專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙輸入全隔離集成變流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可實(shí)現(xiàn)DC-AC-DC能源變換的集成雙輸入變流器，尤其涉及一種電流源型全橋變換器與串聯(lián)諧振變換器集成的雙輸入的三端口 DC/DC變換器。該變換器利用電流型全橋變換器實(shí)現(xiàn)輸入直流電流源的高頻方波逆變，采用串聯(lián)諧振變換器實(shí)現(xiàn)輸入電壓源的高頻正弦電流變換，利用多繞組的變壓器實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)高頻方波電流和正弦電流的耦合隔離傳輸?shù)碾p輸入三端口 DC/DC變換器。
背景技術(shù)：
隨著新能源產(chǎn)品的不斷普及，涌現(xiàn)了大量的適用于清潔能源供電的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中多端口變換器因其自身獨(dú)具的特性而倍受青睞，由于不同的能源形式、能量存儲(chǔ)設(shè)備及負(fù)載有不同的電壓等級(jí)和伏安特性，因此這些設(shè)備不能直接連接在一起。多端口變換器用一個(gè)集中功率處理單元來(lái)連接輸入源、存儲(chǔ)設(shè)備和負(fù)載，使得控制更便捷，降低了成本，并 且可以從各個(gè)新能源獲得最大的能量?，F(xiàn)存的多端口變換器的拓?fù)淇煞譃榉歉綦x型電路、半隔離型電路和全隔離型電路三大類(lèi)，而組成多端口變換器的基本單元有電壓型和電流型兩大類(lèi)。人們對(duì)于多端口變換器的研究大多集中于由電壓型基本單元組成的拓?fù)?，但由于電壓型基本單元組成多端口變換器時(shí)，常由于變壓器繞組的電壓箝位作用而造成兩個(gè)端口向負(fù)載傳輸能量的過(guò)程相互影響。一個(gè)端口的電壓變化，一般會(huì)影響到另一個(gè)端口的正常工作。而對(duì)于電流型輸入變換器而言，由于采用的拓?fù)錇殡娏鲉蜗蛄鲃?dòng)結(jié)構(gòu)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)功率的雙向傳輸。利用新能源供電，構(gòu)成新型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。而新能源普遍存在功率密度不均勻和電壓幅值變化范圍大等缺點(diǎn)，如果采用電壓型多端口變換器作為電力變換的拓?fù)洌瑒?shì)必需要引入更為復(fù)雜的控制方式，來(lái)彌補(bǔ)電壓幅值變化引起的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種雙輸入DC/DC變換器拓?fù)湟环N雙輸入全隔離集成變流器，它采用電流型全橋變換器實(shí)現(xiàn)輸入直流電流源的高頻方波逆變，同時(shí)在采用的移相PWM控制方式下實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)；采用串聯(lián)諧振變換器實(shí)現(xiàn)輸入直流電壓源的高頻正弦電流變換，利用多繞組的變壓器實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)高頻方波電流和正弦電流的耦合隔離傳輸，兩個(gè)輸入端口之間不受變壓器電壓箝位的影響，變壓器繞組原邊的電壓均為輸出的電壓的折算。并且引入的諧振電感和諧振電容與開(kāi)關(guān)頻率同頻的串聯(lián)諧振過(guò)程，不僅實(shí)現(xiàn)輸入電源向諧振電流源的轉(zhuǎn)換，并且在諧振電流的過(guò)零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了所有功率管的開(kāi)關(guān)切換，降低了電路損耗。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種雙輸入全隔離集成變流器，是由第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路，第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路，高頻隔離變壓器和后級(jí)整流電路組成；第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路采用帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管Vn、V12> V13、V14和各自串聯(lián)的功率二極管Dp D2, D3、D4組成具有反向電壓阻斷能力的電流源型全橋逆變電路，直流輸入電源Vio的正極連接輸入電感L1的一端，輸入電感L1的另一端連接功率二極管D1和D2的陽(yáng)極，功率二極管D1的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V11的漏極，功率二極管仏的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V12的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V11的源極連接功率二極管D3的陽(yáng)極，功率開(kāi)關(guān)管V12的源極連接功率二極管D4的陽(yáng)極，功率二極管D3的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V13的漏極，功率二極管D4的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V14的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V13和V14的源極連接直流輸入電源Vio的負(fù)極；該電流型全橋逆變電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