使用高頻三相變壓器直流變換器的副邊整流電路的製作方法

2023-05-20 22:37:11

專利名稱：使用高頻三相變壓器直流變換器的副邊整流電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種副邊整流電路，具體說是使用高頻三相變壓器直流變換器的 副邊整流電路。
技術背景 常規副邊三相整流高頻變壓器Δ /Y聯結的高增益DC/DC變換器，包括六個功率開 關管，六個輸出整流二極體，一個輸入濾波電容，一個輸出濾波電感，一個輸出濾波電容，及 一個高頻三相變壓器，高頻三相變壓器的原邊繞組為三角形聯結、副邊繞組為星形聯結。第 一功率開關管的源極與第四功率開關管的漏極及高頻三相變壓器原邊三角形繞組的一端 相連，第三功率開關管的源極與第六功率開關管的漏極及高頻三相變壓器原邊三角形繞組 的另一端相連，第五功率開關管的源極與第二功率開關管的漏極及高頻三相變壓器原邊三 角形繞組的最後一端相連，第一整流二極體的陽極與第四整流二極體的陰極及高頻三相變 壓器副邊星形聯結繞組的一端相連，第三整流二極體的陽極與第六整流二極體的陰極及高 頻三相變壓器副邊星形聯結繞組的另一端相連，第五整流二極體的陽極與第二整流二極體 的陰極及高頻三相變壓器副邊星形聯結繞組的最後一端相連。這種變換器在穩態工作時， 副邊整流二極體截止時的反向電壓等於輸出電壓。一般情況下，輸出電壓較高，因而副邊整 流二極體將承受較高的電壓應力。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種使用高頻三相變壓器直流變換器的副邊整流電 路，給高頻變壓器Δ /Y聯結的高增益隔離型DC/DC變換器提供副邊整流二極體兩端較低的 電壓應力，提高變換器的工作效率。本實用新型的使用高頻三相變壓器直流變換器的副邊整流電路，原邊功率變換電 路與常規副邊三相整流的高頻變壓器△ /Y聯結的高增益DC/DC變換器相同，包括六個功率 開關管，一個輸入濾波電容，及一個高頻三相變壓器，高頻三相變壓器的原邊繞組為三角形 聯結。而副邊二極體整流電路包括一個輸出濾波電感，一個輸出濾波電容，及十二個整流二 極管，第一整流二極體的陽極與第二整流二極體的陰極及高頻三相變壓器副邊第一繞組的 一端相連，第三整流二極體的陽極與第四整流二極體的陰極及高頻三相變壓器副邊第一繞 組的另一端相連，第五整流二極體的陽極與第七整流二極體的陰極及高頻三相變壓器副邊 第二繞組的一端相連，第六整流二極體的陽極與第八整流二極體的陰極及高頻三相變壓器 副邊第二繞組的另一端相連，第十一整流二極體的陽極與第九整流二極體的陰極及高頻三 相變壓器副邊第三繞組的一端相連，第十二整流二極體的陽極與第十整流二極體的陰極及 高頻三相變壓器副邊第三繞組的另一端相連。第二整流二極體的陽極與第四整流二極體的 陽極相連，第五整流二極體的陰極與第六整流二極體的陰極相連，再將兩者相連；第七整流 二極體的陽極與第八整流二極體的陽極相連，第十一整流二極體的陰極與第十二整流二極 管的陰極相連，再將兩者相連。[0005]原邊電路與常規副邊三相整流的高頻變壓器Δ /Y聯結的高增益DC/DC變換器相 同，為三相橋式功率變換電路，且上、下功率開關管互補對稱工作，在變壓器副邊可得到一 組梯形波電壓，即使高頻三相變壓器的匝比較小，仍然可以得到較高的輸出電壓。本實用新型的使用高頻三相變壓器直流變換器的副邊整流電路，包括十二個整流 二極體和一個高頻三相變壓器，高頻三相變壓器的原邊繞組為△型聯結。本實用新型利用 了三個串聯的全橋整流電路來實現輸出升壓，常規的三相整流電路副邊整流二極體截止時 反向電壓等於輸出電壓，而使用高頻三相變壓器DC/DC變換器的副邊整流電路中每個整流 二極體兩端的反向電壓為輸出電壓的一半。本實用新型與現有技術相比具有如下優點和效果本實用新型利用高頻三相變壓 器的概念，變壓器繞組進行△/Y聯結實現副邊階梯波輸出，並利用了三個串聯的全橋整流 電路來實現輸出升壓。與常規的副邊三相整流電路相比，每個整流二極體兩端的反向電壓 僅為輸出電壓的一半。

