CN103618459A - 变压器原边串联、副边输出并联正反激倍压整流变换器 - Google Patents

Abstract

一种变压器原边串联、副边输出并联正反激倍压整流变换器包括原边输入电路、副边正激整流电路、副边反激整流电路和滤波电路。变换器副边正激整流电路和反激整流电路交替向负载提供能量，副边输出并联使得输出电流增大一倍，同时纹波减小；原边有源箝位电路实现开关管零电压开通，副边漏感与电容谐振创造二极管零电流关断条件，提升了效率；整个电路使用有源功率器件较少，结构简单，开销小；控制方案简单，易于实现。

Description

变压器原边串联、副边输出并联正反激倍压整流变换器

一、技术领域

本发明涉及一种软开关直直变换器，通过变压器原边串联、副边输出并联的正反激倍压整流电路，可以实现副边正激整流电路和反激整流电路交替向负载提供能量，属于电能变换装置中的直直变换器。

二、背景技术

随着电力电子技术的发展，直直变换器得到了广泛的研究和应用，而高可靠性、高功率密度、小体积一直是变换器发展的目标。相对于传统的单变压器倍压整流电路，两变压器副边输出并联正反激倍压整流电路可以使得输出电流增大一倍、纹波减小，同时保留原边开关管、副边二极管软开关的特点，实现整机体积小、重量轻、变换效率高等优点。

三、发明内容

1、发明目的：本发明目的是提供一种可以实现较大功率、高效率、低纹波的直直变换器。

2、技术方案：为了解决上述技术问题，本发明的变压器原边串联、副边输出并联正反激倍压整流变换器包括原边输入电路1、副边正激整流电路2、副边反激整流电路3和滤波电路4。原边输入电路1包括第一开关管S₁、第二功率开关管S₂、第一变压器T₁原边绕组P₁、第二变压器T₂原边绕组P₂及第一电容C₁；副边正激整流电路2包括第一变压器T₁副边绕组N₁、第一变压器T₁漏感L₁、第二电容C₂、第一二极管D₁和第二二极管D₂；副边反激整流电路3包括第二变压器T₂副边绕组N₂、第二变压器T₂漏感L₂、第三电容C₃、第三二极管D₃和第四二极管D₄；滤波电路4包括第四电容C₄。本发明的原边串联、副边输出并联的正反激倍压整流变换器特征在于，第一变压器T₁原边绕组P₁的同名端及第一电容C₁的一端与外接电源E的正极连接；第一变压器T₁原边绕组P₁的非同名端与第二变压器T₂原边绕组P₂的同名端连接；第一电容C₁的另一端与第一开关管S₁的漏极相连；第一开关管S₁的源极及第二变压器T₂原边绕组P₂的非同名端与第二开关管S₂的漏极连接；第二开关管S₂的源极与外接电源E的负极连接。第一变压器T₁副边绕组N₁的同名端与第一变压器T₁漏感L₁一端相连；第一变压器T₁漏感L₁另一端与第二电容C₂的一端相连；第二电容C₂的另一端、第三电容C₃的一端、第一二极管D₁的阴极、第三二极管D₃的阴极、第四电容C₄的一端与外接负载R的一端连接；第一变压器T₁副边绕组N₁的非同名端及第一二极管D₁的阳极与第二二极管D₂的阴极相连；第二二极管D₂的阳极、第四二极管D₄的阳极、第四电容C₄的另一端与外接负载R的另一端连接；第二变压器T₂副边绕组N₂的非同名端与第二变压器T₂漏感L₂一端相连；第二变压器T₂漏感L₂另一端与第三电容C₃的另一端相连；第二变压器T₂副边绕组N₂的同名端及第三二极管D₃的阳极与第四二极管D₄的阴极相连。

3、有益效果：本发明的变压器原边串联、副边输出并联正反激倍压整流变换器，具有如下优点：(1)副边正激整流电路和反激整流电路交替向负载提供能量，输出电流增大一倍，电流纹波减小；(2)实现高频电气隔离；(3)原边有源箝位电路实现开关管零电压开通，副边倍压整流实现二极管零电流关断，提升了效率；(4)整个电路使用有源功率器件较少，结构简单，开销小；(5)控制方案简单，易于实现。

