專利名稱：一種直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電能變換裝置的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用變壓器隔離輸出的直流變換器。
背景技術(shù)：
直流變換器是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心。在大功率(典型應(yīng)用功率值6KW或12KW等)的開(kāi)關(guān)電源中，為了減少產(chǎn)品的體積重量，必須提高開(kāi)關(guān)頻率，因此常要求采用開(kāi)關(guān)頻率高的功率MOSFET管，而MOSFET管的單管通電流能力有限，要求多個(gè)管并聯(lián)擴(kuò)流。但多個(gè)MOSFET管的簡(jiǎn)單并聯(lián)，使功率器件不得不集中布置，散熱設(shè)計(jì)和電磁抗干擾設(shè)計(jì)的難度增大。另一方面，功率等級(jí)的增大，變壓器的傳輸功率需要增大，變壓器的發(fā)熱也變得嚴(yán)重起來(lái)。為了滿足功率傳輸和散熱的要求，就出現(xiàn)了圖1與圖2的采用2組橋式電路、2個(gè)變壓器組合的電路結(jié)構(gòu)來(lái)增大整個(gè)直流變換器的功率輸出能力。
這兩種方式的變壓器T1、T2的輸出側(cè)均屬并聯(lián)特性，由變壓器T1、T2的輸出電流共同分擔(dān)負(fù)載。在實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，不可避免地存在器件參數(shù)分散不一致的現(xiàn)象，如各MOSFET管的通態(tài)電阻RDS和其驅(qū)動(dòng)脈沖寬度不一致，變壓器T1、T2的漏感參數(shù)不一致，最終導(dǎo)致T1、T2的輸出電壓幅值存在差異，使其輸出電流大小不一，即輸出電流不均衡問(wèn)題。電流偏大的一路變壓器輸出電壓也偏大，其中功率器件MOSFET管耗散功率也偏大，使其溫升偏高，嚴(yán)重時(shí)損壞器件。要避免這種問(wèn)題的發(fā)生，必須使變壓器和其他功率器件的參數(shù)留有足夠的裕度，但會(huì)使得變壓器的體積增大、重量增大，并且使器件的成本提高，產(chǎn)品體積重量增大，這對(duì)開(kāi)關(guān)電源的整體性能來(lái)說(shuō)，非常不利。
將兩組橋式電路或變壓器中的電流值分別采樣反饋到控制電路，分別進(jìn)行電流負(fù)反饋控制，可以使電流均衡，但使電路結(jié)構(gòu)尤其控制電路結(jié)構(gòu)變得特別復(fù)雜，使電路的設(shè)計(jì)難度提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)中控制電路復(fù)雜、輸出電流不均衡的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種新型的大功率直流變換器，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種直流變換器，包括直流輸入電路、橋式電路、變壓器、整流濾波電路，變壓器輸出端與整流濾波電路相連，其特征是在于變壓器輸出側(cè)相串聯(lián)。
本發(fā)明所述的橋式電路為雙橋式電路，分別由開(kāi)關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4組成橋式電路1，開(kāi)關(guān)管Q5、Q6、Q7、Q8組成另一個(gè)橋式電路2。兩個(gè)橋式電路并聯(lián)接在電壓幅值VIN的直流輸入電路，變壓器T1、T2在輸出側(cè)相串聯(lián)后，連接整流濾波電路。
本發(fā)明的橋式電路還可以在變壓器T1、T2原邊串聯(lián)電容C1和C2，用于隔離變壓器原邊的直流分量，變壓器T1、T2在輸出側(cè)相串聯(lián)，連接整流濾波電路。
本發(fā)明的橋式電路也可以在變壓器T1、T2原邊相串聯(lián)電容C1、C2以及電感LR1、LR2。電容C1、C2用于隔離變壓器原邊的直流分量，電感LR1、LR2和變壓器的漏感一起用于移相控制方式下實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓或零電流軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，變壓器輸出側(cè)相串聯(lián)。
在單個(gè)橋式電路時(shí)的電路結(jié)構(gòu)中，將變壓器輸出側(cè)串聯(lián)，同樣也可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
本發(fā)明所述的新型大功率直流變換器的有益效果主要表現(xiàn)在1、本發(fā)明提出的變壓器副邊串聯(lián)的技術(shù)，簡(jiǎn)單而有效地解決雙組橋式電路或變壓器之間的電流均衡問(wèn)題。
2、功率器件容易實(shí)現(xiàn)分散布置，有利于結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)和器件布局。


