第二功率管Q2及其内部体二极管D 2和寄生电容C 2，第三功率 管Q3及其内部体二极管D 3和寄生电容C 3，箝位电容Ca和直流电压源U ιη。原边电路连接关 系为：第三功率管Q3的漏极接直流电压源U ιη的正极，第三功率管Q3的源极接第二功率管Q2 的漏极及变压器原边第一绕组Npi的同名端，第二功率管Q 2的源极接箝位电容C 3的上端与 变压器原边第二绕组Np2的异名端，变压器原边第一绕组N P1的异名端接第一功率管Q i的漏 极和箝位电容Cj]下端，第一功率管Q1的源极、变压器原边第二绕组Np2的同名端与直流电 压源U in的负极相连。副边电路包括变压器副边绕组Ns，全桥不可控整流电路（D4~D 7)，滤 波电感Lf，滤波电容Cf和负载Rci。副边电路连接关系为：变压器副边绕组N s的同名端与整 流二极管D4的阳极和D 6的阴极相连，变压器副边绕组N s的异名端与整流二极管D 5的阳极 和D7的阴极相连，整流二极管D 4、05的阴极共同接滤波电感L f左端，L f的右端接滤波电容 Cf的正极与负载电阻R。的上端，整流二极管D 6、07的阳极共同接滤波电容C f的负极与负载 电阻R。的下端。
[0007] 本发明电压箝位软开关型推挽直流变换器的PffM控制信号，即开关时序为：①第 一、第三功率管仏与Q 3共同导通T d/2时间后关断第三功率管Q3;②经过一个短暂的死区时 间后开通第二功率管Q2，第二功率管Q2与第一功率管Q :共同导通T (1-d) /2后，关断第一 功率管Q1;③经过一个短暂的死区时间后开通第三功率管Q 3，第三功率管Q3与第二功率管 Q2共同导通T d/2时间后关断第三功率管Q3;④经过一个短暂的死区时间后开通第一功率管 Q1，第二功率管Q2与第一功率管Q 同导通T (1-d) /2后，关断第二功率管Q 2;⑤经过一个 短暂的死区时间后开通第三功率管Q3，第一、第三功率管仏与Q 3同时导通，回到第①个过 程；如此周而复始。
[0008] 本发明所述的第一、第二、第三功率管是功率MOSFET。
[0009] 本发明与原有技术相比主要的技术特点是：在传统的推挽直流变换器变压器原 边电路增加了一个功率管Q 3和箝位电容C a，通过控制原边电路三个功率管的开关时序，使 得三个功率管工作在零电压开通与关断的状态，降低了功率管的开关损耗；同时，变压器的 漏感、寄生电容，功率管的寄生电容都参与了软开关过程，提高了变压器与功率管的使用效 率；箝位电容将三个功率管两端电压进行箝位，抑制了功率管两端的电压尖峰，使得功率管 的电压应力被箝位于较低的值，减少了开关噪音，提高了功率管与系统工作的可靠性及稳 定性。
[0010] 本发明的电压箝位软开关型推挽直流变换器结构相对简单，实现了功率开关管的 软开关切换与功率管两端电压的箝位，提高了变换器的电能传输效率与可靠性，有利于电 路的高频化工作和电力电子装置体积的减小，适用于中低压输入的直直变换场合。
【附图说明】
[0011] 附图1为传统的推挽直流变换器结构示意图。
[0012] 附图2为本发明提出的电压箝位软开关型推挽直流变换器结构示意图。
[0013] 附图3为本发明电压箝位软开关型推挽直流变换器的PffM开关时序图。
[0014] 附图4为本发明的电压箝位软开关型推挽直流变换器实施结构示意图。
[0015] 附图5为本发明的电压箝位软开关型推挽直流变换器实施电路主要波形示意图。
[0016] 附图6~附图11为本发明的电压箝位软开关型推挽直流变换器实施例的各个开 关丰旲态不意图。
[0017] 附图12为本发明电压箝位软开关型推挽直流变换器的PffM开关时序产生原理图。