電流的方波逆變的同時(shí)，在采用的控制方式下實(shí)現(xiàn)所有開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)；第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路采用由帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管v21、V22, V23、V24組成的全橋結(jié)構(gòu)，直流輸入電源VDe2的正極連接功率開(kāi)關(guān)管V21和V22的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V21的源極連接功率開(kāi)關(guān)管V23的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V22的源極連接功率開(kāi)關(guān)管V24的漏極，直流輸·入電源VDe2的負(fù)極與功率開(kāi)關(guān)管V23和V24的源極相連，諧振電感L的一端與功率開(kāi)關(guān)管V21的源極和V23的漏極連接，諧振電感L的另一端與諧振電容(；的一端相串聯(lián)組成串聯(lián)諧振槽；該輸入端口由四個(gè)帶體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管V21、V22, V23, V24以及由諧振電感和諧振電容組成的串聯(lián)諧振槽共同組成具有電流反向流動(dòng)功能的全橋逆變電路，實(shí)現(xiàn)輸入直流電源向諧振電流源的轉(zhuǎn)換，并在諧振電流過(guò)零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)器件的切換。上述的說(shuō)明中的四個(gè)帶有體內(nèi)反向二極管的功率晶體管也可以采用體內(nèi)無(wú)二極管的功率器件和二極管組合代替，組成同樣結(jié)構(gòu)的全橋電路拓?fù)?；高頻隔離變壓器由兩個(gè)原邊繞組NpN2和兩個(gè)副邊繞組N3、N4組成，兩個(gè)原邊繞組N1, N2的匝數(shù)不同但極性相同，兩個(gè)副邊繞組N3、N4的匝數(shù)相同但極性相反，原邊繞組N1的同名端與第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路中的功率開(kāi)關(guān)管V11的源極連接，N1的異名端與前級(jí)第一個(gè)電流源型全橋電路中的功率開(kāi)關(guān)管V12的源極連接；原邊繞組隊(duì)的同名端與第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路的諧振電容(；的另一端連接,N2的異名端與第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路的功率開(kāi)關(guān)管V22的源極連接；高頻隔離變壓器的副邊繞組N3、N4的同名端和異名端與后級(jí)整流電路連接；雙原邊、雙副邊繞組的高頻變壓器實(shí)現(xiàn)方波電流源和諧振電流源的耦合傳輸，兩個(gè)原邊繞組K、N2為同極性繞制，分別連接輸入側(cè)的兩個(gè)全橋變換器，并且兩個(gè)原邊繞組的同名端分別接由開(kāi)關(guān)管Vn、V13和V21、V23組成的前橋臂，另一端接由開(kāi)關(guān)管V12、V14和V23、V24組成的后橋臂。兩個(gè)副邊繞組N3、N4為匝數(shù)相等的反極性繞制；輸出側(cè)采用電容濾波，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓的目的，省略了輸出濾波電感，減小了電路體積的同時(shí)也解決了由于濾波電感沒(méi)有續(xù)流回路時(shí)造成的電壓沖擊，并且由于采用電容濾波方式，方便于多模塊的并聯(lián)擴(kuò)大系統(tǒng)的功率容量；后級(jí)的整流電路有三種方案，第一種是采用具有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的四個(gè)功率晶體管v31、V32> V33> V34組合而成的周波變換器結(jié)構(gòu)；第二種是在前一種的基礎(chǔ)上將功率開(kāi)關(guān)管v33、V34替換為功率二極管，連接方式與原來(lái)體內(nèi)二極管連接方式相同；第3種為將具有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的四個(gè)功率晶體管v31、V32> V33> V34組合為全橋電路結(jié)構(gòu)，而高頻的隔離變壓器為雙原邊繞組、單副邊繞組形式，并且副邊繞組N3的同名端連接功率晶體管開(kāi)關(guān)管v31>v33組成的前橋臂中點(diǎn)，異名端連接由開(kāi)關(guān)管v32、v34組成的后橋臂中點(diǎn)。這三種連接方式均可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載能量通過(guò)后級(jí)整流電路、高頻隔離變壓器以及串聯(lián)諧振變換器傳輸?shù)角凹?jí)第二個(gè)輸入源，使該雙輸入DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)功率的雙向傳輸。