專利名稱：具有開關(guān)電容的隔離型交錯并聯(lián)dc/dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流一直流變換器，具體說是具有開關(guān)電容的隔離型交錯并聯(lián) DC/DC變換器。
背景技術(shù)：
常規(guī)的反激型(Flyback)交錯并聯(lián)直流一直流變換器，包括兩個反激變壓器， 兩個輸出二極管，兩個功率開關(guān)管，第一反激變壓器的第一繞組的一端以及第 二反激變壓器的第一繞組的一端共同與輸入電源的正端相連，第一反激變壓器 的第一繞組的另一端與第一功率開關(guān)管的漏極相連，第二反激變壓器的第一繞 組的另一端與第二功率開關(guān)管的漏極相連。第一反激變壓器的第二繞組的一端 以及第二反激變壓器的第二繞組的一端共同與輸出電容的負端相連，第一反激 變壓器的第二繞組的另一端與第一輸出二極管的陽極相連，第二反激變壓器的 第二繞組的另一端與第二輸出二極管的陽極相連，第一與第二輸出二極管的陰 極共同與輸出電容的正端相連。這種交錯并聯(lián)直流—直流變換器輸出功率等級 較小，功率開關(guān)管的電流應(yīng)力較大，功率開關(guān)管為硬開關(guān)工作，開關(guān)損耗較大。 近年來，相繼研究了一些軟開關(guān)電路，主要有兩種 一種是通過附加有源功率 開關(guān)和無源電感、電容等器件實現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)；另一種是通過附加二 極管和無源電感、電容等器件實現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)。這兩種方法雖然可以 實現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)，但是外加電路復(fù)雜，而且不能降低功率開關(guān)管的電 壓應(yīng)力，也不能提高變換器的輸出功率等級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供功率開關(guān)管電壓應(yīng)力小，結(jié)構(gòu)簡單，開關(guān)管數(shù)量少， 成本低，無能量損耗且能提高輸出功率等級的具有開關(guān)電容的隔離型交錯并聯(lián) DC/DC變換器。
為達上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，具有開關(guān)電容的隔離型交錯并 聯(lián)DC/DC變換器包括兩個功率開關(guān)管，兩個箝位二極管，兩個輸出二極管，兩 個輔助功率開關(guān)管，兩個箝位電容，兩個開關(guān)電容， 一個輸出電容和兩個反激 變壓器，第一反激變壓器有兩個繞組，第二反激變壓器有兩個繞組，第一反激 變壓器的第一繞組的一端與第二反激變壓器的第一繞組的一端以及輸入電源的 正端相連，第一反激變壓器的第一繞組的另一端與第一功率開關(guān)管的漏極以及 第一輔助功率開關(guān)管的源極相連，第一輔助功率開關(guān)管的漏極與第一箝位電容
的一端相連，第一箝位電容的另一端以及第一功率開關(guān)管的源極與輸入龜源的 地相連，第二反激變壓器的第一繞組的另一端與第二功率開關(guān)管的漏極以及第 二輔助功率開關(guān)管的源極相連，第二輔助功率開關(guān)管的漏極與第二箝位電容的 一端相連，第二箝位電容的另一端以及第二功率開關(guān)管的源極與輸入電源的地 相連，第一反激變壓器的第二繞組的一端與第一箝位二極管的陽極以及第二開 關(guān)電容的一端相連，第一箝位二極管的陰極與第一輸出二極管的陽極以及第一 開關(guān)電容的一端相連，第二反激變壓器的第二繞組的一端與第二箝位二極管的 陽極以及第一開關(guān)電容的另一端相連，第二箝位二極管的陰極與第二輸出二極 管的陽極以及第二開關(guān)電容的另一端相連，第一輸出二極管的陰極與第二輸出 二極管的陰極以及輸出電容的正端相連，輸出電容的負端與第一反激變壓器的 第二繞組的另一端以及第二反激變壓器的第二繞組的另一端共同與輸出的地相 連；上述第一反激變壓器的第一繞組與輸入電源正端的連接端和第一反激變壓 器的第二繞組與輸出的地的連接端為第一反激變壓器的同名端；第二反激變壓 器的第一繞組與輸入電源正端的連接端和第二反激變壓器的第二繞組與輸出的 地的連接端為第二反激變壓器的同名端。