[0018] 以上附图中的主要符号名称：Uin:直流电源电压；Q1-Q 3:功率开关管；(^~C3:寄 生电容A~D3:体二极管；Ca:箝位电容；TX :高频变压器；D 4~D6:整流二极管；Lf:滤波电 感；Cf:滤波电容；R。:负载电阻；u gsl~u gs3:功率管Q广Q 3的驱动{目号；L leak i、Lleak 2:变压 器原边绕组NP1、Np2的漏感；u dsl~u ds3:功率管Q Q3两端承受的电压；i pl、ip2:流过原边 绕组NP1、Np2的电流；i i 3:流过功率管Q 〇3的电流；u s:变压器副边绕组电压；i s:流 过变压器副边绕组电流比:流过滤波电感电流；U ^:输出电压。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
[0020] 附图1为传统的推挽直流变换器结构示意图。
[0021] 附图2、附图3为本发明提出的电压箝位软开关型推挽直流变换器结构示意图与 其所对应的PWM开关时序图。
[0022] 附图4是本发明电压箝位软开关型推挽直流变换器的实施电路结构示意图。由直 流电压源1、三个功率管2、箝位电容3、隔离变压器4、整流电路5及滤波输出电路6组成。 Q1- Q 3是三只功率管，D广D 3分别是功率管Q广Q 3的体二极管，C广C 3分别是Q广Q 3 的寄生电容，Ca是箝位电容，TX是隔离变压器，L lMk i、LlMk 2是隔离变压器原边绕组的漏感， D4~D7是输出整流二极管，Lf是滤波电感，Cf是滤波电容，R。为输出负载。本变换器采用 附图3所示的PffM开关时序：①功率管仏与Q 3共同导通T d/2时间后关断功率管Q3;②经 过一个短暂的死区时间后开通功率管Q2，功率管仏与Q :共同导通T (1-d) /2后，关断功率管 Q1;③经过一个短暂的死区时间后开通功率管Q 3，功率管93与Q 2共同导通T d/2时间后关断 功率管Q3;④经过一个短暂的死区时间后开通功率管Q i，功率管仏与Q 同导通T (1-d) /2 后，关断功率管Q2;⑤经过一个短暂的死区时间后开通功率管Q 3，功率管仏与Q 3同时导通， 回到第①个过程；如此周而复始。
[0023] 下面以附图4为主电路结构，结合附图5~附图12对本发明变换器的具体工作原 理进行详细的描述。由附图5可知，整个变换器在一个开关周期内共有12个开关模态，分别 疋t 1]、t 2]、t 3]、t 4]、t 5]、t 6]、t 7]、t 8]、
[ts~t J、[t9~t 1()]、[t!。~t n]、[tn~t 12]，其中[t。~t 6]为前半周其月，[t7~t 12]为后 半周期。下面对各个模态的工作原理具体分析。
[0024] 为了分析方便，分析之前先做如下假设：1)所有功率管和二极管为理想器件，导 通压降为零；2)三个电容C 1AjP C 3值都等于C ;3)变压器的励磁电感足够大，励磁电流忽 略不计，变压器副原边绕组的IM比为n = NS/NP1= NS/NP2,漏感Llf3ak i= L lf；ak 2= L lf；ak;4)滤 波电感足够大，等效为一个恒流源；5)箝位电容上的电压保持不变，看作为一个恒压源U ra。
[0025] 1模态I [t。~t J [对应附图6]
[0026] 功率管QJPQ3导通，副边二极管D 4, 07导通续流，变换器向负载侧传递能量。原 边侧直流电压源Uin和Np i并联，箝位电容C 3与Np 2并联，电源电压U ιη作用在绕组Np i、漏感 Lleak ^及输出滤波电感折射到原边的电感L f/n2上；箝位电容电压u &则作用在绕组Np 2、 漏感Llrak ,以及输出滤