四、附图说明

图1是本发明的变压器原边串联、副边输出并联正反激倍压整流变换器的电路结构示意图，标号名称：1.原边输入电路；2.副边正激整流电路；3.副边反激整流电路；4.滤波电路。

图2是本发明变压器原边串联、副边输出并联正反激倍压整流变换器电路各开关模态示意图；

图中的主要符号名称：S₁、S₂——第一、第二开关管；C₁～C₄——第一～第四电容；T₁、T₂——第一、第二变压器；P₁、P₂——第一、第二变压器原边绕组；N₁、N₂——第一、第二变压器副边绕组；L₁、L₂——第一、第二变压器漏感；E——外接电源；D₁～D₄——第一～第四二极管；R——外接负载；

五、具体实施方式

如图1所示，本实例的变压器原边串联、副边输出并联的正反激倍压整流变换器特征在于，第一变压器T₁原边绕组P₁的同名端及第一电容C₁的一端与外接电源E的正极连接；第一变压器T₁原边绕组P₁的非同名端与第二变压器T₂原边绕组P₂的同名端连接；第一电容C₁的另一端与第一开关管S₁的漏极相连；第一开关管S₁的源极及第二变压器T₂原边绕组P₂的非同名端与第二开关管S₂的漏极连接；第二开关管S₂的源极与外接电源E的负极连接。第一变压器T₁副边绕组N₁的同名端与第一变压器T₁漏感L₁一端相连；第一变压器T₁漏感L₁另一端与第二电容C₂的一端相连；第二电容C₂的另一端、第三电容C₃的一端、第一二极管D₁的阴极、第三二极管D₃的阴极、第四电容C₄的一端与外接负载R的一端连接；第一变压器T₁副边绕组N₁的非同名端及第一二极管D₁的阳极与第二二极管D₂的阴极相连；第二二极管D₂的阳极、第四二极管D₄的阳极、第四电容C₄的另一端与外接负载R的另一端连接；第二变压器T₂副边绕组N₂的非同名端与第二变压器T₂漏感L₂一端相连；第二变压器T₂漏感L₂另一端与第三电容C₃的另一端相连；第二变压器T₂副边绕组N₂的同名端及第三二极管D₃的阳极与第四二极管D₄的阴极相连。

变压器原边串联、副边输出并联的思路，进一步提高功率容量，改善电流纹波、应力等特性。同时保留变压器漏感和副边电容谐振，为副边二极管的软开关创造了条件，进而减小损耗。

下面以附图1为主电路结构，结合附图2来叙述本发明的变压器原边串联、副边输出并联正反激倍压整流变换器的具体工作原理和工作模态。记外界电源E的电压幅值为U_d；第一电容C₁的电压为U_C1；第一、二变压器T₁、T₂原边电流为i₁。

工作模态I：如图2(a)所示，第二开关管S₂导通，外界电源E电压U_d加在第一、二变压器原边绕组P₁、P₂上，第一、二变压器T₁、T₂原边电流i₁线性上升，开始向副边传递能量；此时第一二极管D₁反向截止，第一变压器副边绕组N₁及第二电容C₂经第二二极管D₂支路向第四电容C₄及负载R提供能量；同时第四二极管D₄反向截止，第二变压器副边绕组N₂经第三二极管D₃向第三电容C₃充电，部分能量转移至第三电容C₃。此阶段，第一变压器T₁漏感L₁与第二电容C₂发生谐振，第二变压器T₂漏感L₂与第三电容C₃发生谐振，为第二二极管D₂、第三二极管D₃创造了零电流关断条件。该谐振电流折合至原边，与原边励磁电流共同组成变压器原边电流i₁。

工作模态II：如图2(b)所示，第二开关管S₂正常导通，此时第一、二变压器漏感L₁、L₂与第二、三电容C₂、C₃谐振过程完成，第二、三二极管D₂、D₃自然截止，实现零电流关断。负载由第四电容C₄维持供电。原边电流i₁仅含有励磁电流部分，继续增长至第二开关管S₂关断。

