一種基于三繞組變壓器的雙向有源全橋變換器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于三繞組變壓器的雙向有源全橋變換器，傳統的雙向有源全橋變換器拓撲在變壓器原邊(變壓器副邊)電壓范圍較大的場合存在明顯的不足，本發明通過控制相應開關管的開通關斷使電路工作在多種工作模式中，適應不同的場合，同時降低電路損耗，改善電路效率，提高變壓器原邊(變壓器副邊)電壓范圍。本發明在不改變開關頻率調整范圍的情況下，有效的增大變壓器原邊(變壓器副邊)電壓范圍，降低了整體電路的損耗，使得該電路在電壓變比較大的場合下能夠有較高的轉換效率。
【專利說明】
一種基于三繞組變壓器的雙向有源全橋變換器
技術領域
[0001]本發明涉及一種新型的電力電子接口變換技術領域，特別涉及一種基于三繞組變壓器的雙向有源全橋變換器，屬于電力電子與電工技術領域。
【背景技術】
[0002]在傳統的雙向有源全橋變換電路中，如圖2所示，不對稱半橋變換電路和全橋變換電路轉換效率低和變壓器原邊(變壓器副邊)電壓范圍狹窄。傳統的雙向有源全橋變換電路是通過改變開關管的開關頻率實現改變變壓器副邊電壓，由于隨著變壓器副邊電壓的升高，開關器件的工作頻率也變大，隨之帶來在器件上的開關損耗增大，使系統效率底下。而且在雙向變換器兩端壓差很大的場合，變壓器原邊側開關管需要承受較大的電壓，需要選擇耐壓等級高的開關管，而耐高壓的開關管損耗也增大;變壓器副邊側開關管承受的電流較大，導致開關管發熱嚴重，造成大量的損耗。因此傳統的雙向有源全橋變換器拓撲在變壓器原邊(變壓器副邊)電壓范圍較大的場合存在明顯的不足。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是克服雙向有源全橋變換器轉換效率低、變壓器原邊(變壓器副邊)電壓范圍狹窄的問題，提供了一種三繞組變壓器的隔離型雙向有源全橋變換器拓撲，通過控制相應開關管的開通關斷使電路工作在多種工作模式中，適應不同的場合，同時降低電路損耗，改善電路效率，提高變壓器原邊(變壓器副邊)電壓范圍。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供的解決方案為:
[0005]—種新型基于三繞組變壓器的雙向有源全橋變換器，包括第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管Ql、第六開關管Q2、第七開關管Q3、第八開關管Q4、第九開關管K1、第十開關管K2、第十一開關管Q5、第十二開關管Q6、三繞組變壓器Tl、非極性電容Cl、極性電容C2、第一電感Lr和電源VI;
[0006]所述的第一開關管SI的漏極、第三開關管S3的漏極、電源Vl的正極連接，第二開關管S2的源極與第四開關管S4的源極、電源Vl的負極連接，第一開關管SI的源極、第二開關管S2的漏極、第一電感Lr的一端相連，第一電感Lr的另一端、非極性電容Cl的一端相連，非極性電容Cl的另一端、三繞組變壓器Tl原邊的一端相連，三繞組變壓器Tl原邊的另一端、第三開關管S3的源極、第四開關管S4的漏極相連;三繞組變壓器Tl副邊側的第一抽頭、第五開關管Ql的源極、第六開關管Q2的漏極相連，第五開關管Ql的漏極、第九開關管Kl的漏極相連，第九開關管Kl的源極、第十開關管K2的源極相連，第十開關管K2的漏極、第七開關管Q3的漏極、第十一開關管Q5的漏極、極性電容C2的正極相連，作為變壓器副邊側電源的正極，三繞組變壓器Tl副邊側的第二抽頭、第七開關管Q3的源極、第八開關管Q4的漏極相連，三繞組變壓器Tl副邊側的第三抽頭、第十一開關管Q5的源極、第十二開關管Q6的漏極相連，第六開關管Q2的源極、第八開關管Q4的源極、第十二開關管Q6的源極、極性電容C2的負極相連，作為變壓器副邊側電源的負極；
[0007]在不改變開關頻率調整范圍的情況下，有效的增大變壓器原邊(變壓器副邊)電壓范圍，降低了整體電路的損耗，使得該電路在電壓變比較大的場合下能夠有較高的轉換效率。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明電路原理圖；
[0009]圖2為傳統隔離型雙向有源全橋諧振變換電路原理圖。
【具體實施方式】
[0010]以下結合說明書附圖對本發明作進一步說明。
[0011]圖1為本發明的原理圖，與現有雙向有源全橋諧振變換電路相比通過對相應開關管的控制使本電路可以工作在多種模式中，解決原有雙向有源全橋諧振變換電路變壓器原邊(變壓器副邊)電壓范圍狹窄問題。
