一种直流变换器电路的制作方法

本发明属于电力电子变换器技术领域，尤其涉及一种对开舱门设计方法。

背景技术：

直流-直流变换器(dc-dc)广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。但是目前在高电压大功率的变换场合中，传统的两电平直流变换器开关管的电压应力很高，这就使得开关管的选择变得很困难。对于多电平直流变换器的研究较少，目前所研究的隔离式三电平直流变换器结构只是减少了开关管电压应力，而变压器副边没有真正实现三电平，且电路结构局限于过多的二极管和开关管组成的桥式三电平电路结构，这种电路包含器件较多、结构复杂，且存在桥壁直通现象，大大降低了系统稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种直流变换器电路，用于解决上述问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种直流变换器电路，其包括输入直流电源ui、直流变换单元以及输出直流电源uo，直流变换单元两端分别连接直流电源ui和输出直流电源uo，输入直流电源ui经过直流变换单元两端间交替输出电压相位均相同但幅值不同的两种电平，所述两种电平经输出滤波后即得到稳定可调的三种电平的输出直流电源uo。

进一步的，所述直流变换单元包括储能电感l1、第一隔直电容ct1、第二隔直电容ct2及变压器t、第一输出滤波电容cf1、第二输出滤波电容cf2，第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、第一输出二极管d1、第二输出二极管d2，其中

储能电感l1的正端连接直流电源ui的正端，储能电感l1的负端连接第一功率开关管s1的漏极，同时连接第一隔直电容ct1的一端，第一隔直电容ct1的另一端连接变压器t原边第一绕组的同名端；第一功率开关管s1的源极连接第二功率开关管s2的漏极，同时连接变压器t原边第二绕组的同名端；第二功率开关管s2的源极连接直流电源ui的负端，同时连接第二隔直电容ct2的一端；第二隔直电容ct2的另一端连接变压器t原边第二绕组的异名端；第一输出二极管d1的正极连接变压器t副边第一绕组的同名端、副边第二绕组的异名端连接第一输出滤波电容cf1的一端，同时连接输出直流电源uo的正端；第一输出滤波电容cf1的另一端连接变压器t副边第二绕组的同名端，同时连接第二输出滤波电容cf2的一端；第二输出滤波电容cf2的另一端连接第二输出二极管d2的正极，同时连接输出直流电源uo的负端；第二输出二极管d2的负极连接变压器t副边第二绕组的异名端。

进一步的，第一功率开关管s1、第二功率开关管s2参数相同，第一隔直电容ct1、第二隔直电容ct2参数相同，第一输出二极管d1、第二输出二极管d2相同，第一输出滤波电容cf1、第二输出滤波电容cf2相同。

进一步的，当第一功率开关管s1、第二功率开关管s2的占空比小于0.5时，用于输出第一电平和第二电平；当第一功率开关管s1、第二功率开关管s2的占空比大于0.5时，用于输出第一电平和第三电平。

进一步的，占空比小于或大于0.5时，第一电平状态为原边电流通过储能电感l1、第一功率开关管s1、原边第二绕组及第二隔直电容ct2，或电流通过储能电感l1、第一功率开关管s2、原边第一绕组及第一隔直电容ct1。

进一步的，占空比小于0.5时，第二电平状态为原边电流通过储能电感l1、第一隔直电容ct1、第二隔直电容ct2。

进一步的，占空比大于0.5时，第三电平状态为原边电流通过储能电感l1、第一功率开关管s1、第二功率开关管s2。

本发明提出的直流变换器电路，其具有高频电气隔离、输出电压幅值可调、开关管电压应力低、变压器副边三电平等优点。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明一实施例的直流变换器电路图。

图2为本发明一实施例的占空比小于0.5时的工作模态图。

图3为本发明一实施例的占空比大于0.5时的工作模态图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

在本发明的目的是提出一种直流变换器电路，直流变换器电路是基于推挽全波式三电平直流变换单元，其包括输入直流电源ui、直流变换单元以及输出直流电源uo。输入直流电源ui经过推挽全波式三电平直流变换单元两端间交替输出电压相位均相同但幅值不同的两种电平，这两种电平经输出滤波后即得到稳定可调的输出直流电源uo。

结合附图1，本发明的直流变换器电路由输入直流电源ui、直流变换单元以及输出直流电源uo，变压器t副边2、4两端可输出三种电平，经变换可得到稳定可调的输出直流电压uo。

直流变换单元由储能电感l1、第一隔直电容ct1、第二隔直电容ct2、推挽全波式变压器t，变压器t包括四个绕组(图中1、2、5、6为同名端，即电压相同)，1端与3端间为原边绕组上下两端、2端与4端为副边绕组上下两端，5端为原边绕组一侧的中心抽头，6端为副边绕组一侧的中心抽头，以及还有第一输出滤波电容cf1、第二输出滤波电容cf2、第一功率开关管s1、第二功率开关管s2、第一输出二极管d1、第二输出二极管d2。

