一种宽负载范围模式切换直流变换器

本技术属于开关电源，特别是涉及一种宽负载范围模式切换直流变换器。

背景技术：

1、目前，随着新能源电力行业的兴盛发展，电力电子的规模不断扩大，直流变换器的应用越来越广泛，对变换器的性能提出了更高的要求，如何在较宽的工作范围内保持其性能成为行业的一大挑战；经典的三电平直流变换器整体增益范围受到负载及副边占空比丢失的限制，导致经典的三电平直流变换器的增益范围窄，并且功耗比较大，不利于电源性能的提升。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种宽负载范围模式切换直流变换器，以克服传统三电平直流变换器zvzcs范围窄，功耗高的问题。

2、一种宽负载范围模式切换直流变换器，包括零电压三电平电路、变压器t1和整流电路；零电压三电平电路包括开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4、辅助开关管qa1、辅助开关管qa2、输入电容cin1、输入电容cin2、谐振电感lik、励磁电感lm、继电器开关k1、隔直电容cbl；整流电路包括副边整流二极管do1、副边整流二极管do2、副边整流二极管do3、副边整流二极管do4、输出滤波电感lo、开关管qa3和输出电容co；

3、开关管q1的漏极连接输入电容cin1的一端和电源vin的的正极，开关管q1的源极连接开关管q2的漏极和谐振电感lik的一端，谐振电感lik的另一端连接隔直电容cbl的一端，开关管q2的源极连接辅助开关管qa2的漏极和开关管q3的漏极，辅助开关管qa2的源极连接辅助开关管qa1的源极，辅助开关管qa1的漏极连接输入电容cin1的另一端和输入电容cin2的一端，输入电容cin2的另一端连接电源vin的负极和开关管q4的源极，开关管q4的漏极连接开关管q3的源极、励磁电感lm的一端和变压器t1原边绕组一端，励磁电感lm的另一端连接继电器开关k1的一端，继电器开关k1的另一端连接隔直电容cbl的另一端和变压器t1原边绕组另一端；

4、变压器t1副边绕组一端连接副边整流二极管do1的正极和副边整流二极管do2的负极，副边整流二极管do1的负极连接副边整流二极管do3的负极、输出滤波电感lo的一端、开关管qa3的漏极，副边整流二极管do3的正极连接副边整流二极管do4的负极，副边整流二极管do4的正极连接副边整流二极管do2的正极、输出电容co的一端，输出电容co的另一端连接开关管qa3的源极，输出电容co的两端连接负载r0。

5、优选的，继电器开关k1采用高速继电器。

6、优选的，继电器开关k1包括两个反串联的mosfets。

7、优选的，辅助开关管qa2和辅助开关管qa1分别并联一个二极管。

8、优选的，辅助开关管qa1的源极连接二极管da1的正极，辅助开关管qa1的漏极连接二极管da1的负极。

9、优选的，辅助开关管qa2的源极连接二极管da2的正极，辅助开关管qa2的漏极连接二极管da2的负极。

10、优选的，开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4均分别并联一个电容和二极管。

11、优选的，开关管q1的源极和漏极之间并联二极管d1和电容c1，二极管d1的正极连接开关管q1的源极，二极管d1的负极开关管q1的漏极。

12、优选的，开关管q2的源极和漏极之间并联二极管d2和电容c2，二极管d2的正极连接开关管q2的源极，二极管d2的负极开关管q2的漏极。

13、优选的，开关管q3的源极和漏极之间并联二极管d3和电容c3，二极管d3的正极连接开关管q3的源极，二极管d3的负极开关管q3的漏极；开关管q4的源极和漏极之间并联二极管d4和电容c4，二极管d4的正极连接开关管q4的源极，二极管d4的负极开关管q4的漏极。

14、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

15、本实用新型一种宽负载范围模式切换直流变换器，包括零电压三电平电路、变压器t1和整流电路；通过在变压器原边上增加了继电器开关k1和在副边增加一个开关管qa3，形成了一种新型组合式tldc变换器，使得变换器具有了两种工作模式，根据闭环反馈的的控制变量自动切换工作模式，可以在较宽的输入电压范围内实现zvzcs，扩大了增益范围，降低了一次器件的导通损耗。本申请提供的变换器可根据效率的最优范围进行模式的切换，即是否开通辅助开关管qa3和继电器开关k1；由于两种工作模式的切换频率不高，所以增加的开关损耗可以忽略不计。通过在零电压三电平电路上增加了辅助开关管qa1和辅助开关管qa2，可以在变换器换向时将原边电流钳位在零状态，可实现原边开关器件的零电流关断。降低了原边电路器件的电流应力。