工作時，利用兩個反激變壓器的第二繞組和與之串聯(lián)的開關(guān)電容實現(xiàn)了電 路的高輸出功率等級；利用第一功率開關(guān)管漏、源極間自身存在的并聯(lián)電容以 及第二功率開關(guān)管漏、源極間自身存在的并聯(lián)電容，實現(xiàn)了第一功率開關(guān)管和 第二功率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷；兩個箝位電容收集第一反激變壓器與第二反激 變壓器的漏感能量，并最終轉(zhuǎn)移到輸入端，實現(xiàn)了箝位電路的無損吸收。在整 個開關(guān)周期中，通過控制第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管和第一輔助開關(guān)管、 第二輔助開關(guān)管的門極脈沖，可使第一、第二功率開關(guān)管，第一、第二輔助開 關(guān)管實現(xiàn)零電壓開通和零電壓關(guān)斷。
本發(fā)明的具有開關(guān)電容的隔離型交錯并聯(lián)DC/DC變換器，利用兩個反激變 壓器的第二繞組和與之串聯(lián)的開關(guān)電容提高了變換器的輸出功率等級，利用第 一輔助開關(guān)管與第一箝位電容組成的串聯(lián)電路以及第二輔助開關(guān)管與第二箝位 電容組成的串聯(lián)電路無損地吸收和轉(zhuǎn)移了兩個反激變壓器的漏感能量，并實現(xiàn) 了第一、第二功率開關(guān)管的零電壓開通，利用第一、第二功率開關(guān)管自身存在 的并聯(lián)電容實現(xiàn)了第一、第二功率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷，利用第一、第二功率 開關(guān)管和第一、第二輔助開關(guān)管的門極安排，實現(xiàn)了第一、第二輔助開關(guān)管的 零電壓開通和零電壓關(guān)斷，無需額外的電感元件，從而附加元件少，結(jié)構(gòu)簡單， 成本低，無需額外的檢測電路，電路中無能量損耗元件，可提高變換器的輸出
增益與電路效率，且換流過程中，功率開關(guān)管關(guān)斷時無電壓過沖，續(xù)流二極管
關(guān)斷時無電流過沖。


圖1是具有開關(guān)電容的隔離型交錯并聯(lián)DC/DC變換器的電路圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發(fā)明的具有開關(guān)電容的隔離型交錯并聯(lián)DC/DC變換器包括兩 個功率開關(guān)管S1、 S2，兩個箝位二極管Dcl、 Dc2，兩個輸出二極管Dol、 Do2， 兩個輔助功率開關(guān)管Scl、 Sc2，兩個箝位電容Ccl、 Cc2，兩個開關(guān)電容Cfl、 CQ， 一個輸出電容Co和兩個反激變壓器，第一反激變壓器有兩個繞組Lla、 Llb，第二反激變壓器有兩個繞組L2a、 L2b，第一反激變壓器的第一繞組Lla 的一端與第二反激變壓器的第一繞組L2a的一端以及輸入電源的正端相連，第 一反激變壓器的第一繞組Lla的另一端與第一功率開關(guān)管Sl的漏極以及第一輔 助功率開關(guān)管Scl的源極相連，第一輔助功率開關(guān)管Scl的漏極與第一箝位電 容Ccl的一端相連，第一箝位電容Ccl的另一端以及第一功率開關(guān)管Sl的源 極與輸入電源的地相連，第二反激變壓器的第一繞組L2a的另一端與第二功率 開關(guān)管S2的漏極以及第二輔助功率開關(guān)管Sc2的源極相連，第二輔助功率開關(guān) 管Sc2的漏極與第二箝位電容Cc2的一端相連，第二箝位電容Cc2的另一端以 及第二功率開關(guān)管S2的源極與輸入電源的地相連，第一反激變壓器的第二繞組 Lib的一端與第一箝位二極管Del的陽極以及第二開關(guān)電容Cf2的一端相連， 第一箝位二極管Del的陰極與第一輸出二極管Dol的陽極以及第一開關(guān)電容 Cfl的一端相連，第二反激變壓器的第二繞組L2b的一端與第二箝位二極管Dc2 的陽極以及第一開關(guān)電容Cfl的另一端相連，第二箝位二極管Dc2的陰極與第 二輸出二極管Do2的陽極以及第二開關(guān)電容Cf2的另一端相連，第一輸出二極 管Dol的陰極與第二輸出二極管Do2的陰極以及輸出電容Co的正端相連，輸 出電容Co的負端與第一反激變壓器的第二繞組Lib的另一端以及第二反激變 壓器的第二繞組L2b的另一端共同與輸出的地相連；上述第一反激變壓器的第 一繞組Lla與輸入電源正端的連接端和第一反激變壓器的第二繞組Lib與輸出 的地的連接端為第一反激變壓器的同名端；第二反激變壓器的第一繞組L2a與 輸入電源正端的連接端和第二反激變壓器的第二繞組L2b與輸出的地的連接端 為第二反激變壓器的同名端。