具體說(shuō)明如下方案一；后級(jí)整流電路采用具有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的四個(gè)功率晶體管V31、V32、V33、V34組合而成的周波變換器結(jié)構(gòu)，功率管V31的發(fā)射極和功率管V32的發(fā)射極連接，后級(jí)功率管V33的發(fā)射極和功率管V34的發(fā)射極連接，后級(jí)功率管V31的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊N3的同名端連接，后級(jí)功率管V33的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊N3的異名端連接，后級(jí)功率管V34的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊N4的同名端連接，后級(jí)功率管V32的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊N4的異名端連接，輸出濾波電容C1與負(fù)載R1相并聯(lián)，其一端與后級(jí)功率管V31和V32的發(fā)射極連接，另一端與后級(jí)功率管V33和V34的發(fā)射極連接。 電壓輸出側(cè)采用電容濾波，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓的目的，省略了輸出濾波電感。方案二；后級(jí)的整流電路采用具有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的兩個(gè)功率晶體管V41、V42、和兩個(gè)功率二極管D43、D44組合而成電路結(jié)構(gòu)，后級(jí)功率管V41的發(fā)射極和功率管V42的發(fā)射極連接，后級(jí)功率管V33的發(fā)射極和功率管V34的發(fā)射極連接，后級(jí)功率二極管D43的陰極與功率二極管D44的陰極連接，后級(jí)功率管V41的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊N3的同名端連接，后級(jí)功率二極管D43的陰極與高頻隔離變壓器的一副邊N3的異名端連接，后級(jí)功率二極管D44的陰極與高頻隔離變壓器的一副邊N4的同名端連接，后級(jí)功率管V42的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊N4的異名端連接，輸出濾波電容C2與負(fù)載R2相并聯(lián)，其一端與后級(jí)功率管V41和V42的發(fā)射極連接，另一端與后級(jí)功率二極管D43的陽(yáng)極和功率二極管D44的陽(yáng)極連接。電壓輸出側(cè)采用電容濾波，省去濾波電感。方案三；后級(jí)的整流電路采用具有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的四個(gè)功率晶體管V51、V52、V53、V54組成全橋電路結(jié)構(gòu)，后級(jí)功率開(kāi)關(guān)管V51的發(fā)射極和功率開(kāi)關(guān)管V53的集電極連接，并與聞?lì)l變壓器的副邊N3的同名端連接，后級(jí)功率開(kāi)關(guān)管V52的發(fā)射極和功率開(kāi)關(guān)管V54的集電極連接，并與高頻變壓器的副邊N3的異名端連接，輸出濾波電容C3與負(fù)載R3相并聯(lián)，其一端與后級(jí)功率管V51和V52的集電極連接，另一端與后級(jí)功率管V53和V54的發(fā)射極連接。電壓輸出側(cè)采用電容濾波，省去濾波電感。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種雙輸入全隔離集成變流器與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是首先由四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管和四個(gè)功率二極管分別串聯(lián)的電流型全橋變換器實(shí)現(xiàn)了輸入電流源的單向流動(dòng)，以及反向電壓的阻斷能力。在采用的移相PWM控制方式下，實(shí)現(xiàn)了功率開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)；而串聯(lián)諧振全橋變換器由于引入諧振電感和諧振電容的串聯(lián)諧振槽，與功率開(kāi)關(guān)管共同組成有電流反向流動(dòng)功能的全橋逆變電路，實(shí)現(xiàn)輸入直流電源向諧振電流源的轉(zhuǎn)換，并在諧振電流過(guò)零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)器件的切換。實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管的ZVS和ZCS，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，可以不用考慮功率器件的吸收電路。兩個(gè)同極性原邊繞組、兩個(gè)反極性的繞組組成的高頻隔離變壓器，實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)的電流的耦合傳輸，將輸入側(cè)和輸出側(cè)隔離，并且原邊繞組電壓均為后級(jí)輸出電壓的折算。并且該雙輸入DC/DC變換器，無(wú)論是在功率正向傳輸還是在反向傳輸階段，串聯(lián)諧振變換器的所有功率開(kāi)關(guān)器件均在電流的過(guò)零點(diǎn)切換，大大減小了變壓器漏感上的電壓過(guò)沖造成的影響。



