無直通問題的直流變壓器的製作方法

2023-10-25 07:16:22 4

本實用新型涉及直流變壓器領域，具體是一種無直通問題的直流變壓器。

背景技術：

傳統的直流變壓器為實現電能傳輸，原邊側需通過逆變器產生高頻交流信號，全橋拓撲是目前最常用的逆變器拓撲，當其橋臂功率管以0.5佔空比互補導通時，變壓器能夠實現最大直流母線電壓利用率，然而全橋拓撲存在橋臂直通問題，需要加入死區，導致電壓利用率降低。

技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種無直通問題的直流變壓器，以解決現有技術直流變壓器原邊側全橋拓撲存在直通的問題。

為了達到上述目的，本實用新型所採用的技術方案為：

無直通問題的直流變壓器，其特徵在於：包括變壓器T，所述變壓器T具有兩組原邊繞組Lp1、Lp2，以及一組副邊繞組，變壓器T的兩組原邊繞組Lp1、Lp2緊密耦合且匝數相同；在變壓器T的原邊側設有二極體Do1、Do2、Do3、Do4，其中二極體Do1的陽極與一個開關So2的一端連接，二極體Do2的陰極與一個開關So1的一端連接，二極體Do3的陽極與一個開關So4的一端連接，二極體Do4的陰極與一個開關So3的一端連接，開關So1的另一端、二極體Do1的陰極、開關So3的另一端、二極體Do3的陰極共接後作為一個輸入端，二極體Do2的陽極、開關So2的另一端、二極體Do4的陽極、開關So4的另一端共接後作為另一個輸入端，兩輸入端之間接入電源UDC，開關So1與二極體Do2的陰極之間通過電感Ls11與原邊第一組繞組Lp1的一端連接，開關So4與二極體Do3的陽極之間通過電感Ls12與原邊第一組繞組Lp1的另一端連接，開關So2與二極體Do1的陽極之間通過電感Ls21與原邊第二組繞組Lp2的一端連接，開關So3與二極體Do4的陰極之間通過電感Ls22與原邊第二組繞組Lp2的另一端連接；在變壓器T的副邊側設有二極體Di1、Di2、Di3、Di4，以及開關Si1、Si2、Si3、Si4，其中二極體Di1的陽極與Di2的陰極連接，二極體Di3的陽極與Di4的陰極連接，開關Si1的一端與開關Si2的一端連接，開關Si3的一端與開關Si4的一端連接，開關Si1的另一端、二極體Di1的陰極、開關Si3的另一端、二極體Di3的陰極共接後作為一個輸出端，開關Si2的另一端、二極體Di2的陽極、開關Si4的另一端、二極體Di4的陽極共接後作為另一個輸出端，開關Si1與開關Si2之間、二極體Di1的陽極與Di2的陰極之間分別接入副邊繞組一端，開關Si3與開關Si4之間、二極體Di3的陽極與Di4的陰極之間分別接入副邊繞組另一端。

所述的無直通問題的直流變壓器，其特徵在於：由二極體Do1、Do2、Do3、Do4，開關So1、So2、So3、So4，以及電感Ls11與電感Ls12、原邊繞組Lp1、Lp2構成雙繞組耦合型雙Buck/雙Boost全橋拓撲結構的原邊側。

本實用新型針對現有技術原邊側高頻逆變器採用全橋拓撲，存在直通問題的情況，提出一種無直通問題的新型直流變壓器，直流變壓器的原邊側高頻逆變器電路採用新型雙繞組耦合型雙Buck/雙Boost全橋拓撲，通過無連接點雙繞組耦合的方式，將變壓器漏感等效成為傳統雙Buck/雙Boost全橋拓撲的防直通電感，和傳統全橋拓撲相比，無需在電路中增加額外的元器件，且消除了死區、提高直流電壓利用率的同時減小了系統體積。