储能电感l1的“+”端连接输入直流电源ui的“+”端，储能电感l1的“-”端连接第一功率开关管s1的d端，同时连接第一隔直电容ct1的一端，第一隔直电容ct1的另一端连接变压器t的1端；第一功率开关管s1的s端连接第二功率开关管s2的d端，同时连接变压器t的5端；第二功率开关管s2的s端连接输入直流电源ui的“-”端，同时连接第二隔直电容ct2的一端；第二隔直电容ct2的另一端连接变压器t的3端；第一输出二极管d1的a端连接变压器t的2端、k端连接第一输出滤波电容cf1的一端，同时连接输出直流电源uo的“+”端；第一输出滤波电容cf1的另一端连接变压器t的6端，同时连接第二输出滤波电容cf2的一端；第二输出滤波电容cf2的另一端连接第二输出二极管d2的a端，同时连接输出直流电源uo的“-”端；第二输出二极管d2的k端连接变压器t的4端。

本发明的直流变换器电路的工作模态分为占空比d>0.5和d<0.5两种情况。

d<0.5的工作模态，如图2所示：

工作模态1：第一功率开关管s1、第二输出二极管d2导通，第二功率开关管s2、第一输出二极管d1关断。这段时间里，储能电感l1储能，电流经l1、第一功率开关管s1、变压器t给第二隔直电容ct2充电，第一隔直电容ct1通过第一功率开关管s1、变压器t放电，变压器副边感应的电压给第二输出滤波电容cf2充电，同时给负载供电。这时变压器t副边2、4两端间产生第一电平(u0n-ui)/2n。

工作模态2：第一功率开关管s1、第二功率开关管s2关断，第一输出二极管d1、第二输出二极管d2导通。这段时间里，储能电感l1中的电流下降，给第一隔直电容ct1和第二隔直电容ct2充电，变压器t副边感应的能量通过负载释放。这时变压器t副边2、4两端间产生第二电平u0。

工作模态3：第二功率开关管s2、第一输出二极管d1导通，第一功率开关管s1、第二输出二极管d2关段。这段时间里，储能电感l1储能，电流经储能电感l1、第一功率开关管s2、变压器t给第一隔直电容ct1充电，第二隔直电容ct2通过第二功率开关管s2、变压器t放电，变压器副边感应的电压给第一输出滤波电容cf1充电，同时给负载供电。这时变压器t副边2、4两端间产生第一电平(u0n-ui)/2n。

工作模态4：此工作模态与工作模态2完全一致。

d>0.5的工作模态，如图3所示：

工作模态1：第一功率开关管s1、第二功率开关管s2导通，第一输出二极管d1、第二输出二极管d2导通。这段时间里，储能电感l1储能，电感电流线性上升；第一隔直电容ct1、第二隔直电容ct2通过变压器t原边放电，第一输出滤波电容cf1、第二输出滤波电容cf2向负载供电。这时，变压器t副边2、4两端间产生第三电平ui/n。

工作模态2：第一功率开关管s1、第二输出二极管d2导通，第二功率开关管s2、第一输出二极管d1关断。这段时间里，储能电感l1储能，电流经储能电感l1、第一功率开关管s1、变压器t给第二隔直电容ct2充电，第一隔直电容ct1通过第一功率开关管s1、变压器t放电，变压器副边感应的电压给第二输出滤波电容cf2充电，同时给负载供电。这时变压器t副边2、4两端间产生第一电平(u0n-ui)/2n。

工作模态3：此工作模态与工作模态1完全一致。

工作模态4：第二功率开关管s2、第一输出二极管d1导通，第一功率开关管s1、第二输出二极管d2关断。这段时间里，储能电感l1储能，电流经储能电感l1、第一功率开关管s2、变压器t给第二隔直电容ct1充电，第二隔直电容ct2通过第二功率开关管s2、变压器t放电，变压器副边感应的电压给第一输出滤波电容cf1充电，同时给负载供电。这时变压器t副边2、4两端间产生第一电平(u0n-ui)/2n。

本发明的直流变换器电路在推挽全波式变压器t副边2、4两端间交替输出两种电平，该电平经输出滤波后即得到稳定可调的直流输出，通过改变电路工作时占空比d的宽度，即可实现输出直流电压幅值的调节。

本发明提出的直流变换器电路，解决以下技术问题：(1)开关管的电压应力降低为两电平时的一半；(2)变压器副边实现三电平；(3)实现高频电气隔离；(4)电路结构不存在桥壁直通问题。

本发明提出的直流变换器电路，其具有高频电气隔离、输出电压幅值可调、开关管电压应力低、变压器副边三电平等优点。

本发明提出的一种推挽全波式三电平直流变换器电路可广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。

以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。