圖1是本實用新型的使用高頻三相變壓器直流變換器的副邊整流電路的電路圖；圖2是本實用新型的使用高頻三相變壓器直流變換器的副邊整流電路的穩態工 作波形圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的使用高頻三相變壓器直流變換器的副邊整流電路，原邊功 率變換電路與常規副邊三相整流的高頻變壓器△ /Y聯結的高增益DC/DC變換器相同，包括 六個功率開關管Ql、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，一個輸入濾波電容Cin，及一個高頻三相變壓器TXl， 高頻三相變壓器的原邊繞組為三角形聯結。而副邊二極體整流電路包括一個輸出濾波電感 1^肚，一個輸出濾波電容(01^，及十二個整流二極體01、02、03、04、05、06、07、08、09、010、 D11、D12。Dl的陽極與D2的陰極及高頻三相變壓器副邊第一繞組的一端相連，D3的陽極與 D4的陰極及高頻三相變壓器副邊第一繞組的另一端相連，D5的陽極與D7的陰極及高頻三 相變壓器副邊第二繞組的一端相連，D6的陽極與D8的陰極及高頻三相變壓器副邊第二繞 組的另一端相連，Dll的陽極與D9的陰極及高頻三相變壓器副邊第三繞組的一端相連，D12 的陽極與DlO的陰極及高頻三相變壓器副邊第三繞組的另一端相連。D2的陽極與D4的陽 極相連，D5的陰極與D6的陰極相連，再將兩者相連；D7的陽極與D8的陽極相連，Dll的陰 極與D12的陰極相連，再將兩者相連。功率開關管的佔空比為0.5時，一個完整的工作周期內，使用高頻三相變壓器直 流變換器的副邊整流電路存在六個工作模態，如圖2所示。t0 tl 功率開關管Q1、Q6、Q5導通，A點電壓為輸入電壓Vin, B點電壓為零，C點 電壓為輸入電壓 Vin，故 Vab = Vin，Vbc = -Vin, Vca = 0，由於 Vatl = Vab · N，Vbo = Vbc · N，Vc0 = Vca-NjN = Ns/Np, Np為變壓器原邊繞組的圈數；Ns為變壓器副邊繞組的圈數。因此，可以 得到Vab = 2Vin · N, Vbc = -Vin · N, Vca = -Vin · N，由於Vab的絕對值最高，因此副邊整流二極 管06、07、01、04及09 012導通，這段時間的輸出電壓為V。ut = 2Vin · N。[0014]tl t2 功率開關管Q2、Q1、Q6導通，A點電壓為輸入電壓Vin，B點電壓為零，C點
電壓為輸入電壓零，故 Vab = Vin，Vbc = 0，Vca = -Vin,由於 Va0 = Vab · N，Vbo = Vbc · N，Vc0 = Vca-N0因此，可以得到Vab = Vin · N，Vbc = Vin · N，Vca = _2Vin ·Ν，由於Vca的絕對值最高，因 此副邊整流二極體D1、D4、D9、D12及D5 D8導通，這段時間的輸出電壓為V。ut = 2Vin ·Ν。 t2 t3 功率開關管Q3、Q2、Ql導通，A點電壓為輸入電壓Vin，B點電壓為輸入電 壓 Vin，C 點電壓為零，故 Vab = 0，Vbc = Vin，Vca = -Vin,由於 Va0 = Vab · N，Vbo = Vbc · N，Vc0 =Vca · N。因此，可以得到 Vab = -Vin · N，Vbc = 2Vin · N，Vca = -Vin · N，由於 Vbc 的絕對值 最高，因此副邊整流二極體D9、D12、D5、D8及Dl D4導通，這段時間的輸出電壓為V。ut = 2Vin · N。t3 t4 功率開關管Q4、Q3、Q2導通，A點電壓為零，B點電壓為輸入電壓Vin，C 點電壓為零，故 Vab = -Vin, Vbc = Vin, Vca = 0，由於 Va0 = Vab · N，Vbo = Vbc · N，Vc0 = Vca · N。 因此，可以得到Vab = -2Vin · N, Vbc = Vin · N, Vca = Vin · N，由於Vab的絕對值最高，因此副邊 整流二極體D5、D8、D2、D3&D9 D12導通，這段時間的輸出電壓為V。