圖I 一種雙輸入全隔離集成變流器方案一的電氣連接圖；圖2 —種雙輸入全隔離集成變流器方案二的電氣連接圖；圖3 —種雙輸入全隔離集成變流器方案三的電氣連接圖。具體的實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述實(shí)施例I :一種雙輸入全隔離集成變流器如圖I所示，第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路采用帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管vn、V12, V13、V14和各自串聯(lián)的功率二極管Di、D2, D3> D4組成的具有反向電壓阻斷能力，電流單向流動(dòng)的全橋電路結(jié)構(gòu)，其中，功率二極管D1的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V11的漏極，功率二極管D2的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V12的漏極，功率二極管D3的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V13的漏極，功率二極管D4的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V14的漏極，直流輸入電源Vio的正極接輸入電感L1的一端，輸入電感L1的另一端接功率二極管D1和D2的陽(yáng)極，直流輸入電源VDa的負(fù)極與功率開(kāi)關(guān)管V13和V14的源極相連；高頻隔離變壓器的原邊繞組N1的同名端與第一個(gè)前級(jí)電流源型全橋電路中的功率開(kāi)關(guān)管V11的源極和功率二極管D3的陽(yáng)極相連，N1的異名端與第一個(gè)前級(jí)電流源型全橋電路中的功率開(kāi)關(guān)管V12的源極和功率二極管D4的陽(yáng)極相連。這就組成了該變換器前級(jí)第一個(gè)電流型全橋高頻逆變電路。第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換器采用由帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管V21、V22、V23、V24組成的全橋結(jié)構(gòu)，直流輸入電源VDe2的正極與功率開(kāi)關(guān)管V21和V22的漏極相連，直流輸入電源Vdc2的負(fù)極與功率開(kāi)關(guān)管V23和V24的源極相連；串聯(lián)諧振電感L的一端與功率開(kāi)關(guān)管V21的源極和V23的漏極相連，串聯(lián)諧振電感L的另一端與諧振電容(；的一端相連，諧振電容(；的另一端與原邊繞組N2的同名端相連，原邊繞組N2的異名端與功率開(kāi)關(guān)管V22的源極和V24的漏極相連。這就組成了該變換器前級(jí)第二個(gè)串聯(lián)諧振全橋高頻逆變電路。諧振電感L和諧振電容(；的串聯(lián)諧振實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)直流電源向高頻正弦電流源的轉(zhuǎn)化，并且在諧振電流過(guò)零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)器件的切換。高頻隔離變壓器由兩個(gè)原邊繞組NpN2和兩個(gè)副邊繞組N3、N4組成，兩個(gè)原邊繞組NpN2的匝數(shù)不同極性相同，兩個(gè)副邊繞組N3、N4匝數(shù)相同，極性相反；后級(jí)的整流電路采用具有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的四個(gè)功率晶體管H V33、V34組合而成的周波變換器結(jié)構(gòu)，輸出側(cè)的周波變換電路以及濾波電路的連接方式為高頻隔離變壓器的一副邊乂的同名端與后級(jí)功率管V31的集電極相連；異名端與后級(jí)功率管V33的集電極相連；高頻隔離變壓器的另一副邊N4的同名端與后級(jí)功率開(kāi)關(guān)管V34的集電極相連，異名端與功率管開(kāi)關(guān)管V32的集電極相連，輸出濾波電容C1 一端與后級(jí)功率管V31和V32的發(fā)射極，以及負(fù)載R1 —端相連；另一端與后級(jí)功率管V33和V34的發(fā)射極，以及負(fù)載R1的另一端相連。上述說(shuō)明了該電流型全橋與串聯(lián)諧振變換器集成雙輸入變換器方案一的電氣連接方式。并且上述的所有帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管，均可以由不帶體內(nèi)二極管的功率開(kāi)關(guān)管與功率二極管組合替代。實(shí)施例2 一種雙輸入全隔離集成變流器如圖2所示，第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路采用帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管vn、V12, V13、V14和各自串聯(lián)的功率二極管Di、D2, D3> D4組成的具有反向電壓阻斷能力，電流單向流動(dòng)的全橋電路結(jié)構(gòu)，其中，功率二極管D1的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V11的漏極，功率二極管D2的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V12的漏極，功率二極管D3的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V13的漏極，功率二極管D4的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V14的漏極，直流輸入電源Vio的正極接輸入電感L1的一端，輸入電感L1的另一端接功率二極管D1和D2的陽(yáng)極，直流輸入電源VDa的負(fù)極與功 率開(kāi)關(guān)管V13和V14的源極相連；高頻隔離變壓器的原邊繞組N1的同名端與第一個(gè)前級(jí)電流源型全橋電路中的功率開(kāi)關(guān)管V11的源極和功率二極管D3的陽(yáng)極相連，N1的異名端與第一個(gè)前級(jí)電流源型全橋電路中的功率開(kāi)關(guān)管V12的源極和功率二極管D4的陽(yáng)極相連。這就組成了該變換器前級(jí)第一個(gè)電流型全橋高頻逆變電路。