专利名称：交错并联正激三电平变换器的制作方法
技术领域：
本发明的交错并联正激三电平变换器涉及的是电能变换装置，尤其是直流变换器。
背景技术：
现有的直流—直流(DC-DC)变换器中，整流滤波后的输出电压波形一般都为高电平和零电平两电压波形，为了减小直流输出滤波电感的体积和重量，通常采用提高开关频率或多相交错并联(Interleave)技术。然而，就目前的功率半导体发展水平来说，开关频率的提高会给效率的提高带来困难；而采用多相交错并联(Interleave)技术，由于相数过多，使得其控制电路复杂，可靠性降低，成本提高。
发明内容
本发明的目的在于针对目前现有技术的不足，提供一种交错并联(Interleave)正激三电平变换器，使电路本身的结构特点就能在相同的开关频率和相数时，减小输出滤波电感；在动态响应要求很高的直流变换器中，采用交错并联(Interleave)正激三电平变换器还可减小输出滤波电容，从而减小输出滤波器的体积，降低成本，提高可靠性。
本发明的交错并联正激三电平变换器，由直流输入电压连于分压电路后，连于交错并联正激变换电路，其输出再连于整流滤波电路所组成。
本发明与现有技术相比，能在整流后输出三电平电压波形，使得加在输出滤波电感上的电压交流分量，比现有的直流—直流变换器可大大减小，因而滤波电感就可有效地减小；同时，在某些场合下，比如在动态响应要求很高的直流变换器中，还可减小输出滤波电容，从而减小了输出滤波器的体积。降低了成本，提高了可靠性。
图1.交错并联正激三电平变换器的组成框2.交错并联正激三电平变换器原理3.交错并联正激三电平变换器主要波形示意4～7.为交错并联正激三电平变换器各开关模态的等效电路结构示意1中各框图内名称分别是1.直流输入电压2.分压电路3.交错并联正激变换电路4.整流滤波电路图2.中的标号1～4及名称与图1中标号1～4及名称一致。图2.中的符号名称Vin—输入直流电压 C1、C2—分压电路电容Q1～Q4—开关管T1、T2—工作变压器D1～D4—二极管DR1～DR3—整流二极管Lf—滤波电感 Cf—滤波电容Rld—负载 Vo—输出电压IL—电感电流图3.中符号名称t，t1～t10—时间 Ts—周期Io—输出电流 VT1、VT2—工作变压器上的T1、T2原边电压VAB—图2中A、B两点之间的电压 N—工作变压器原副边匝比Vo、Io为输出电压、电流其它符号名称与图1致。图4～7.中的符号名称，见下面具体实施方式
中的相应说明。
具体实施例方式根据上述附图叙述本发明的具体实施方式
及工作原理和工作过程图1是本发明的组成框图，图2是本发明的实施例原理图，由图1与图2可知，本发明的组成是直流输入电压Vin连于由分压电容C1、C2(C1＝C2)组成的分压电路2后，再连于交错并联正激变换电路3，电路3为交错并联正激变换桥，其中由开关管Q1、Q3与工作变压器T1及二极管D1、D3组成交错并联正激变换桥的一路，开关管Q2、Q4与工作变压器T2及二极管D2、D4组成交错并联正激变换桥的另一路，工作变压器T1、T2均由一个复位绕组，一个原边绕组和一个副边绕组组成。交错并联正激变换电路3的输出连于整流滤波电路4，其中由整流二极管DR1、DR2、DR3组成整流电路；由滤波电感Lf与滤波电容Cf组成滤波电路。本发明采用交错并联(Interleave)技术是为了解决分压电容的偏压问题。下面根据图3～7.叙述本发明的具体工作原理和工作过程
整个变换器在一个开关周期中有6种开关模态，如图3所示，下面结合附图4～7.对各开关模态的工作进行具体分析。①开关模态1(对应于
