一种零电流开关的全桥dc-dc变换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电器元件技术领域，更具体地，涉及一种新型零电流开关的全桥DC-DC变换器。
【背景技术】
[0002]DC-DC变换器是电力电子技术领域中的一个重要研宄方向，其主要工作原理是通过电路中的晶体管周期性的开关动作，完成对一个直流电压的升降压变换。这种电路被广泛应用于光伏系统，风力发电，航电系统，以及电机拖动等领域中。近年来，随着新能源技术的快速发展，DC-DC变换器作为其中重要的一环，自然也成为了研宄热点。在DC-DC变换器的研宄过程中，一项用于衡量变换器性能优劣的重要指标是它的能量转换效率，即电能在变换器中的损耗大小。
[0003]对于工业上常用的全桥型DC-DC变换器而言，其电能损耗主要包括两大类:一类是电流流经各元器件时产生的传导损耗，另一类是由于变换器中的晶体管在打开和关断的一瞬间所产生的开关损耗。对于传导损耗的抑制，工业上多采用电气特性更好的分立元器件搭建电路，但这会带来制造成本的大幅上升。而对于开关损耗的抑制，
[0004]目前工业上多采用基于LLC谐振的电路拓扑结构来实现，这类技术统称为软开关技术。其基本原理又包括两大类:一类是在晶体管打开的瞬间保持其两端的电压为零的方法，简称零电压开关(ZVS)，另一类是在晶体管关断的瞬间保持其中电流为零的方法，简称零电流开关(ZCS)。其中零电压开关技术主要应用于低输入电压(小于1KV)的DC-DC变换器，原因是这类变换器中使用的开关晶体管多为金属-氧化物半导体场效应管(M0SFET)，而MOSFET的开关损耗主要是由于其较大的寄生电容造成的，因此零电压开关能够较好的改善其工作性能。
[0005]这类DC-DC变换器已经十分普遍，许多公开发表的研宄成果也都是基于零电压开关技术所做的创新，其中最常见的电路之一是移相全桥电路。但是当输入电压超过IKV时，由于通常硅材料的MOSFET耐压值较低，工业上多采用耐压值较高但工作频率偏低的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)来制作变换器。导致IGBT开关损耗的主要因素是其在关断的时刻会有一个较大的反冲电流，学术上称作尾电流。因此零电流开关技术对于这类变换器的性能改善有更好的效果。但目前该领域的大部分研宄主要集中在升压变换器中，很少有基于降压变换器的创新。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种零电流开关的全桥DC-DC变换器，将零电流开关技术应用于降压型全桥DC-DC变换器，提高该类变换器的工作效率。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下:
[0008]一种零电流开关的全桥DC-DC变换器，包括前端DC-AC转换的模块、由四个二极管/?-?组成的后端全波整流桥、连接前端和后端的高频变压器、输出滤波电感、输出滤波电容和跨接在高频变压器次级线圈两端的辅助支路；
[0009]其中所述前端DC-AC转换的模块包括4个IGBT管S1S4,4个二极管D1-D4,依次连接的IGBT管《、二极管D1、IGBT管各及二极管仏为串联连接，依次连接的IGBT管S2'二极管D2、IGBT管&及二极管仏为串联连接；
[0010]IGBT管Sn二极管久与IGBT管S3'二极管仏之间接高频变压器的初级线圈的一端，IGBT管^、二极管D2与IGBT管5；、二极管仏之间接高频变压器的初级线圈的另一端；
[0011]所述辅助支路由晶体管Sal、谐振电容Cia成的；依次连接的晶体管&、谐振电容C>P晶体管为串联连接；
[0012]高频变压器次级线圈的一端接在串联的二极管?Α、尽之间，另一端接在串联的二极管db、尽之间。
[0013]本实用新型将零电流开关技术应用于降压型全桥DC-DC变换器，提高了该类变换器的工作效率。
[0014]进一步的，所述二极管久为肖特二极管。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:
[0016]该电路适用于输入电压较大，采用IGBT作为开关晶体管的DC-DC变换器。与现有的同类型变换器相比，其主要优点如下:
[0017]1.实现了电路中全部晶体管的零电流关断，大幅度减小了晶体管的开关损耗，提高了 DC-DC变换器在工作过程中的转换效率。2.运用谐振电容变压器的漏感Z7i所造成的占空比丢失进行了补偿，提高了电路的电压增益。3.优化了电路的拓扑结构，在相同的元器件特性的情况下，该变换器能够以更少的元器件数量，更小的体积来承受更大的输入电压。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型电路总体结构。
[0019]图2为本实用新型电路工作状态I的示意图。
[0020]图3为本实用新型电路工作状态2的示意图。
[0021]图4为本实用新型电路工作状态3的示意图。
[0022]图5为本实用新型电路工作状态4的示意图。
[0023]图6为本实用新型电路工作状态5的示意图。
[0024]图7为本实用新型电路工作状态6的示意图。