第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換器采用由帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管V21、V22、V23、V24組成的全橋結(jié)構(gòu)，直流輸入電源VDe2的正極與功率開(kāi)關(guān)管V21和V22的漏極相連，直流輸入電源Vdc2的負(fù)極與功率開(kāi)關(guān)管V23和V24的源極相連；串聯(lián)諧振電感L的一端與功率開(kāi)關(guān)管V21的源極和V23的漏極相連，串聯(lián)諧振電感L的另一端與諧振電容(；的一端相連，諧振電容(；的另一端與原邊繞組N2的同名端相連，原邊繞組N2的異名端與功率開(kāi)關(guān)管V22的源極和V24的漏極相連。這就組成了該變換器前級(jí)第二個(gè)串聯(lián)諧振全橋高頻逆變電路。諧振電感L和諧振電容(；的串聯(lián)諧振實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)直流電源向高頻正弦電流源的轉(zhuǎn)化，并且在諧振電流過(guò)零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)器件的切換。高頻隔離變壓器由兩個(gè)原邊繞組NpN2和兩個(gè)副邊繞組N3、N4組成，兩個(gè)原邊繞組NpN2的匝數(shù)不同極性相同，兩個(gè)副邊繞組N3、N4匝數(shù)相同，極性相反；后級(jí)的整流電路采用具有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的兩個(gè)功率晶體管V41、V42、和兩個(gè)功率二極管D43、D44組合而成電路結(jié)構(gòu)，輸出側(cè)的整流變換電路以及濾波電路的連接方式為高頻隔離變壓器的一副邊繞組N3的同名端與后級(jí)功率管V41的集電極相連；異名端與后級(jí)功率二極管D43的陰極相連；高頻隔離變壓器的另一副邊繞組N4的同名端與后級(jí)功率開(kāi)關(guān)管D44的陰極相連，異名端與功率管開(kāi)關(guān)管V42的集電極相連，輸出濾波電容C2—端與后級(jí)功率管V41和V42的發(fā)射極，以及負(fù)載R2 —端相連；另一端與后級(jí)功率管D43和D44的陽(yáng)極，以及負(fù)載R2的另一端相連。上述說(shuō)明了該電流型全橋與串聯(lián)諧振變換器集成雙輸入變換器方案二的電氣連接方式。并且上述的所有帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管，均可以由不帶體內(nèi)二極管的功率開(kāi)關(guān)管與功率二極管組合替代。實(shí)施例3 一種雙輸入全隔離集成變流器如圖3所示，第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路采用帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管vn、V12, V13、V14和各自串聯(lián)的功率二極管Di、D2, D3> D4組成的具有反向電壓阻斷能力，電流單向流動(dòng)的全橋電路結(jié)構(gòu)，其中，功率二極管D1的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V11的漏極，功率二極管D2的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V12的漏極，功率二極管D3的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V13的漏極，功率二極管D4的陰極接功率開(kāi)關(guān)管V14的漏極，直流輸入電源Vio的正極接輸入電感L1的一端，輸入電感L1的另一端接功率二極管D1和D2的陽(yáng)極，直流輸入電源VDa的負(fù)極與功率開(kāi)關(guān)管V13和V14的源極相連；高頻隔離變壓器的原邊繞組N1的同名端與第一個(gè)前級(jí)電流源型全橋電路中的功率開(kāi)關(guān)管V11的源極和功率二極管D3的陽(yáng)極相連，N1的異名端與第一個(gè)前級(jí)電流源型全橋電路中的功率開(kāi)關(guān)管V12的源極和功率二極管D4的陽(yáng)極相連。這就組成了該變換器前級(jí)第一個(gè)電流型全橋高頻逆變電路。第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換器采用由帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管V21、V22、V23、V24組成的全橋結(jié)構(gòu)，直流輸入電源VDe2的正極與功率開(kāi)關(guān)管V21和V22的漏極相連，直流輸入電源Vdc2的負(fù)極與功率開(kāi)關(guān)管V23和V24的源極相連；串聯(lián)諧振電感L的一端與功率開(kāi)關(guān)管V21的源極和V23的漏極相連，串聯(lián)諧振電感L的另一端與諧振電容(；的一端相連，諧振電容(；的另一端與原邊繞組N2的同名端相連，原邊繞組N2的異名端與功率開(kāi)關(guān)管V22的源極和V24的漏極相連。這就組成了該變換器前級(jí)第二個(gè)串聯(lián)諧振全橋高頻逆變電路。諧振電感L和諧振電容(；的串聯(lián)諧振實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)直流電源向高頻正弦電流源 的轉(zhuǎn)化，并且在諧振電流過(guò)零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)器件的切換。高頻隔離變壓器由兩個(gè)原邊繞組NpN2和兩個(gè)副邊繞組N3、N4組成，兩個(gè)原邊繞組NpN2的匝數(shù)不同極性相同，兩個(gè)副邊繞組N3、N4匝數(shù)相同，極性相反；后級(jí)的整流電路采用具有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的四個(gè)功率晶體管V51、V52、V53、V54組成全橋電路結(jié)構(gòu)，輸出側(cè)的整流變換電路以及濾波電路的連接方式為高頻隔離變壓器的副邊N3的同名端與后級(jí)功率開(kāi)關(guān)管V51的發(fā)射極和功率開(kāi)關(guān)管V53的集電極相連；異名端與后級(jí)功率開(kāi)關(guān)管V52的發(fā)射極和功率開(kāi)關(guān)管V54的集電極相連；輸出濾波電容C3—端與后級(jí)功率管V51和V52的集電極，以及負(fù)載R3 —端相連；另一端與后級(jí)功率管V53和V54的發(fā)射極，以及負(fù)載R3的另一端相連。這就組成了該變換器的后級(jí)輸出整流電路。上述說(shuō)明了一種雙輸入全隔離集成變流器方案三的電氣連接方式，并且上述的所有帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管，均可以由不帶體內(nèi)二極管的功率開(kāi)關(guān)管與功率二極管組合替代。
