零电压转换脉宽调制变换器的制造方法

文档序号:9379442阅读:515来源:国知局
零电压转换脉宽调制变换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电能变换技术领域,尤其涉及一种零电压转换脉宽调制变换器,可在全输入电压范围、全负载范围内能实现高效的直流到直流的电能变换。
【背景技术】
[0002]零电压转换(ZeroVoltage Transit1n,简称 ZVT)脉宽调制(Pulse WidthModulat1n,简称PffM)技术,是利用辅助开关管提前主开关管开通短时间,将主电感的全部电流、主开关管关断缓冲电容存储的全部电荷都逐渐分流到辅助电感中,从而主开关管实现零电压开关、主二极管实现零电流关断,可以实现高效的电能变换。
[0003]中国版本图书《直流开关电源的软开关技术》(阮新波、严仰光编著,科学出版社,2000年I月第一版,国际标准书号ISBN7-03-007766-0,中国版本图书馆CIP数据核字(1999)第32120号,以下简称“图书《软开关技术》”)J^ZVT PffM技术及其改进型做了详细的论述,并对它们应用于6种基本的不隔离变换器给出了电路图,电路图被分别描绘于该书的第143页图5.4以及第150页图5.9中。
[0004]图书《软开关技术》中提及的6种基本的不隔离变换器,包括:Buck(降压)、Boost (升压)、Buck/Boost (升降压)、Cuk、Sepic、Zeta,其中后三个是以发明者的姓名命名的。将该书的第143页图5.4中辅助开关管Qa、辅助电感La、辅助二极管Da等三者去除后,剩余的元器件就组成了 6种基本的不隔离变换器的主拓扑结构。
[0005]图书《软开关技术》指出,ZVT PffM变换器,具有如下优点:主开关管和主二极管实现了软开关,且电压、电流应力不增加,辅助开关管是零电流开通,辅助电路电流通过时间短、损耗低,开关管恒频工作;改进型ZVT PffM变换器,除了上述优点外,还实现了辅助开关管的零电压关断。该书给出的仿真例,很好地证明了上述描述。基于上述认识,辅助开关管、辅助二极管、辅助电感等的规格、散热设计都是按低损耗来选取和实施的。
[0006]由于ZVT PffM变换器及其改进型具有如此突出的优点,所以在中大功率场合得到了广泛的应用,比如I千瓦至10千瓦范围内的中等功率光伏逆变器,第一级升压电路就常常采用改进型的Boost型ZVT PffM变换器。
[0007]然而,现在使用的ZVT PffM变换器及其改进型具有的上述优点,是在主开关管有导通的条件下获得的,而在只有辅助开关管导通的工况下,不但上述优点不复存在,且存在如下缺陷:辅助开关管是大电流开通,辅助二极管承担主输出电流,且存在关断时的反向恢复,损耗大幅度增加。原因如下:
[0008]在整个开关周期内只有辅助开关管导通的工况,出现在诸如此类的场合:
[0009]l、Boost型ZVT PffM变换器中,输入电压非常接近输出电压的时候,如I千瓦至10千瓦范围内的中等功率光伏逆变器,由于整机变换效率要求高,第一级升压电路常常采用Boost型ZVT PffM变换器,例如光伏电池电压变化范围从100伏到450伏,升压电路额定输出电压为360V,当光伏电池电压为360伏附近且稍低时,就出现此类工况;
[0010]2、Buck型ZVT PffM变换器,输出电压比较低时,如实验用宽范围可调稳压电源中的降压型ZVT PffM变换器,输出电压接近于O伏时。
[0011]在只有辅助开关管导通的工况下,辅助开关管导通期间,辅助电感的电流持续上升到峰值;辅助开关管关断期间,辅助电感两端的反压非常低,电流下降很少,所以辅助电感和辅助二极管通过主输出电流;在下一个周期开始,辅助开关管开通时是大电流开通,辅助二极管是大电流关断而存在反向恢复,它们的损耗都大幅度增加,因为它们是按低功耗来选取规格和采取散热措施的,所以会出现散热不良,导致温升过高而损坏,使整个变换器失效。