[0025]图8为电路各部分的工作波形图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
[0027]如图1，一种零电流开关的全桥DC-DC变换器，包括前端DC-AC转换的模块、由四个二极管私组成的后端全波整流桥、连接前端和后端的高频变压器、输出滤波电感、输出滤波电容和跨接在高频变压器次级线圈两端的辅助支路；
[0028]其中所述前端DC-AC转换的模块包括4个IGBT管S1-S4,4个肖特基二极管D1-D4,依次连接的IGBT管S1'肖特基二极管D1' IGBT管各及肖特基二极管仏为串联连接，依次连接的IGBT管S2、肖特基二极管D2、IGBT管5；及肖特基二极管仏为串联连接；
[0029]IGBT管S1'肖特基二极管久与IGBT管S3、肖特基二极管仏之间接高频变压器的初级线圈的一端，IGBT管S2、肖特基二极管尽与IGBT管S4、肖特基二极管仏之间接高频变压器的初级线圈的另一端；
[0030]所述辅助支路由晶体管Sal、、谐振电容Cia成的；依次连接的晶体管&、谐振电容C>P晶体管为串联连接；
[0031]高频变压器次级线圈的一端接在串联的二极管?Α、尽之间，另一端接在串联的二极管db、尽之间。
[0032]基本工作原理描述:
[0033]该电路的基本工作原理可以概括为12个工作阶段，由于前6个工作阶段与后6个工作阶段是相互对称的关系，这里只描述前6个工作状态。
[0034]状态1:状态I是一个新的工作周期的开始，在此时打开晶体管S1, SM Sa2,变压器初级线圈中开始有电流流过，由于变压器漏感4,的存在，该电流增长为一个线性过程。由于输出滤波电感勺取值足够大，输出端可以等效为一个电流源。其工作状态如图2所示。
[0035]状态2:当初级线圈中的电流增长到1ut //?时，能量开始传输到后端，并且同时为谐振电容G充能。其工作状态如图3所示。
[0036]状态3:由于5；,保持着关断状态，电容G在充电完成后无法放电，通过计算可以得到其电压此时被钳位于此时关断由于在5^关断瞬间始终没有电流流过，Sa2的关断可以视为零电流关断。此时全部的输入能量被传输到输出端。其工作状态如图4所不O
[0037]状态4:当晶体管即将被关断时，先将5；,打开，令谐振电容G开始放电，由于变压器漏感的作用，电容G的放电电流会有一个正弦式的增长过程。当其中的电流值等于输出电流/_时，输出端的全部电能暂时全部由谐振电容G提供，&和&中已没有电流流过。此时关断&和5；，由于其关断瞬间的电流值始终为零，不会产生开关损耗。因此该变换器实现了晶体管&和5；的零电流开关，其工作效率可以显著提升。其工作状态如图5所不O
[0038]状态5:在&和5；关断之后，由于输出滤波电感4的作用，谐振电容?继续以恒定的输出电流继续放电。其工作状态如图6所示。
[0039]状态6:当谐振电容G中的能量全部放出之后，没有能量被传送输出端，整个输出端进入自由放电阶段。该状态直到持续到下一个周期忘和&被打开为止。其工作状态如图7所示。
[0040]显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种零电流开关的全桥DC-DC变换器，其特征在于，包括前端DC-AC转换的模块、由四个二极管私组成的后端全波整流桥、连接前端和后端的高频变压器、输出滤波电感、输出滤波电容和跨接在高频变压器次级线圈两端的辅助支路； 其中所述前端DC-AC转换的模块包括4个IGBT管S1-S4,4个二极管D1-D4,依次连接的IGBT管5；、二极管D1' IGBT管各及二极管仏为串联连接，依次连接的IGBT管忘、二极管D2、IGBT管5；及二极管仏为串联连接； IGBT管5；、二极管久与IGBT管各、二极管仏之间接高频变压器的初级线圈的一端，IGBT管^、二极管D2与IGBT管5；、二极管仏之间接高频变压器的初级线圈的另一端； 所述辅助支路由晶体管Sal、、谐振电容C1组成的；依次连接的晶体管&、谐振电容C>P晶体管为串联连接； 高频变压器次级线圈的一端接在串联的二极管私、尽之间，另一端接在串联的二极管処、狀间。2.根据权利要求1所述的零电流开关的全桥DC-DC变换器，其特征在于，所述二极管D1-D4^h肖特二极管。
【专利摘要】本实用新型公开一种零电流开关的全桥DC-DC变换器，包含有一个由IGBT管S1-S4，肖特基二极管D1-D4构成的前端DC-AC转换的模块，一个后端全波整流桥DA-DD，一个连接前端和后端的高频变压器，一个较大的输出滤波电感和一个输出滤波电容，以及一个由两个晶体管，一个谐振电容组成的辅助支路跨接在变压器次级线圈两端。本变换器实现了电路中全部晶体管的零电流关断，大幅度减小了晶体管的开关损耗，提高了DC-DC变换器在工作过程中的转换效率。运用谐振电容Cr对变压器的漏感Llk所造成的占空比丢失进行了补偿，提高了电路的电压增益。优化了电路的拓扑结构，在相同的元器件特性的情况下，该变换器能够以更少的元器件数量，更小的体积来承受更大的输入电压。
【IPC分类】H02M3/335, H02M3/28
【公开号】CN204696920
【申请号】CN201520408763
【发明人】殷志健
【申请人】中山大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月12日