權(quán)利要求
1.一種雙輸入全隔離集成變流器，是由第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路，第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路，高頻隔離變壓器和后級(jí)整流電路組成，其特征在于 第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路采用帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管vn、v12、V13、V14和各自串聯(lián)的功率二極管Dp D2, D3、D4組成具有反向電壓阻斷能力的電流源型全橋逆變電路，直流輸入電源Vio的正極連接輸入電感L1的一端，輸入電感L1的另一端連接功率二極管D1和D2的陽(yáng)極，功率二極管D1的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V11的漏極，功率二極管D2的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V12的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V11的源極連接功率二極管D3的陽(yáng)極，功率開(kāi)關(guān)管V12的源極連接功率二極管D4的陽(yáng)極，功率二極管D3的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V13的漏極，功率二極管D4的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V14的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V13和V14的源極連接直流輸入電源VDa的負(fù)極； 第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路采用由帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管V21、V22、V23、V24組成的全橋結(jié)構(gòu)，直流輸入電源VDe2的正極連接功率開(kāi)關(guān)管V21和V22的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V21的源極連接功率開(kāi)關(guān)管V23的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V22的源極連接功率開(kāi)關(guān)管V24的漏極，直流輸入電源Vrc2的負(fù)極與功率開(kāi)關(guān)管V23和V24的源極相連，諧振電感Lr的一端與功率開(kāi)關(guān)管V21的源極和V23的漏極連接，諧振電感L的另一端與諧振電容(；的一端相串聯(lián)組成串聯(lián)諧振槽； 高頻隔離變壓器由兩個(gè)原邊繞組Ni、N2和兩個(gè)副邊繞組N3、N4組成，兩個(gè)原邊繞組Ni、N2的匝數(shù)不同但極性相同，兩個(gè)副邊繞組乂、隊(duì)的匝數(shù)相同但極性相反，原邊繞組N1的同名端與第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路中的功率開(kāi)關(guān)管V11的源極連接，N1的異名端與前級(jí)第一個(gè)電流源型全橋電路中的功率開(kāi)關(guān)管V12的源極連接；原邊繞組隊(duì)的同名端與第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路的諧振電容(；的另一端連接,N2的異名端與第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路的功率開(kāi)關(guān)管V22的源極連接；高頻隔離變壓器副邊繞組N3、N4的同名端和異名端與后級(jí)整流電路連接； 后級(jí)整流電路采用具有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的四個(gè)功率晶體管V31、V32> V33、V34組合而成的周波變換器結(jié)構(gòu)，功率管V31的發(fā)射極和功率管V32的發(fā)射極連接，后級(jí)功率管V33的發(fā)射極和功率管V34的發(fā)射極連接，后級(jí)功率管V31的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊N3的同名端連接，后級(jí)功率管V33的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊N3的異名端連接，后級(jí)功率管V34的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊N4的同名端連接，后級(jí)功率管V32的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊N4的異名端連接，輸出濾波電容C1與負(fù)載R1相并聯(lián)，其一端與后級(jí)功率管V31和V32的發(fā)射極連接，另一端與后級(jí)功率管V33和V34的發(fā)射極連接。
