[发明专利]一种输入串联推挽正激变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种变换器，尤其涉及一种输入串联推挽正激变换器，属于电力电子变换器技术领域。

背景技术

开关电源变换器具有效率高、体积小、重量轻等显著的优点，在工业生产、航空航天、新能源发电等国民经济的各个领域发挥着越来越重要的作用。提高变换器的可靠性、效率和功率密度一直是变换器研究领域的重要课题。

双管正激变换器具有内在的抗桥臂直通的能力，可靠性高，因而在工业领域得到了广泛的应用，但双管正激变换器需要使用的开关管数目较多且最大占空比只能为0.5。软开关技术成为提高变换器效率和功率密度的重要手段，近年来获得了广泛的研究与应用。以美国弗吉尼亚大学电力电子中心Fred C.Lee为首的学者系统地提出了直流变压器的概念。直流变压器在接近100％的等效占空比下工作，省去了输出滤波电感，结构简单，采用开环控制，易于实现软开关，可进一步提高效率和功率密度，在两级结构的电压调节模块、分布式电源系统的前端变换器、航空静止变流器等场合具有广泛的应用。中国专利1545200A号中提出了一种双路双管正激变换器拓扑作为直流变压器的主电路拓扑，该变换器具有开关管电压应力低、实现开关管的零电压开关等优点，但使用的开关管数量多，成本较高。常用的直流变压器拓扑还包括半桥、全桥等拓扑，这些拓扑都存在桥臂直通的潜在危险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对背景技术中存在的缺陷而提出一种结构简单、体积小、变换效率高、功率密度大且可靠性高的输入串联推挽正激变换器。

本发明的输入串联推挽正激变换器，其结构包括：直流电源、第一分压电容、第二分压电容、第一功率开关管、第二功率开关管、磁复位二极管、第一电感、第二电感、第一整流二极管、第二整流二极管、输出滤波电容和主功率变压器，其中：直流电源的正极分别连接第一分压电容的一端和第一功率开关管的漏极，直流电源的负极分别连接第二分压电容的一端和第二功率开关管的源极，第一功率开关管的源极分别连接第一电感的一端和磁复位二极管的阴极，第二功率开关管的漏极分别连接第二电感的一端和磁复位二极管的阳极；主功率变压器包括第一初级绕组、第二初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，第一初级绕组的同名端连接第一电感的另一端，第二初级绕组的同名端连接第二电感的另一端，第一初级绕组的非同名端分别连接第二初级绕组的非同名端、第一分压电容的另一端和第二分压电容的另一端，第一次级绕组的同名端连接第一整流二极管的阳极，第一次级绕组的非同名端分别连接第二次级绕组的同名端、输出滤波电容的一端和输出负载的一端，第二次级绕组的非同名端连接第二整流二极管的阳极，第二整流二极管的阴极分别连接第一整流二极管的阴极、输出滤波电容的另一端和输出负载的另一端。

本发明的有益效果为：1、开关管电压应力等于输入电压，适用于中、高压输入场合；2、仅使用两个功率开关管及一个磁复位二极管，电路结构简单；3、实现了功率开关管的零电压开关，变换效率高；4、通过变压器的磁集成技术，减小了变压器的体积，提高了功率密度；5、不存在桥臂直通，变换器可靠性高；6、本发明宜作为直流变压器使用，采用开环控制，起隔离和变压作用。

附图说明

图1是本发明输入串联推挽正激变换器拓扑原理图。

图2是本发明输入串联推挽正激变换器主要波形图，图中：D_S1、D_S2分别为第一、第二功率开关管的驱动信号(ON表示开关管开通，OFF表示开关管关断)；v_DS1、v_DS2分别为第一、第二功率开关管漏极与源极间的电压；v_NS1为第一次级绕组N_S1的电压；i_NP1、i_NP2分别为第一初级绕组N_P1和第二初级绕组N_P2的电流；i_D1为磁复位二极管D₁的电流；t₀～t₄为时间。

图3～图6分别为本发明输入串联推挽正激变换器在开关模态1～开关模态4的等效电路原理图。