與已有技術相比，本實用新型的有益效果體現在：

1、避免了傳統橋式拓撲直通問題，無需在互補的驅動信號中加入死區，提高了直流電壓利用率。

2、通過變壓器原邊繞組的雙繞組耦合，充分利用變壓器漏感，無需在電路中增加額外的元器件，比傳統雙Buck/雙Boost拓撲電路更為簡單。

附圖說明

圖1為本實用新型直流變壓器電路圖。

圖2為三種高頻逆變拓撲圖，其中：

圖2（a）為本實用新型拓撲圖，圖2（b）為傳統雙Buck/雙Boost全橋拓撲圖，圖2（c）為傳統全橋拓撲圖。

具體實施方式

如圖1所示，無直通問題的直流變壓器，包括變壓器T，所述變壓器T具有兩組原邊繞組Lp1、Lp2，以及一組副邊繞組，變壓器T的兩組原邊繞組Lp1、Lp2緊密耦合且匝數相同；在變壓器T的原邊側設有二極體Do1、Do2、Do3、Do4，其中二極體Do1的陽極與一個開關So2的一端連接，二極體Do2的陰極與一個開關So1的一端連接，二極體Do3的陽極與一個開關So4的一端連接，二極體Do4的陰極與一個開關So3的一端連接，開關So1的另一端、二極體Do1的陰極、開關So3的另一端、二極體Do3的陰極共接後作為一個輸入端，二極體Do2的陽極、開關So2的另一端、二極體Do4的陽極、開關So4的另一端共接後作為另一個輸入端，兩輸入端之間接入電源UDC，開關So1與二極體Do2的陰極之間通過電感Ls11與原邊第一組繞組Lp1的一端連接，開關So4與二極體Do3的陽極之間通過電感Ls12與原邊第一組繞組Lp1的另一端連接，開關So2與二極體Do1的陽極之間通過電感Ls21與原邊第二組繞組Lp2的一端連接，開關So3與二極體Do4的陰極之間通過電感Ls22與原邊第二組繞組Lp2的另一端連接；在變壓器T的副邊側設有二極體Di1、Di2、Di3、Di4，以及開關Si1、Si2、Si3、Si4，其中二極體Di1的陽極與Di2的陰極連接，二極體Di3的陽極與Di4的陰極連接，開關Si1的一端與開關Si2的一端連接，開關Si3的一端與開關Si4的一端連接，開關Si1的另一端、二極體Di1的陰極、開關Si3的另一端、二極體Di3的陰極共接後作為一個輸出端，開關Si2的另一端、二極體Di2的陽極、開關Si4的另一端、二極體Di4的陽極共接後作為另一個輸出端，開關Si1與開關Si2之間、二極體Di1的陽極與Di2的陰極之間分別接入副邊繞組一端，開關Si3與開關Si4之間、二極體Di3的陽極與Di4的陰極之間分別接入副邊繞組另一端。

由二極體Do1、Do2、Do3、Do4，開關So1、So2、So3、So4，以及電感Ls11與電感Ls12、原邊繞組Lp1、Lp2構成雙繞組耦合型雙Buck/雙Boost全橋拓撲結構的原邊側。

對於圖1，變壓器T的原邊部分通過無連接點雙繞組耦合的方式，將變壓器漏感等效成為傳統雙Buck/雙Boost全橋拓撲的防直通電感，消除了死區，並實現能量的雙向流動。當繞組對稱時，可將漏感看作對稱分布，即Ls11和Ls12之和為原邊繞組Lp1的漏感Ls1，Ls21和Ls22之和為原邊繞組Lp2的漏感Ls2。

對於圖2，在圖2(a)中，原邊繞組Lp1和原邊繞組Lp2緊密耦合，匝數相同，故A1和A2可近似看作等電位點，與圖2(b)中的A點等效，同理，圖2(a)中的B1和B2點與圖2(b)中的B點等效，故在理想情況下，雙繞組耦合型雙Buck/雙Boost全橋拓撲可與傳統雙Buck/雙Boost全橋拓撲等效分析，然而變壓器漏感無法等效為傳統雙Buck/雙Boost全橋拓撲的防直通電感，需要額外增加電感器件。對於圖2(b)，當So1或Do2導通時，可將E1點定義為橋臂輸出點，當So2或Do1導通時，可將E2點定義為橋臂輸出點，故E1和E2點與圖2(c)中的E點等效，同理圖2(b)中F1和F2點與圖2(c)中的F點等效，即雙Buck/雙Boost拓撲橋臂輸出點的定義與傳統全橋拓撲的橋臂輸出點相同。可以看出，三種拓撲在相同驅動信號和參數的情況下，在變壓器二次側感應出的電壓完全相同，且拓撲均能實現能量的雙向流動，其中雙繞組耦合型雙Buck/雙Boost全橋拓撲不僅可以避免直通導致的直流電壓利用率降低，也不存在外加電感導致的系統體積成本的增加和效率降低的問題，適用於車外高頻逆變-整流環節。