2.一種雙輸入全隔離集成變流器，是由第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路，第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路，高頻隔離變壓器和后級(jí)整流電路組成，其特征在于 第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路采用帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管Vn、V12、V13、V14和各自串聯(lián)的功率二極管Dp D2, D3、D4組成具有反向電壓阻斷能力的電流源型全橋逆變電路，直流輸入電源Vio的正極連接輸入電感L1的一端，輸入電感L1的另一端連接功率二極管D1和D2的陽(yáng)極，功率二極管D1的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V11的漏極，功率二極管D2的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V12的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V11的源極連接功率二極管D3的陽(yáng)極，功率開(kāi)關(guān)管V12的源極連接功率二極管D4的陽(yáng)極，功率二極管D3的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V13的漏極，功率二極管D4的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V14的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V13和V14的源極連接直流輸入電源vDa的負(fù)極； 第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路采用由帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管V21、V22、V23、V24組成的全橋結(jié)構(gòu)，直流輸入電源VDe2的正極連接功率開(kāi)關(guān)管V21和V22的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V21的源極連接功率開(kāi)關(guān)管V23的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V22的源極連接功率開(kāi)關(guān)管V24的漏極，直流輸入電源Vrc2的負(fù)極與功率開(kāi)關(guān)管V23和V24的源極相連，諧振電感Lr的一端與功率開(kāi)關(guān)管V21的源極和V23的漏極連接，諧振電感L的另一端與諧振電容(；的一端相串聯(lián)組成串聯(lián)諧振槽； 高頻隔離變壓器由兩個(gè)原邊繞組Ni、N2和兩個(gè)副邊繞組N3、N4組成，兩個(gè)原邊繞組Ni、N2的匝數(shù)不同但極性相同，兩個(gè)副邊繞組乂、隊(duì)的匝數(shù)相同但極性相反，原邊繞組N1的同名端與第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路中的功率開(kāi)關(guān)管V11的源極連接，N1的異名端與前級(jí)第一個(gè)電流源型全橋電路中的功率開(kāi)關(guān)管V12的源極連接；原邊繞組隊(duì)的同名端與第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路的諧振電容(；的另一端連接,N2的異名端與第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路的功率開(kāi)關(guān)管V22的源極連接；高頻隔離變壓器的 副邊繞組乂、隊(duì)的同名端和異名端與后級(jí)整流電路連接； 后級(jí)的整流電路采用具有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的兩個(gè)功率晶體管V41、V42、和兩個(gè)功率二極管D43、D44組合而成電路結(jié)構(gòu)，后級(jí)功率管V41的發(fā)射極和功率管V42的發(fā)射極連接，后級(jí)功率管V33的發(fā)射極和功率管V34的發(fā)射極連接，后級(jí)功率二極管D43的陰極與功率二極管D44的陰極連接，后級(jí)功率管V41的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊乂的同名端連接，后級(jí)功率二極管D43的陰極與高頻隔離變壓器的一副邊N3的異名端連接，后級(jí)功率二極管D44的陰極與高頻隔離變壓器的一副邊N4的同名端連接，后級(jí)功率管V42的集電極與高頻隔離變壓器的一副邊N4的異名端連接,輸出濾波電容C2與負(fù)載R2相并聯(lián),其一端與后級(jí)功率管V4I和V42的發(fā)射極連接，另一端與后級(jí)功率二極管D43的陽(yáng)極和功率二極管D44的陽(yáng)極連接。