附圖1是單橋式電路結(jié)構(gòu)示意1中，開(kāi)關(guān)管為直接并聯(lián)方式，變壓器T1、T2的原邊直接并聯(lián)，附圖2是雙橋式組合電路結(jié)構(gòu)示意2中，變壓器T1、T2的輸出側(cè)直接并聯(lián)，共用同一整流濾波電路。
附圖3～7是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)方式示意3開(kāi)關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4組成一個(gè)基本的全橋式電路，開(kāi)關(guān)管Q5、Q6、Q7、Q8組成另一個(gè)基本的全橋式電路。兩個(gè)橋式一起并接在電壓幅值VIN的直流輸入電路圖4橋式電路同圖3，為雙橋式電路，在變壓器T1和T2的原邊串聯(lián)電容C1和C2。
圖5橋式電路同圖3，為雙橋式電路，在變壓器T1和T2的原邊串聯(lián)電容C1、C2以及電感LR1、LR2。
圖6橋式電路為單橋式電路，變壓器原邊相串聯(lián)。
圖7同圖6為單橋式電路的電路結(jié)構(gòu)，變壓器原邊為并聯(lián)方式。
附圖8～9是本發(fā)明的主要波形示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明設(shè)計(jì)電路的工作原理說(shuō)明如下圖3中，開(kāi)關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4組成一個(gè)基本的全橋式電路，開(kāi)關(guān)管Q5、Q6、Q7、Q8組成另一個(gè)基本的全橋式電路。兩個(gè)橋式一起并接在電壓幅值VIN的直流輸入電路。兩組橋式電路中的開(kāi)關(guān)管參數(shù)和變壓器T1、T2的之間參數(shù)選用一致。橋式電路中的四個(gè)開(kāi)關(guān)管采用脈沖寬度調(diào)制方式(PWM方式)，也可以采用全橋移相控制方式(PHASE-SHIFT，PS方式)。
采用PWM方式時(shí)，每個(gè)周期的工作過(guò)程如下分四個(gè)階段階段一
，功率傳輸狀態(tài)，參考附圖8，D為占空比，D＝TON/TS/2。Q1和Q4、Q5和Q8同時(shí)導(dǎo)通，Q2和Q3、Q6和Q7關(guān)斷，變壓器T1、T2原邊電壓等于直流輸入電壓VIN；T1、T2的副邊電壓VIN/K相加后經(jīng)過(guò)整流濾波電路輸出給負(fù)載，K為變壓器變比。該階段中，直流變換器由輸入端向負(fù)載傳遞能量。
階段二[D*TS/2-TS/2]，零狀態(tài)，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8均關(guān)斷，變壓器T1、T2原邊電壓等于零，沒(méi)有能量傳遞給負(fù)載。
階段三[TS/2-TS/2+D*TS/2]，功率傳輸狀態(tài)，Q2和Q3、Q6和Q7導(dǎo)通，Q1和Q4、Q5和Q8關(guān)斷，變壓器T1、T2原邊電壓等于直流輸入電壓VIN，但電壓極性與階段一相反，T1、T2副邊電壓也為VIN/K，相加后整流濾波輸出給負(fù)載。該階段也實(shí)現(xiàn)能量由輸入向負(fù)載傳遞。
階段四[TS/2+D*TS/2-TS/]，零狀態(tài)，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8全關(guān)斷，該階段和階段二相同。
采用PS方式時(shí)，每個(gè)周期的工作過(guò)程也可分為四個(gè)階段橋式電路1中，Q1與Q3、Q2與Q4各輪流導(dǎo)通180度電角，但Q1、Q4不同時(shí)導(dǎo)通，若Q1超前Q4先導(dǎo)通，Q3超前Q2先導(dǎo)通，稱Q1、Q3為超前管，Q2、Q4為滯后管。兩者導(dǎo)通差α電角。橋式電路2中也同樣的控制方式，Q5、Q7為超前管，Q6、Q8為滯后管。并且橋式電路1中的Q1和橋式電路2中的Q5相對(duì)應(yīng)，同時(shí)通斷，其余開(kāi)關(guān)管類同。改變?chǔ)岭娊堑拇笮?，可以調(diào)節(jié)變壓器T1、T2上的電壓波形，從而實(shí)現(xiàn)輸出負(fù)載電壓穩(wěn)定。
階段一，[T0-T1]，功率傳輸狀態(tài)。橋式電路1中的Q1和Q4導(dǎo)通、橋式電路2中的Q5和Q8導(dǎo)通，變壓器T1、T2原邊電壓等于直流輸入電壓VIN，T1、T2的副邊電壓VIN/K相加后經(jīng)過(guò)整流濾波電路輸出給負(fù)載。
階段二，[T1-T6]，零狀態(tài)。T1時(shí)刻，橋式電路1中的Q1關(guān)斷，而Q4繼續(xù)通，到T3時(shí)刻Q3開(kāi)通，T4時(shí)刻Q4關(guān)斷，T5時(shí)刻Q2開(kāi)通。這個(gè)過(guò)程是從Q1和Q4導(dǎo)通轉(zhuǎn)換到Q2和Q3導(dǎo)通的過(guò)渡過(guò)程，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)電能量從原邊傳輸給輸出負(fù)載，故稱零狀態(tài)。這個(gè)階段中，利用變壓器T1的漏感和Q1、Q2、Q3、Q4管的寄生電容產(chǎn)生諧振，可以實(shí)現(xiàn)Q1、Q2、Q3、Q4管的零電壓或零電流軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。