时刻，其等效电路见附图4)此时，Q1和Q3导通。原边电流ip1流经Q1、变压器T1和原边绕组及Q3。整流管DR1导通，DR3截止。T1原边给负载供电，此时加在T1原边的电压为Vin。同时D4导通，T2处于复位状态，副边输出负压，DR2截止。此时vAB＝Vin/N，N为变压器原边与副边的匝比。②开关模态2/3(对应于[t1，t2]，[t2，Ts/2]其等效电路见附图5)在t1时刻关断Q1，D1导通。Ip1流过C2、D1、T1和Q3。在这段时间里，T1原边给负载供电，C2的电压由于放电而减小，C1的电压会有所增加，加在T1原边的电压基本为Vin/2。此时副边仍是DR1导通，DR3截止，DR2仍承受反压而截止。等到t2时刻，D4截止，T2变压器复位结束，此时T2副边输出为0电压，DR2仍截止，具体t2的长短由变压器原边和复位绕组匝比决定，但其不能超过Ts/2。到Ts/2时刻，Q3截止，变压器T1进入复位，T2开始供电，进入下一个开关模态。此时vAB＝Vin/2N。③开关模态4(对应于[Ts/2，t3]，其等效电路见附图6)Q2和Q4开通。原边电流ip2流经Q2、变压器T2原边绕组和Q4。此时加在T2原边绕组的电压为Vin，T2原边给负载供电。同时D3导通，T1处于复位状态。副边DR2导通，DR1和DR3承受反压而截止。此时vAB＝Vin/N。④开关模态5/6(对应于[t3，t4]，[t4，Ts]，其等效电路见附图7)t3时刻，Q4截止，D2导通。原边电流ip2流经C1、Q2、T2原边绕组和D2，此时加在T2原边绕组的电压为Vin/2，T2原边继续给负载供电。副边DR2继续导通，DR1和DR3承受反压而截止。到t4时刻，D3截止，T1复位结束，此时T1副边输出0电压，DR1和DR3仍截止。等到了Ts时刻，Q2也截止，整个工作周期结束。进入下一个循环周期，Q1和Q3开通，T2进入复位状态，T1开始给负载供电。此时vAB＝Vin/2N。
另外需要说明的是，在上述开关模态中DR3似乎并没有什么作用，但在实际工作中考虑到开关之间有死区时间，在这段时间内，DR3可起到续流保护作用。
由上分析可以看出，由于在输出滤波器上的电压波形多出一个Vin/2N，使得电感上的交流电压分量大大减小了，从而实现了减小电感的目的。
本发明的一个具体实施例子如下输入电压36～72V直流电压，输入直流电压为Vo＝0.8V；输出电流为Io＝100A；变换器原、副边匝比为NT1＝24；变压器原、副边匝比为NT2＝1；输出滤波电感为Lf＝100nH；输出滤波电容为Cf＝8600uF；负载电流变化率60～70A/us。
开关管为MOSFETQ1/Q4Si4488EY(100V/7.9A)，Q2/Q3Si4488DY(150V/5A)；输出整流管为同步整流管STV160NF02L(20V/160A)；复位二极管为D3/D4SMBYW200-01(200V/1A)；钳位二极管D1/D2STPR820F(200V/1A)；分压电容C1/C2＝680uF；开关频率为fs＝300KHz。
从以上的描述中可以得知，本发明提出的Interleave正激三电平变换器有以下几项优点①可以在整流后输出三电平电压波形，从而减小输出滤波电感。②在负载动态变化要求很高的变换器中，输出滤波电感的减小还可以减小输出滤波电容，从而使输出滤波器体积大大减小。
权利要求
1.一种交错并联正激三电平变换器，其特征在于直流输入电压(1)连于分压电路(2)后，再连于交错并联正激变换电路(3)，然后再连于整流滤波电路(4)所组成的。
2.依据权利要求1.所述的交错并联正激变换器，其特征在于交错并联正激变换电路为交错并联正激变换桥，由开关管Q1、Q3与工作变压器T1及二极管D1、D3组成交错并联正激变换桥的一路；由开关管Q2、Q4与工作变压器T2及二极管D2、D4组成交错并联正激变换桥的另一路。
3.依据权利要求2.所述的交错并联正激变换器，其特征在于工作变压器由一个复位绕组，一个原边绕组和一个副边绕组所组成。
全文摘要
一种交错并联正激三电平变换器属直流变换器，它由直流输入电压(1)，分压电容(2)，交错并联(Interleave)正激变换电路(3)，整流滤波电路(4)所组成。其特点是能在整流后输出三电平电压波形。该变换器由于加在输出电感上的交流分量比传统直流—直流变换器要小，故可以有效的减小滤波电感，应用于负载动态变化很高的变换器，还可以有效的减小输出滤波电容，从而可以大大减小滤波器的体积。
文档编号H02M3/28GK1396697SQ0213780
公开日2003年2月12日 申请日期2002年6月20日 优先权日2002年6月20日
发明者阮新波 申请人:南京航空航天大学