3.一種雙輸入全隔離集成變流器，是由第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路，第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路，高頻隔離變壓器和后級(jí)整流電路組成，其特征在于第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路采用帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管Vn、V12、V13、V14和各自串聯(lián)的功率二極管Dp D2, D3、D4組成具有反向電壓阻斷能力的電流源型全橋逆變電路，直流輸入電源Vio的正極連接輸入電感L1的一端，輸入電感L1的另一端連接功率二極管D1和D2的陽(yáng)極，功率二極管D1的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V11的漏極，功率二極管D2的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V12的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V11的源極連接功率二極管D3的陽(yáng)極，功率開(kāi)關(guān)管V12的源極連接功率二極管D4的陽(yáng)極，功率二極管D3的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V13的漏極，功率二極管D4的陰極連接功率開(kāi)關(guān)管V14的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V13和V14的源極連接直流輸入電源VDa的負(fù)極； 第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路采用由帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管V21、V22、V23、V24組成的全橋結(jié)構(gòu)，直流輸入電源VDe2的正極連接功率開(kāi)關(guān)管V21和V22的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V21的源極連接功率開(kāi)關(guān)管V23的漏極，功率開(kāi)關(guān)管V22的源極連接功率開(kāi)關(guān)管V24的漏極，直流輸入電源Vrc2的負(fù)極與功率開(kāi)關(guān)管V23和V24的源極相連，諧振電感Lr的一端與功率開(kāi)關(guān)管V21的源極和V23的漏極連接，諧振電感L的另一端與諧振電容(；的一端相串聯(lián)組成串聯(lián)諧振槽； 高頻隔離變壓器由兩個(gè)原邊繞組Ni、N2和兩個(gè)副邊繞組N3、N4組成，兩個(gè)原邊繞組Ni、N2的匝數(shù)不同但極性相同，兩個(gè)副邊繞組乂、隊(duì)的匝數(shù)相同但極性相反，原邊繞組N1的同名端與第一個(gè)前級(jí)電流型全橋變換電路中的功率開(kāi)關(guān)管V11的源極連接，N1的異名端與前級(jí)第一個(gè)電流源型全橋電路中的功率開(kāi)關(guān)管V12的源極連接；原邊繞組隊(duì)的同名端與第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路的諧振電容(；的另一端連接,N2的異名端與第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路的功率開(kāi)關(guān)管V22的源極連接；高頻隔離變壓器的副邊繞組乂、隊(duì)的同名端和異名端與后級(jí)整流電路連接； 后級(jí)的整流電路采用具有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的四個(gè)功率晶體管V51、V52, V53, V54組成全橋電路結(jié)構(gòu)，后級(jí)功率開(kāi)關(guān)管V51的發(fā)射極和功率開(kāi)關(guān)管V53的集電極連接，并與高頻變壓器的副邊N3的同名端連接，后級(jí)功率開(kāi)關(guān)管V52的發(fā)射極和功率開(kāi)關(guān)管V54的集電極連接，并與高頻變壓器的副邊N3的異名端連接，輸出濾波電容C3與負(fù)載R3相并聯(lián)，其一端與后級(jí)功率管V51和V52的集電極連接，另一端與后級(jí)功率管V53和V54的發(fā)射極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的一種雙輸入全隔離集成變流器，其特征在于所述的 帶有體內(nèi)反并聯(lián)二極管的功率開(kāi)關(guān)管，均可以由不帶體內(nèi)二極管的功率開(kāi)關(guān)管與功率二極 管組合替代。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種雙輸入全隔離集成變流器，它是由第一個(gè)前級(jí)輸入端口的電流型全橋變換電路，第二個(gè)前級(jí)輸入端口的串聯(lián)諧振全橋變換電路，高頻隔離變壓器和后級(jí)整流電路組成。它利用電流型全橋變換器實(shí)現(xiàn)輸入直流電流源的高頻方波逆變，同時(shí)在采用的移相PWM控制方式下實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)；利用串聯(lián)諧振變換器實(shí)現(xiàn)輸入直流電壓源的高頻正弦電流變換，利用多繞組的變壓器實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)高頻方波電流和正弦電流的耦合隔離傳輸，兩個(gè)輸入端口之間不受變壓器電壓箝位的影響，變壓器的原邊繞組電壓均為輸出電壓的折算。并且引入的諧振電感和諧振電容與開(kāi)關(guān)頻率同頻的串聯(lián)諧振過(guò)程，不僅實(shí)現(xiàn)輸入電源向諧振電流源的轉(zhuǎn)換，并且在諧振電流的過(guò)零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了所有功率管的開(kāi)關(guān)切換，降低了電路損耗。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102723873SQ20121017972
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者姚帥, 孫孝峰, 張宇環(huán), 李昕, 裴光明 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)