[0012]本專利中所涉及開關管泛指一切全控性器件，但在本專利對電路的解釋中以MOS管為例進行描述。
[0013]一種新型基于三繞組變壓器的雙向有源全橋變換器，包括第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管Ql、第六開關管Q2、第七開關管Q3、第八開關管Q4、第九開關管K1、第十開關管K2、第十一開關管Q5、第十二開關管Q6、三繞組變壓器Tl、非極性電容Cl、極性電容C2、第一電感Lr和電源VI;
[0014]所述的第一開關管SI的漏極、第三開關管S3的漏極、電源Vl的正極連接，第二開關管S2的源極與第四開關管S4的源極、電源Vl的負極連接，第一開關管SI的源極、第二開關管S2的漏極、第一電感Lr的一端相連，第一電感Lr的另一端、非極性電容Cl的一端相連，非極性電容Cl的另一端、三繞組變壓器Tl原邊的一端相連，三繞組變壓器Tl原邊的另一端、第三開關管S3的源極、第四開關管S4的漏極相連;三繞組變壓器Tl副邊側的第一抽頭、第五開關管Ql的源極、第六開關管Q2的漏極相連，第五開關管Ql的漏極、第九開關管Kl的漏極相連，第九開關管Kl的源極、第十開關管K2的源極相連，第十開關管K2的漏極、第七開關管Q3的漏極、第十一開關管Q5的漏極、極性電容C2的正極相連，作為變壓器副邊側電源的正極，三繞組變壓器Tl副邊側的第二抽頭、第七開關管Q3的源極、第八開關管Q4的漏極相連，三繞組變壓器Tl副邊側的第三抽頭、第十一開關管Q5的源極、第十二開關管Q6的漏極相連，第六開關管Q2的源極、第八開關管Q4的源極、第十二開關管Q6的源極、極性電容C2的負極相連，作為變壓器副邊側電源的負極；
[0015]三繞組變壓器副邊兩個繞組匝數相同，通過改變相應開關管的開通關斷使本電路可以工作在多種工作模式，適應多種工作場合，不改變開關頻率調整范圍的情況下可以改變變壓器原邊(變壓器副邊)電壓范圍。本電路可以有以下幾種工作模式:
[0016]當第九開關管K1、第十開關管K2閉合時，本電路有三種工作模式:
[0017]工作模式一:
[0018]當變壓器原邊(變壓器副邊)電壓較小(大)時，可以將第七開關管Q3、第八開關管Q4斷開，使變壓器原邊和副邊的匝數比變大，使第七開關管Q3、第八開關管Q4不處在工作狀態;此時控制第五開關管Q1、第六開關管Q2、第十一開關管Q5、第十二開關管Q6作為全橋整流工作；同時通過改變第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4的開關頻率改變變壓器副邊側電壓；
[0019]在該模式下可以實現能量雙向流動。當能量從變壓器原邊側流向變壓器副邊側時，控制第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4進行全橋逆變，與此同時，控制第五開關管Ql、第六開關管Q2、第十一開關管Q5、第十二開關管Q6進行全橋整流；當能量從變壓器副邊側流向變壓器原邊側時，控制第五開關管Q1、第六開關管Q2、第十一開關管Q5、第十二開關管Q6進行全橋逆變，與此同時，控制第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4進行全橋整流；
[0020]工作模式二:
[0021]當變壓器原邊(變壓器副邊)電壓較大(小)，可以將第十一開關管Q5、第十二開關管Q6斷開，使第十一開關管Q5、第十二開關管Q6不處在工作狀態;此時控制第五開關管Q1、第六開關管Q2、第七開關管Q3、第八開關管Q4作為全橋整流工作；同時通過改變第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4的開關頻率改變變壓器副邊側電壓；
[0022]在該模式下可以實現能量雙向流動。當能量從變壓器原邊流向變壓器副邊時，控制第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4進行全橋逆變，與此同時，控制第五開關管Ql、第六開關管Q2、第七開關管Q3、第八開關管Q4進行全橋整流；當能量從變壓器副邊側流向變壓器原邊側時，控制第五開關管Q1、第六開關管Q2、第七開關管Q3、第八開關管Q4進行全橋逆變，與此同時，控制第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4進行全橋整流；
[0023]工作模式三:
[0024]當第六開關管Q2、第七開關管Q3、第十二開關管Q6關斷時，控制第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4使變壓器原邊側進行全橋逆變，控制第五開關管Q1、第八開關管Q4、第十一開關管Q5使變壓器副邊側電路工作在半波整流模式:當能量從變壓器原邊側流向變壓器副邊側時，通過控制第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4進行全橋逆變;在變壓器副邊側電路中第八開關管Q4—直處于導通狀態，副邊側第二抽頭作為兩個繞組的公共端，兩個繞組及相關開關管分別工作在半波整流的工作模式，當變壓器副邊側電路電壓為正向時，控制第五開關管Ql開通進行半波整流，電流經副邊側第一抽頭流出，經過第五開關管Ql、第九開關管Kl、第十開關管K2、負載、第八開關管Q4，流入副邊側第二抽頭；當變壓器副邊側電路電壓為負向時，控制第十一開關管Q5開通進行半波整流，電流經副邊側第三抽頭流出，經過第十一開關管Q5、負載、第八開關管Q4，流入副邊側第二抽頭，整個過程為兩個半波整流的結合，可以得到全波整流相同的效果，但是在每個半波整流周期內減少了一個開關管的開通關斷。
[0025]當第九開關管Kl、第十開關管K2斷開時，本電路有一種工作模式:
[0026]當變壓器原邊(變壓器副邊)電壓較小，可以將第九開關管K1、第十開關管K2斷開，使變壓器原邊和副邊的匝數比較小。第五開關管Q1、第六開關管Q2從電路中切除，此時本電路和現有雙向有源全橋諧振變換電路相同；
[0027]在該模式下還可以實現能量雙向流動，當能量從變壓器原邊側流向變壓器副邊側時，控制第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4進行全橋逆變，與此同時，控制第七開關管Q3、第八開關管Q4、第十一開關管Q5、第十二開關管Q6進行全橋整流；當能量從變壓器副邊側流向變壓器原邊側時，控制第七開關管Q3、第八開關管Q4、第十一開關管Q5、第十二開關管Q6進行全橋逆變，與此同時，控制第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4進行全橋整流；
[0028]應當注意，在說明本發明的某些特征或者方案時所使用的特殊術語不應當用于表示在這里重新定義該術語以限制與該術語相關的本發明的某些特定特點、特征或者方案。總之，不應當將在隨附的權利要求書中使用的術語解釋為將本發明限定在說明書中公開的特定實施例，除非上述詳細說明部分明確地限定了這些術語。因此，本發明的實際范圍不僅包括所公開的實施例，還包括在權利要求書之下實施或者執行本發明的所有等效方案。
【主權項】
1.一種基于三繞組變壓器的雙向有源全橋變換器，包括第一開關管S1、第二開關管S2、第三開關管S3、第四開關管S4、第五開關管Ql、第六開關管Q2、第七開關管Q3、第八開關管Q4、第九開關管K1、第十開關管K2、第十一開關管Q5、第十二開關管Q6、三繞組變壓器Tl、非極性電容Cl、極性電容C2、第一電感Lr和電源Vl; 所述的第一開關管SI的漏極、第三開關管S3的漏極、電源Vl的正極連接，第二開關管S2的源極與第四開關管S4的源極、電源Vl的負極連接，第一開關管SI的源極、第二開關管S2的漏極、第一電感Lr的一端相連，第一電感Lr的另一端、非極性電容Cl的一端相連，非極性電容Cl的另一端、三繞組變壓器Tl原邊的一端相連，三繞組變壓器Tl原邊的另一端、第三開關管S3的源極、第四開關管S4的漏極相連;三繞組變壓器Tl副邊側的第一抽頭、第五開關管Ql的源極、第六開關管Q2的漏極相連，第五開關管Ql的漏極、第九開關管Kl的漏極相連，第九開關管Kl的源極、第十開關管K2的源極相連，第十開關管K2的漏極、第七開關管Q3的漏極、第十一開關管Q5的漏極、極性電容C2的正極相連，作為變壓器副邊側電源的正極，三繞組變壓器Tl副邊側的第二抽頭、第七開關管Q3的源極、第八開關管Q4的漏極相連，三繞組變壓器Tl副邊側的第三抽頭、第十一開關管Q5的源極、第十二開關管Q6的漏極相連，第六開關管Q2的源極、第八開關管Q4的源極、第十二開關管Q6的源極、極性電容C2的負極相連，作為變壓器副邊側電源的負極。
【文檔編號】H02M3/335GK105896997SQ201610446784
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月20日
【發明人】杭麗君, 干彪, 張豪, 王亦龍, 童安平
【申請人】杭州電子科技大學