本发明涉及电力电子器件,尤其涉及一种基于软开关与输入增强复用电路的全周期功率传输变换器。
背景技术:
1、随着电力电子技术的飞速发展,dc-dc变换器作为电能变换的关键装置,其应用领域不断拓展。其中,隔离式全桥变换器凭借其高功率输出和出色的输入输出电气隔离特性,在可再生能源系统、电动汽车、工业控制系统和通信和数据中心服务器等领域占据了举足轻重的地位,应用场景广泛。其中移相全桥变换器由于具有自然零电压开关、结构简单、效率高等优点,被广泛应用于工业领域。
2、然而,传统的移相全桥变换器存在几个众所周知的缺点。首先,在轻载条件下,难以实现滞后桥臂开关的零电压开关,导致效率低,输出电压噪声。其次,占空比丢失问题导致输出电压严重下降,电压增益远达不到理论值,阻碍移相全桥变换器的高频化。第三,输出电流纹波大,导致滤波电感体积大。第四,整流二极管上的寄生振荡增加了器件的电压应力,导致电磁干扰大。
3、如今已有多种解决方案来解决上述问题,但它们各自都有不足和局限性。比如:可以减小主变压器励磁电感,但是这种方式会大大增加电路损耗;也可以采用可变电感代替改变一次侧的串联电感,以减小占空比丢失,但是这种方法会导致电感磁芯发热严重;还可以使用非对称控制方法实现软开关,但是滤波电感设计困难。
技术实现思路
1、技术目的:针对现有技术中的缺陷,本发明公开了一种基于软开关与输入增强复用电路的全周期功率传输变换器,控制方式较为简单,通过主变压器原边在续流期间产生反向电压,使原边循环电流快速减小,实现滞后桥臂开关零电流关断,解决软开关范围窄的技术问题,通过软开关与输入增强副边串联模块加强输入电源电压,解决目前占空比丢失导致电压增益过低的技术问题,添加能量回收模块抑制整流二极管振荡,并使变换器全周期内都能传输功率到滤波器模块与输出回路,减少滤波电感的电流纹波,简单高效地实现改善电路性能,提高工作效率的发明目的。
2、技术方案:为实现上述技术目的,本发明采用以下技术方案。
3、一种基于软开关与输入增强复用电路的全周期功率传输变换器,包括:输入电源模块、主功率与输入增强副边串联模块、软开关与输入增强原边并联模块、电路整流器模块、能量回收模块、滤波器模块与输出回路;
4、所述输入电源模块用于提供直流电压vin;
5、所述主功率与输入增强副边串联模块,包括连接的主变压器t1和辅助变压器t2;主功率与输入增强副边串联模块用于为主变压器t1提供正负交替的交流电压,主功率与输入增强副边串联模块的正极性输入端连接输入电源模块的正极,主功率与输入增强副边串联模块的负极性输入端连接输入电源模块的负极;
6、所述软开关与输入增强原边并联模块,包括与主功率与输入增强副边串联模块复用的辅助变压器t2;软开关与输入增强原边并联模块用于在一个周期范围内控制辅助变压器t2电压始终与输入电源模块顺极性串联,从而增强输入电压,输入增强原边并联模块的正极性输入端连接输入电源模块正极,输入增强原边并联模块的负极性输入端连接输入电源模块负极;
7、所述电路整流器模块,包括与输入增强副边串联模块复用的主变压器t1;电路整流器模块用于将主变压器t1的交流电压整流成高频方波直流电压,通过电路整流器模块的第一输出端和电路整流器模块的第二输出端输出;
8、所述能量回收模块,其第一输入端、第二输入端分别与电路整流器模块的第一输出端、电路整流器模块的第二输出端连接;用于抑制电路整流器模块整流过程中产生的电压振荡和改善电磁干扰,并通过能量回收模块的输出端输出;
9、所述滤波器模块与输出回路,其第一输入端、第二输入端与电路整流器模块的第一输出端、电路整流器模块的第二输出端连接,其第三输入端与能量回收模块的输出端连接;用于接收电路整流器模块输出的高频方波滤波后,滤波输出直流电压vo。
10、有益效果:
11、(1)结构简单、成本低,能改善传统移相全桥控制电路psfb的不足。
12、(2)能够拓展滞后桥臂软开关范围和改善占空比丢失。
13、(3)减小输出滤波电感的体积和重量。
14、(4)能够提高电路的电压增益,使主变压器可以采用更大的匝数比,减小一次导通损耗和二次电压应力。
15、(5)抑制二次电压振荡,减小整流二极管电压应力。
16、(6)能够减小循环电流,减小器件导通损耗。
17、(7)采用pwm定频控制,控制方式简单。
1.一种基于软开关与输入增强复用电路的全周期功率传输变换器,其特征在于,包括:输入电源模块、主功率与输入增强副边串联模块、软开关与输入增强原边并联模块、电路整流器模块、能量回收模块、滤波器模块与输出回路;
2.根据权利要求1所述的一种基于软开关与输入增强复用电路的全周期功率传输变换器,其特征在于:所述主功率与输入增强副边串联模块包括第一功率开关管q1、第二功率开关管q2、第三功率开关管q3、第四功率开关管q4、隔直电容cb、主变压器t1、辅助变压器t2;
3.根据权利要求2所述的一种基于软开关与输入增强复用电路的全周期功率传输变换器,其特征在于:每个功率开关管的漏极和源极之间并联有结电容,且漏极和源极之间反向并联体二极管。
4.根据权利要求1所述的一种基于软开关与输入增强复用电路的全周期功率传输变换器,其特征在于:所述软开关与输入增强原边并联模块包括第二功率开关管q2、第四功率开关管q4、辅助变压器t2,软开关与输入增强原边并联模块与主功率与输入增强副边串联模块复用第二功率开关管q2、第四功率开关管q4、辅助变压器t2;
5.根据权利要求1所述的一种基于软开关与输入增强复用电路的全周期功率传输变换器,其特征在于:所述电路整流器模块包括第一功率二极管d1、第二功率二极管d2、第三功率二极管d3、第四功率二极管d4、主变压器t1;电路整流器模块与主功率与输入增强副边串联模块复用主变压器t1;
6.根据权利要求1所述的一种基于软开关与输入增强复用电路的全周期功率传输变换器,其特征在于:所述能量回收模块包括缓冲电容cs、二极管dc1、二极管dc2;
7.根据权利要求1所述的一种基于软开关与输入增强复用电路的全周期功率传输变换器,其特征在于:所述滤波器模块与输出回路包括滤波电感lo、滤波电容co、负载r;