從T5到T6時(shí)間段，變壓器原邊電流增長(zhǎng)，但幅值小于負(fù)載電流等效到原邊的折算值。這個(gè)時(shí)間段也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)電能量從原邊傳輸給輸出負(fù)載，稱這段時(shí)間為占空比丟失。
橋式電路2中的Q5、Q6、Q7、Q8管也實(shí)現(xiàn)同樣的過(guò)程，從Q5和Q8導(dǎo)通依據(jù)圖9所示的順序轉(zhuǎn)換到Q6和Q7導(dǎo)通。
階段三，[T6-T7]功率傳輸狀態(tài)，橋式電路1中的Q2和Q3導(dǎo)通，橋式電路2中的Q6和Q7導(dǎo)通，變壓器T1、T2原邊電壓等于直流輸入電壓VIN，但電壓極性和階段相反，T1、T2的副邊電壓VIN/K相加后經(jīng)過(guò)整流濾波電路輸出給負(fù)載。
階段四，[T7-T13]零狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程是實(shí)現(xiàn)從橋式電路1中的Q2和Q3導(dǎo)通換到Q1和Q4導(dǎo)通、橋式電路2中的Q6和Q7導(dǎo)通換到Q5和Q8導(dǎo)通的過(guò)渡過(guò)程。同樣T12到T13時(shí)間段也出現(xiàn)占空比丟失。
圖4是在圖3基礎(chǔ)上的一種變形電路結(jié)構(gòu)，增加了變壓器T1、T2原邊相串聯(lián)的電容C1、C2，用于隔離變壓器原邊的直流分量，同樣可以實(shí)現(xiàn)變壓器輸出側(cè)串聯(lián)技術(shù)。
圖5是在圖3基礎(chǔ)上的又一種變形電路結(jié)構(gòu)，增加了變壓器T1、T2原邊相串聯(lián)的電容C1、C2，以及電感LR1、LR2。電容C1、C2用于隔離變壓器原邊的直流分量，電感LR1、LR2和變壓器的漏感一起用于移相控制方式下實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓或零電流軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，該電路也同樣實(shí)現(xiàn)變壓器輸出側(cè)串聯(lián)技術(shù)。
圖6、圖7是單個(gè)橋式電路時(shí)電路結(jié)構(gòu)，也是同樣可實(shí)現(xiàn)變壓器輸出串聯(lián)技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。
權(quán)利要求
1.一種直流變換器，包括直流輸入電路、橋式電路、變壓器、整流濾波電路，變壓器輸出端與整流濾波電路相連，其特征是變壓器輸出側(cè)相串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流變換器，其特征是橋式電路為橋式電路1和橋式電路2組成的雙橋式電路，橋式電路1由開(kāi)關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4組成，橋式電路2由開(kāi)關(guān)管Q5、Q6、Q7、Q8組成，橋式電路1和2并聯(lián)直流輸入電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流變換器，其特征是變壓器T1、T2原邊串聯(lián)電容C1和C2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流變換器，其特征是，所述的變壓器T1、T2原邊還可串聯(lián)電感LR1、LR2。
全文摘要
一種直流變換器，屬于電能變換裝置的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用變壓器隔離輸出的直流變換器。包括直流輸入電路、橋式電路、變壓器、整流濾波電路，變壓器輸出端與整流濾波電路相連，變壓器輸出側(cè)相串聯(lián)。本發(fā)明提出的變壓器副邊串聯(lián)的技術(shù)，簡(jiǎn)單而有效地解決雙組橋式電路或變壓器之間的電流均衡問(wèn)題，同時(shí)使得功率器件容易實(shí)現(xiàn)分散布置，有利于結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)和器件布局。
文檔編號(hào)H02M3/04GK1684349SQ20041001768
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2004年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月15日
發(fā)明者茅偉良 申請(qǐng)人:杭州中恒電氣股份有限公司