工作模态III：如图2(c)所示，第一开关管S₁导通，第一电容C₁的电压为U_C1加在第一、二变压器原边绕组P₁、P₂上，第一、二变压器T₁、T₂原边电流i₁反向线性增加，开始向副边传递能量；此时第三二极管D₃反向截止，第二变压器副边绕组N₂及第二电容C₃经第四二极管D₄支路向第四电容C₄及负载R提供能量；同时第二二极管D₂反向截止，第一变压器副边绕组N₁经第一二极管D₁向第二电容C₂充电，部分能量转移至第二电容C₂。此阶段，第一变压器T₁漏感L₁与第二电容C₂发生谐振，第二变压器T₂漏感L₂与第三电容C₃发生谐振，为第一二极管D₁、第四二极管D₄创造了零电流关断条件。该谐振电流折合至原边，与原边励磁电流共同组成变压器原边电流i₁。

工作模态IV：如图2(d)所示，第一开关管S₁正常导通，此时第一、二变压器漏感L₁、L₂与第二、三电容C₂、C₃谐振过程完成，第一、四二极管D₁、D₄自然截止，实现零电流关断。负载由第四电容C₄维持供电。原边电流i₁仅含有励磁电流部分，继续反向增长至第一开关管S₁关断。

由以上描述可知，本发明的变压器原边串联、副边输出并联正反激倍压整流变换器，具有如下优点：

1、副边正激整流电路和反激整流电路交替向负载提供能量，输出电流增大一倍，电流纹波减小；

2、实现高频电气隔离；

3、原边有源箝位电路实现开关管零电压开通，副边倍压整流实现二极管零电流关断，提升了效率；

4、整个电路使用有源功率器件较少，结构简单，开销小；

5、控制方案简单，易于实现。

Claims (1)

1.一种变压器原边串联、副边输出并联正反激倍压整流变换器包括原边输入电路(1)、副边正激整流电路(2)、副边反激整流电路(3)和滤波电路(4)。原边输入电路(1)包括第一开关管(S₁)、第二功率开关管(S₂)、第一变压器(T₁)原边绕组(P₁)、第二变压器(T₂)原边绕组(P₂)及第一电容(C₁)；副边正激整流电路(2)包括第一变压器(T₁)副边绕组(N₁)、第一变压器(T₁)漏感(L₁)、第二电容(C₂)、第一二极管(D₁)和第二二极管(D₂)；副边反激整流电路(3)包括第二变压器(T₂)副边绕组(N₂)、第二变压器(T₂)漏感(L₂)、第三电容(C₃)、第三二极管(D₃)和第四二极管(D₄)；滤波电路(4)包括第四电容(C₄)。本发明的原边串联、副边输出并联的正反激倍压整流变换器特征在于，第一变压器(T₁)原边绕组(P₁)的同名端及第一电容(C₁)的一端与外接电源(E)的正极连接；第一变压器(T₁)原边绕组(P₁)的非同名端与第二变压器(T₂)原边绕组(P₂)的同名端连接；第一电容(C₁)的另一端与第一开关管(S₁)的漏极相连；第一开关管(S₁)的源极及第二变压器(T₂)原边绕组(P₂)的非同名端与第二开关管(S₂)的漏极连接；第二开关管(S₂)的源极与外接电源(E)的负极连接。第一变压器(T₁)副边绕组(N₁)的同名端与第一变压器(T₁)漏感(L₁)一端相连；第一变压器(T₁)漏感(L₁)另一端与第二电容(C₂)的一端相连；第二电容(C₂)的另一端、第三电容(C₃)的一端、第一二极管(D₁)的阴极、第三二极管(D₃)的阴极、第四电容(C₄)的一端与外接负载(R)的一端连接；第一变压器(T₁)副边绕组(N₁)的非同名端及第一二极管(D₁)的阳极与第二二极管(D₂)的阴极相连；第二二极管(D₂)的阳极、第四二极管(D₄)的阳极、第四电容(C₄)的另一端与外接负载(R)的另一端连接；第二变压器(T₂)副边绕组(N₂)的非同名端与第二变压器(T₂)漏感(L₂)一端相连；第二变压器(T₂)漏感(L₂)另一端与第三电容(C₃)的另一端相连；第二变压器(T₂)副边绕组(N₂)的同名端及第三二极管(D₃)的阳极与第四二极管(D₄)的阴极相连。

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