具有開關(guān)電容的隔離型交錯并聯(lián)DC/DC變換器存在四種換流情況，即第一 功率開關(guān)管Sl關(guān)斷與第一輔助開關(guān)管Scl開通之間的換流；第一輔助開關(guān)管 Scl關(guān)斷與第一開關(guān)管Sl開通之間的換流；第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷與第二輔助
開關(guān)管Sc2開通之間的換流；第二輔助開關(guān)管Sc2關(guān)斷與第二功率開關(guān)管S2開 通之間的換流。由于電路的對稱性，僅以第一功率開關(guān)管S1的換流過程為例分 析如下
第一功率開關(guān)管Sl關(guān)斷與第一輔助開關(guān)管Scl開通的換流過程
換流之前，電路處于第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2開通，第一箝 位二極管Dcl、第一輸出二極管Dol、第二箝位二極管Dc2、第二輸出二極管 Do2關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)管S1關(guān)斷時，由于第一功率開關(guān)管 Sl自身存在并聯(lián)電容，第一功率開關(guān)管Sl的電壓從零開始以一定斜率線性上 升，即第一功率開關(guān)管Sl實現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。第一功率開關(guān)管Sl的電壓上升 到一定值時，第一輔助開關(guān)管Scl的體內(nèi)二極管開通，第一輔助開關(guān)管Scl的 電壓為零，第一反激變壓器的漏感能量轉(zhuǎn)移到第一箝位電容Ccl上，第一輔助 開關(guān)管Scl的體內(nèi)二極管開通后，給出第一輔助開關(guān)管Scl的門極信號，實現(xiàn) 了第一輔助開關(guān)管Scl的零電壓開通。在這個過程，第一箝位二極管Dcl、第二 輸出二極管Do2導(dǎo)通，反激變壓器能量開始向電路的輸出端轉(zhuǎn)移。之后，電路 進入第一功率管S1關(guān)斷，第一輔助開關(guān)管Scl開通，第一箝位二極管Dcl、第 二輸出二極管Do2開通的穩(wěn)定運行狀態(tài)。
第一輔助開關(guān)管Scl關(guān)斷與第一功率開關(guān)管Sl開通的換流過程 第一輔助開關(guān)管Scl關(guān)斷前，第一反激變壓器的漏感與第一箝位電容Ccl 諧振，第一箝位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2處于導(dǎo)通的穩(wěn)定運行工作狀 態(tài)。第一輔助開關(guān)管Scl關(guān)斷時，由于第一功率開關(guān)管S1自身存在并聯(lián)電容， 第一輔助開關(guān)管Scl電壓從零開始以一定斜率線性上升，即第一輔助開關(guān)管Scl 實現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。第一反激變壓器的漏感與第一功率開關(guān)管Sl上并聯(lián)電容諧 振，第一功率開關(guān)管S1上并聯(lián)電容能量向第一反激變壓器的漏感轉(zhuǎn)移，第一功 率開關(guān)管Sl的電壓從一定值開始以一定斜率下降，當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)管Sl的電 壓下降到零時，第一功率開關(guān)管Sl的體內(nèi)二極管開通，第一功率開關(guān)管Sl的 體內(nèi)二極管開通后，給出第一功率開關(guān)管S1門極信號，實現(xiàn)了第一功率開關(guān)管 Sl的零電壓開通。第一箝位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2的電流從一定值 開始以一定斜率下降，當(dāng)?shù)谝惑槲欢O管Dcl、第二輸出二極管Do2的電流下 降到零時，第一箝位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2關(guān)斷。