ut = 2Vin · N。t4 t5:功率開關管Q5、Q4、Q3導通，A點電壓為零，B點電壓為輸入電壓Vin，C 點電壓為輸入電壓 Vin，故 Vab = -Vin, Vbc = 0, Vca = Vin，由於 Va0 = Vab · N，Vbo = Vbc · N，Vc0 =Vca · N。因此，可以得到 Vab = -Vin · N，Vbc = -Vin · N，Vca = 2Vin · N，由於 Vca 的絕對值最 高，因此副邊整流二極體D2、D3、D10、Dll及D5 D8導通，這段時間的輸出電壓為V。ut = 2Vin · N。t5 t6 功率開關管Q6、Q5、Q4導通，A點電壓為零，B點電壓為零，C點電壓為輸 入電壓 Vin，故 Vab = 0，Vbc = -Vin, Vca = Vin，由於 Va0 = Vab · N，Vbo = Vbc · N，Vc0 = Vca · N。 因此，可以得到Vab = Vin · N, Vbc = -2Vin · N, Vca = Vin · N，由於Vbc的絕對值最高，因此副邊 整流二極體010、011、06、07及01 04導通，這段時間的輸出電壓為V。ut = 2Vin · N。從以上分析過程可以看出，在每個工作模態中始終都有V。ut = 2Vin*N，與常規副邊 三相整流的高頻變壓器△ /Y聯結的高增益DC/DC變換器相同，副邊繞組仍然可以得到電壓 梯形波，因而可以實現倍壓輸出。輸出端的濾波電感Lout與濾波電容Cout可以平滑副邊 整流二極體的換流過程，降低輸出電流紋波。常規的三相整流電路副邊整流二極體截止時 反向電壓等於輸出電壓，而高頻變壓器△ /Y聯結DC/DC變換器的副邊整流電路中每個整流 二極體兩端的反向電壓為輸出電壓的一半。
權利要求一種使用高頻三相變壓器直流變換器的副邊整流電路，其特徵在於包括一個輸出濾波電感(Lout)，一個輸出濾波電容(Cout)，及十二個整流二極體(D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12)，第一整流二極體(D1)的陽極與第二整流二極體(D2)的陰極及高頻三相變壓器副邊第一繞組的一端相連，第三整流二極體(D3)的陽極與第四整流二極體(D4)的陰極及高頻三相變壓器副邊第一繞組的另一端相連，第五整流二極體(D5)的陽極與第七整流二極體(D7)的陰極及高頻三相變壓器副邊第二繞組的一端相連，第六整流二極體(D6)的陽極與第八整流二極體(D8)的陰極及高頻三相變壓器副邊第二繞組的另一端相連，第十一整流二極體(D11)的陽極與第九整流二極體(D9)的陰極及高頻三相變壓器副邊第三繞組的一端相連，第十二整流二極體(D12)的陽極與第十整流二極體(D10)的陰極及高頻三相變壓器副邊第三繞組的另一端相連；第二整流二極體(D2)的陽極與第四整流二極體(D4)的陽極相連，第五整流二極體(D5)的陰極與第六整流二極體(D6)的陰極相連，再將兩者相連；第七整流二極體(D7)的陽極與第八整流二極體(D8)的陽極相連，第十一整流二極體(D11)的陰極與第十二整流二極體(D12)的陰極相連，再將兩者相連。
2.根據權利要求1所述的整流電路，其特徵在於原邊電路與常規副邊三相整流的高頻 變壓器Δ/Υ聯結的高增益DC/DC變換器相同，為三相橋式功率變換電路，且上、下功率開關 管互補對稱工作，在變壓器副邊可得到一組梯形波電壓。
專利摘要本實用新型公開的使用高頻三相變壓器直流變換器的副邊整流電路，包括十二個整流二極體和一個高頻三相變壓器，高頻三相變壓器的原邊繞組為Δ型聯結。本實用新型利用了三個串聯的全橋整流電路來實現輸出升壓，與常規的三相整流電路相比，每個整流二極體兩端的反向電壓為輸出電壓的一半。
文檔編號H02M3/26GK201733236SQ20102023316
公開日2011年2月2日 申請日期2010年6月21日 優先權日2010年6月21日
發明者吳曙亮, 梁年慶, 胡炎申, 謝運祥 申請人:華南理工大學;廣州廣日電氣設備有限公司