16、优选的，在零电压三电平电路上增加了不同开关管的组合，构成了具有不用增益的两种工作模式，扩展了负载的范围，提高了变换器整体的效率，可广泛应用于直流变换器。

技术特征：

1.一种宽负载范围模式切换直流变换器，其特征在于，包括零电压三电平电路、变压器t1和整流电路；零电压三电平电路包括开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4、辅助开关管qa1、辅助开关管qa2、输入电容cin1、输入电容cin2、谐振电感lik、励磁电感lm、继电器开关k1、隔直电容cbl；整流电路包括副边整流二极管do1、副边整流二极管do2、副边整流二极管do3、副边整流二极管do4、输出滤波电感lo、开关管qa3和输出电容co；

2.根据权利要求1所述的一种宽负载范围模式切换直流变换器，其特征在于，继电器开关k1采用高速继电器。

3.根据权利要求1所述的一种宽负载范围模式切换直流变换器，其特征在于，继电器开关k1包括两个反串联的mosfets。

4.根据权利要求1所述的一种宽负载范围模式切换直流变换器，其特征在于，辅助开关管qa2和辅助开关管qa1分别并联一个二极管。

5.根据权利要求4所述的一种宽负载范围模式切换直流变换器，其特征在于，辅助开关管qa1的源极连接二极管da1的正极，辅助开关管qa1的漏极连接二极管da1的负极。

6.根据权利要求4所述的一种宽负载范围模式切换直流变换器，其特征在于，辅助开关管qa2的源极连接二极管da2的正极，辅助开关管qa2的漏极连接二极管da2的负极。

7.根据权利要求1所述的一种宽负载范围模式切换直流变换器，其特征在于，开关管q1、开关管q2、开关管q3、开关管q4均分别并联一个电容和二极管。

8.根据权利要求7所述的一种宽负载范围模式切换直流变换器，其特征在于，开关管q1的源极和漏极之间并联二极管d1和电容c1，二极管d1的正极连接开关管q1的源极，二极管d1的负极开关管q1的漏极。

9.根据权利要求7所述的一种宽负载范围模式切换直流变换器，其特征在于，开关管q2的源极和漏极之间并联二极管d2和电容c2，二极管d2的正极连接开关管q2的源极，二极管d2的负极开关管q2的漏极。

10.根据权利要求7所述的一种宽负载范围模式切换直流变换器，其特征在于，开关管q3的源极和漏极之间并联二极管d3和电容c3，二极管d3的正极连接开关管q3的源极，二极管d3的负极开关管q3的漏极；开关管q4的源极和漏极之间并联二极管d4和电容c4，二极管d4的正极连接开关管q4的源极，二极管d4的负极开关管q4的漏极。

技术总结
本技术公开了一种宽负载范围模式切换直流变换器，通过在变压器原边上增加了继电器开关K<subgt;1</subgt;和在副边增加一个开关管Q<subgt;a3</subgt;，使得变换器具有了两种工作模式，根据闭环反馈的的控制变量自动切换工作模式，可以在较宽的输入电压范围内实现ZVZCS，扩大了增益范围，降低了一次器件的导通损耗。本申请提供的变换器可根据效率的最优范围进行模式的切换，即是否开通辅助开关管Q<subgt;a3</subgt;和继电器开关K<subgt;1</subgt;；由于两种工作模式的切换频率不高，所以增加的开关损耗可以忽略不计。通过在零电压三电平电路上增加了辅助开关管Q<subgt;a1</subgt;和辅助开关管Q<subgt;a2</subgt;，可以在变换器换向时将原边电流钳位在零状态，可实现原边开关器件的零电流关断。降低了原边电路器件的电流应力。

技术研发人员：石勇,王晓馨,王宇婷,封泽龙,徐可心,张千和
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：20230718
技术公布日：2024/1/15