CN213243819U - 一种高压输入反激变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高压输入反激变换器，包括输入电路，输入电路包括至少两级的均压单元、钳位电路单元和初级开关单元。钳位电路单元中，至少有一级为有源钳位电路，其余各级为无源钳位电路，有源钳位电路包括第一开关管、第一电阻和第一电容，第一电阻的一端和第一电容的一端连接相应级的初级绕组的异名端，第一电阻的另一端和第一电容的另一端连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接相应级的初级绕组的同名端。本实用新型巧妙的通过设置至少一级的有源钳位电路，回收对应级的初级绕组的漏感能量，使有源钳位电路中的电容与对应级的初级绕组产生谐振，使得主功率开关管实现ZVS状态，提高产品效率、可靠性和产品功率密度。

Description

一种高压输入反激变换器

技术领域

本实用新型涉及反激变换器领域，特别涉及一种高压输入反激变换器电路。

背景技术

随着全球能源危机日益严重，对于清洁能源的开发和利用势在必行。因此太阳能发电迅猛发展。在光伏发电及电力传输中，控制***的输入电压非常高，达到几千伏，常规单级电源拓扑因开关管电压应力无法满足设计需求无法适用。因此常采用级联技术进行输入电压扩展。

图1是一种公知的高压输入反激变换器电路结构，该电路结构具有自动均压功能，被《电工技术杂志》2001年第5期的《耐高压重叠式反激DC-DC变换器设计》公开，公知的高压输入反激变换器包括输入电路，输入电路包括均压单元、钳位电路单元和初级开关单元，各单元级数相等且至少为两级，初级开关单元包括初级绕组和开关管，各级的钳位电路单元与相应级的初级绕组并联，各级的初级开关单元与相应级的均压单元并联，各级的初级开关单元相互串联，每相邻两初级开关单元之间形成绕组连接点；各级的均压单元相互串联，每相邻两均压单元之间形成均压串联点；首级初级开关单元的输入端连接直流电压的正电压端，末级初级开关单元的输出端连接直流电压的参考地，除首级外的初级开关单元的输入端连接上一级初级开关单元的输出端；其中，均压单元包括电容，初级绕组的异名端作为初级开关单元的输入端，初级绕组的同名端连接开关管的漏极，开关管的源极作为初级开关单元的输出端，开关管的栅极施加同步的驱动信号，各级初级绕组同相控制且共磁芯。该方案属于公知技术，其具体实施工作原理不再详细介绍。因为该电路方案的主功率开关管是硬开关状态，在超高输入电压条件下，开关管的开关损耗非常大，特别是高耐压的开关管器件，其输出等效电容比较大，进一步加大了开关管的开关损耗。导致变换器效率低、产品可靠性低，产品设计的综合成本增加。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是克服现有电路硬开关的不足之处，提出一种高压输入反激变换器，使得主功率的开关管均为软开关状态(软开关：通过在开关过程前后引入谐振，使得主功率开关管在开通前漏源极之间的电压先降低到零，关断前漏源极电流先降到零，消除开关管在开关过程中因电压电流重叠造成的损耗。零电压开关也可以称为ZVS，ZVS：Zero Voltage Switching)，降低变换器的损耗，提高产品效率和可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术措施实现：

一种高压输入反激变换器包括输入电路，输入电路包括均压单元、钳位电路单元和初级开关单元，各单元级数相等且至少为两级，初级开关单元包括初级绕组和开关管，各级的钳位电路单元与相应级的初级绕组并联，各级的初级开关单元与相应级的均压单元并联，各级的初级开关单元相互串联，各级的均压单元相互串联，首级初级开关单元的输入端连接直流电压的正电压端，末级初级开关单元的输出端连接直流电压的参考地。

均压单元包括电容；钳位电路单元至少有一级为有源钳位电路，其余各级可为无源钳位电路；初级开关单元均包括初级绕组和开关管，初级绕组的异名端作为初级开关单元的输入端，初级绕组的同名端连接开关管的漏极，开关管的源极作为初级开关单元的输出端，开关管的栅极施加同步的驱动信号，各级初级绕组同相控制且共磁芯。

作为有源钳位电路的一种具体实施方式，有源钳位电路包括第一开关管、第一电阻和第一电容，第一电阻的一端和第一电容的一端连接相应级的初级绕组的异名端，第一电阻的另一端和第一电容的另一端连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接相应级的初级绕组的同名端。

作为无源钳位电路的一种具体实施方式，无源钳位电路包括二极管、第二电阻和第二电容，第二电阻的一端和第二电容的一端连接相应级的初级绕组的异名端，第二电阻的另一端和第二电容的另一端连接二极管阴极，二极管的阳极连接相应级的初级绕组的同名端。

优选的，电容由低压电容串联组成。

优选的，所述第一开关管为MOS管。

本实用新型巧妙的通过改变钳位电路方式，将初级绕组的漏感能量回收利用，通过钳位电容(即钳位电路单元中的第一电容)与对应级的初级绕组产生谐振使得主功率开关管实现ZVS状态，提高产品效率和可靠性，使得该电路拓扑能设计成更大功率输出的电源产品。

与现有技术相比，本实用新型一种高压输入反激变换器具有如下有益效果：

1、本方案通过运用至少一级的有源钳位电路，回收初级绕组的漏感能量，第一电容与初级绕组产生谐振，使得主功率开关管实现ZVS状态，提高产品效率、可靠性和产品功率密度；