【发明内容】

[0012]本发明所要解决的技术问题在于提供一种零电压转换脉宽调制变换器,旨在只有辅助开关管导通的工况下,也能实现辅助开关管、辅助二极管等的零电流开关,维持较短的电流通过时间和较低的损耗。
[0013]本发明所提供的第一种零电压转换脉宽调制变换器为Boost型,包括主电路、辅助电路和复位电路;
[0014]所述主电路包括输入电源VS1、升压电感L1、主开关管Q1、主二极管D1、滤波电容CFl ;其中,主开关管Ql的高电位端通过升压电感LI连接到输入电源VSl的正极,其低电位端连接输入电源VSl的负极;主二极管Dl的阳极连接主开关管Ql的高电位端,其阴极连接滤波电容CFl的正极,滤波电容CFl负极连接电源VSl的负极;输出电压VOl自滤波电容CFl的正极、负极两端引出;
[0015]所述辅助电路包括辅助电感LAl、辅助开关管QAl、缓冲二极管DHl、辅助电容CAl、辅助二极管DAl ;其中,辅助开关管QAl的高电位端通过辅助电感LAl连接主开关管Ql的高电位端,其低电位端连接主开关管Ql的低电位端;辅助二极管DAl的阳极连接缓冲二极管DHl的阴极,辅助二极管DAl的阴极连接主二极管Dl的阴极;辅助电容CAl的两极分别连接缓冲二极管DHl的阴极、主开关管Ql的高电位端;
[0016]所述复位电路包括复位电容CRl、复位电感LRl和复位二极管DRl ;其中,复位电容CRl的两极分别连接辅助开关管QAl的高电位端、缓冲二极管DHl的阳极;复位二极管DRl的阳极连接的辅助开关管QAl的低电位端,其阴极通过复位电感LRl连接到缓冲二极管的DHl阳极。
[0017]进一步地,在主开关管Ql有导通的工况下,用机械触点将复位电容CRl的两极短接复位电容CRl的两极短接。
[0018]进一步地,还包括吸收电容,所述吸收电容的两极分别连接主主开关管Ql的高电位端、低电位端,同时缓冲二极管DHl短接,辅助电容CAl不安装。
[0019]进一步地,复位电容CRl的容量是辅助电容CAl的容量的2到10倍。
[0020]进一步地,主开关管Q1、辅助开关管QAl为绝缘栅双极晶体管,或者NPN功率晶体管,或者反并联二极管的PNP功率晶体管;或者P沟道功率场效应管;主二极管D1、缓冲二极管DH1、辅助二极管DA1、复位二极管DRl是快恢复二极管,或者是超快恢复二极管,或者是肖特基—极管。
[0021]本发明所提供的第二种零电压转换脉宽调制变换器为Buck型,包括主电路、辅助电路和复位电路;
[0022]所述主电路包括输入电源VS2、主开关管Q2、主二极管D2、滤波电感L2、滤波电容CF2 ;其中,主开关管Q2的高电位端连接到输入电源VS2的正极,其低电位端连接主二极管D2的阴极;主二极管D2的阳极连接输入电源VS2的负极,其阴极通过滤波电感L2连接滤波电容CF2的正极,滤波电容CF2负极连接电源VS2的负极;输出电压V02自滤波电容CF2的正极、负极两端引出;
[0023]所述辅助电路包括辅助开关管QA2、辅助电感LA2、缓冲二极管DH2、辅助电容CA2、辅助二极管DA2 ;其中,辅助开关管QA2的高电位端连接主开关管Q2的高电位端,其低电位端通过辅助电感LA2连接主开关管Q2的低电位端;辅助二极管DA2的阳极连接上述主二极管D2的阳极,其阴极连接缓冲二极管DH2的阳极;辅助电容CA2的两极分别连接缓冲二极管DH2的阳极、主开关管Q2的低电位端;
[0024]所述复位电路包括复位电容CR2、复位电感LR2和复位二极管DR2 ;其中,复位电容CR2的两极分别连接辅助开关管QA2的低电位端、缓冲二极管DH2的阴极;复位二极管DR2的阳极通过复位电感LR2连接缓冲二极管DH2的阴极,其阴极连接辅助开关管QA2的高电位端。
[0025]本发明所提供的第三种零电压转换脉宽调制变换器为Buck/Boost型,包括主电路、辅助电路和复位电路;
[0026]所述主电路包括输入电源VS3、主开关管Q3、储能电感L3、主二极管D3、滤波电容CF3 ;其中,主开关管Q3的高电位端连接到输入电源VS3的正极,其低电位端通过储能电感L3连接输入电源VS3的负极;主二极管D3的阳极连接滤波电容CF3的负极,其阴极连接主开关管Q3的低电位端,滤波电容CF3的正极连接输入电源VS3的负极;输出电压V03自滤波电容CF3的正极、负极两端引出;
[0027]所述辅助电路包括辅助电感LA3、辅助开关管QA3、缓冲二极管DH3、辅助电容CA3、辅助二极管DA3,其中,辅助开关管QA3的高电位端连接主开关管Q3的高电位端,其低电位端通过辅助电感LA3连接主开关管Q3的低电位端;辅助二极管DA3的阳极连接主二极管D3的阳极,其阴极连接缓冲二极管DH3的阳极;辅助电容CA3的两极分别连接缓冲二极管DH3的阳极、主开关管Q3的低电位端;
[0028]所述复位电路包括复位电容CR3、复位电感LR3和复位二极管DR3 ;其中,复位电容CR3的两极分别连接辅助开关管QA3的低电位端、缓冲二极管DH3的阴极;复位二极管DR3的阳极通过复位电感LR3连接缓冲二极管DH3的阴极,其阴极连接辅助开关管QA3的高电位端。
[0029]本发明所提供的第四种零电压转换脉宽调制变换器为Cuk型,包括主电路、辅助电路和复位电路;
[0030]所述主电路包括输入电源VS4、升压电感L4、主开关管Q4、隔直电容CB4、主二极管D4、滤波电感LF4、滤波电容CF4 ;其中主开关管Q4的高电位端通过升压电感L4连接到输入电源VS4的正极,其低电位端连接输入电源VS4的负极;主二极管D4的阳极连接到主开关管Q4的高电位端,还通过滤波电感LF4连接到滤波电容CF4的负极,其阴极连接滤波电容CF4的正极;隔直电容CB4的两端分别连接主开关管Q4的低电位端、滤波电容CF4的正极;输出电压V04自滤波电容CF4的正极、负极两端引出;
[0031]所述辅助电路包括辅助电
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