這樣，第一箝位 二極管Dcl、第二輸出二極管Do2的反向恢復(fù)電流為零，大大減小了第一箝位 二極管Dcl、第二輸出二極管Do2帶來的反向恢復(fù)損耗。之后，電路進入第一 功率開關(guān)管S1導(dǎo)通，第一箝位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2關(guān)斷的穩(wěn)定運 行狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.具有開關(guān)電容的隔離型交錯并聯(lián)DC/DC變換器，其特征是包括兩個功率開關(guān)管(S1、S2)，兩個箝位二極管(Dc1、Dc2)，兩個輸出二極管(Do1、Do2)，兩個輔助功率開關(guān)管(Sc1、Sc2)，兩個箝位電容(Cc1、Cc2)，兩個開關(guān)電容(Cf1、Cf2)，一個輸出電容(Co)和兩個反激變壓器，第一反激變壓器有兩個繞組(L1a、L1b)，第二反激變壓器有兩個繞組(L2a、L2b)，第一反激變壓器的第一繞組(L1a)的一端與第二反激變壓器的第一繞組(L2a)的一端以及輸入電源的正端相連，第一反激變壓器的第一繞組(L1a)的另一端與第一功率開關(guān)管(S1)的漏極以及第一輔助功率開關(guān)管(Sc1)的源極相連，第一輔助功率開關(guān)管(Sc1)的漏極與第一箝位電容(Cc1)的一端相連，第一箝位電容(Cc1)的另一端以及第一功率開關(guān)管(S1)的源極與輸入電源的地相連，第二反激變壓器的第一繞組(L2a)的另一端與第二功率開關(guān)管(S2)的漏極以及第二輔助功率開關(guān)管(Sc2)的源極相連，第二輔助功率開關(guān)管(Sc2)的漏極與第二箝位電容(Cc2)的一端相連，第二箝位電容(Cc2)的另一端以及第二功率開關(guān)管(S2)的源極與輸入電源的地相連，第一反激變壓器的第二繞組(L1b)的一端與第一箝位二極管(Dc1)的陽極以及第二開關(guān)電容(Cf2)的一端相連，第一箝位二極管(Dc1)的陰極與第一輸出二極管(Do1)的陽極以及第一開關(guān)電容(Cf1)的一端相連，第二反激變壓器的第二繞組(L2b)的一端與第二箝位二極管(Dc2)的陽極以及第一開關(guān)電容(Cf1)的另一端相連，第二箝位二極管(Dc2)的陰極與第二輸出二極管(Do2)的陽極以及第二開關(guān)電容(Cf2)的另一端相連，第一輸出二極管(Do1)的陰極與第二輸出二極管(Do2)的陰極以及輸出電容(Co)的正端相連，輸出電容(Co)的負端與第一反激變壓器的第二繞組(L1b)的另一端以及第二反激變壓器的第二繞組(L2b)的另一端共同與輸出的地相連；上述第一反激變壓器的第一繞組(L1a)與輸入電源正端的連接端和第一反激變壓器的第二繞組(L1b)與輸出的地的連接端為第一反激變壓器的同名端；第二反激變壓器的第一繞組(L2a)與輸入電源正端的連接端和第二反激變壓器的第二繞組(L2b)與輸出的地的連接端為第二反激變壓器的同名端。
全文摘要
本發(fā)明公開的具有開關(guān)電容的隔離型交錯并聯(lián)DC/DC變換器包括兩個功率開關(guān)管，兩個輸出二極管，兩個箝位二極管，兩個輔助功率開關(guān)管，兩個箝位電容，兩個開關(guān)電容，一個輸出電容和兩個反激變壓器。本發(fā)明利用兩個反激變壓器的第二繞組與兩個開關(guān)電容實現(xiàn)了變換器的輸出功率等級的提高。分別利用兩個輔助開關(guān)管和兩個箝位電容吸收兩個反激變壓器的漏感能量，利用兩個功率開關(guān)管自身存在的并聯(lián)電容以及兩個功率開關(guān)管和兩個輔助開關(guān)管的門極安排，實現(xiàn)了兩個功率開關(guān)管和兩個輔助開關(guān)管的零電壓開通和零電壓關(guān)斷，利用兩個反激變壓器的漏感實現(xiàn)了兩個輸出二極管和兩個箝位二極管的軟關(guān)斷，電路中無能量損耗元件，可提高變換器的功率等級與電路效率。
文檔編號H02M3/24GK101355309SQ20081012079
公開日2009年1月28日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者何湘寧, 東 汪 申請人:浙江大學(xué)