2、本方案电路结构简单，易于设计，产品性价比高。

附图说明

图1为现有公知技术的高压输入反激变换器的电路原理图；

图2为本实用新型第一实施例一种高压输入反激变换器的电路图；

图3为本实用新型第二实施例一种高压输入反激变换器的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

第一实施例

如图2所示为本实用新型第一实施例的一种高压输入反激变换器的电路原理图，一种高压输入反激变换器包括输入电路、输出电路和变压器，输入电路包括两级均压单元、两级钳位电路单元和两级初级开关单元，第一级均压单元包括电容C1，第二级均压单元包括电容C2，电容C1和第一级初级开关单元并联且和电容C2串联，电容C2和第二级初级开关单元并联，第一级初级开关单元包括初级绕组N1和开关管Q1，二极管Qd1为开关管Q1的寄生二极管，第二级初级开关单元包括初级绕组N2和开关管Q2，二极管Qd2为开关管Q2的寄生二极管，两级初级绕组同相控制且共磁芯,初级绕组N1的异名端连接直流电压的正电压端，初级绕组N1的同名端连接开关管Q1的漏极，开关管Q1的源极连接初级绕组N2的异名端，初级绕组N2的同名端连接开关管Q2的漏极，开关管Q2的源极连接直流电压的参考地连接。

第一级钳位电路单元由电阻R1、电容C3和开关管Q3组成，二极管Qd3为开关管Q3的寄生二极管，第一级钳位电路单元为有源钳位电路，开关管Q3为MOS管，开关管Q3的源极作为第一级钳位电路单元的输入端，连接初级绕组N1的同名端，电阻R1的一端与电容C3的一端与开关管Q3的漏极连接，电阻R1的另一端与电容C3的另一端作为第一级钳位电路单元的输出端，与初级绕组N1的异名端连接。

第二级钳位电路单元由二极管D2、电阻R2和电容C4组成，为无源钳位电路，二极管D2的阳极作为第二级钳位电路单元的输入端，连接初级绕组N2的同名端，电阻R2的一端与电容C4的一端与二极管D2的阴极连接，电阻R2的另一端与电容C4的另一端作为第二级钳位电路单元的输出端，与初级绕组N2的异名端连接。

开关管Q1、开关管Q2的控制端施加同步的驱动信号。

本实施例工作原理如下：

开关管Q1、开关管Q2使用同步的驱动信号，当开关管Q1、开关管Q2导通时，初级绕组N1、初级绕组N2储存能量，同时漏感Lk1、漏感Lk2(其中漏感Lk1为初级绕组N1对次级绕组的漏感，漏感Lk2为初级绕组N2对次级绕组的漏感)也储存能量。开关管Q1、开关管Q2关断时，初级绕组N1、初级绕组N2储存的能量通过变压器次级绕组将能量输出到输出端供负载使用。但是漏感Lk1、漏感Lk2储存的能量无法传递到次级。当初级绕组N1与初级绕组N2之间采用双线并绕工艺时，初级绕组N1与初级绕组N2之间的耦合系数近似为1。此时漏感Lk1上储存的能量通过开关管Q3的寄生二极管Qd3转移绕到电容C3中，漏感Lk2上储存的能量大部分通过初级绕组N2与初级绕组N1之间的耦合因素也通过开关管Q3的寄生二极管Qd3转移到电容C3中，极小部分通过二极管D2转移到电容C4中。当漏感能量转移到钳位电容(电容C3)的过程结束后，开关管Q1、开关管Q2下一次开通前，开关管Q3开通，此时电容C3中储能的能量会转移到初级绕组N1、初级绕组N2以及漏感Lk1、漏感Lk2中，该能量转移过程完全结束前开关管Q3截止，此时初级绕组N1上的电流将续流，其电流方向为同名端向异名端，在其续流过程中，开关管Q1的寄生二极管Qd1和开关管Q2的寄生二极管Qd2导通，开关管Q1和开关管Q2漏源极电压为负，其值为各自寄生二极管Qd1和寄生二极管Qd2的导通压降，此时再开通开关管Q1和开关管Q2。该条件下开关管Q1、开关管Q2以及开关管Q3均实现ZVS状态，降低产品开关损耗，提升产品效率和可靠性。

第二实施例

如图3所示为本实用新型第二实施例一种高压输入反激变换器电路原理图，与第一实施例不同之处在于：均压单元、钳位电路单元和初级开关单元均为N(N＞2)级，且钳位电路单元中有M(1≤M≤N)级为有源钳位电路。均压单元、有源钳位电路、初级开关单元的构成均与第一实施例中相同。当1≤M＜N时，剩余的钳位电路单元由无源钳位电路组成，无原钳位电路构成与第一实施例中相同，其中有源钳位电路和无源钳位电路在整个电路拓扑中的位置可依据实际情况调换。

本实施例的工作原理与第一实施例一样，可实现同等功效，在此不作赘述。

按照本实用新型的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型中具体实施电路还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高压输入反激变换器，包括钳位电路单元，钳位电路单元至少为两级，钳位电路单元与高压输入反激变换器中相应级的初级绕组并联，其特征在于：箝位电路单元至少有一级为有源钳位电路，其余各级为无源钳位电路。

2.根据权利要求1所述的一种高压输入反激变换器，其特征在于：所述有源钳位电路包括第一开关管、第一电阻和第一电容，第一电阻的一端和第一电容的一端连接相应级的初级绕组的异名端，第一电阻的另一端和第一电容的另一端连接第一开关管的漏极，第一开关管的源极连接相应级的初级绕组的同名端；

所述无源钳位电路包括二极管、第二电阻和第二电容，第二电阻的一端和第二电容的一端连接相应级的初级绕组的异名端，第二电阻的另一端和第二电容的另一端连接二极管阴极，二极管的阳极连接相应级的初级绕组的同名端。

3.根据权利要求2所述的一种高压输入反激变换器，其特征在于：所述电容由低压电容串联组成。

4.根据权利要求2所述的一种高压输入反激变换器，其特征在于：所述第一开关管为MOS管。

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