本发明涉及电能变换,且特别是有关于一种直流/直流变换器。
背景技术:
1、直流/直流变换器可以分为隔离型直流/直流变换器和非隔离型直流/直流变换器两大类。其中,隔离型直流/直流变换器使用变压器,通常情况下通过改变变压器的匝数比实现相当高的电压增益,但是由于变压器的原副边之间实际上无法实现完全耦合,会有漏感存在,导致电路中会产生尖峰电压,容易击穿电路中的器件,降低直流/直流变换器的工作效率,并引起严重的电磁干扰。此外,当实现非常高的升压比时,不可避免地会使得变压器的匝数比变大,进而使得变压器的体积增大,成本也会相应提高。在非隔离型直流/直流变换器中,可以通过引入耦合电感器实现高电压增益,同时器件的电压应力比较低。然而,这种结构需要大量的电感,同样会导致变换器的体积增加和效率降低。
技术实现思路
1、本发明旨在提供一种直流/直流变换器。
2、为达到上述目的,本发明技术方案是:
3、一种直流/直流变换器,包括原边逆变模块、变压模块、副边整流模块与双向开关模块,所述原边逆变模块、所述变压模块、所述副边整流模块依次并联,所述双向开关模块连接所述副边整流模块;
4、所述原边逆变模块包括第一电感、第一开关、第二开关、第三开关与第一电容,第一直流电压的正极经过所述第一电感连接所述第三开关的第一端,所述第三开关的第二端连接所述第一电容的第一端,所述第一电容的第二端连接所述第一直流电压的负极,所述第三开关的第一端连接所述第一开关的第二端,所述第一开关的第一端连接所述变压模块,所述第三开关的第一端连接所述第二开关的第二端,所述第二开关的第一端连接所述变压模块。
5、在一具体实施例中,上述变压模块包括变压器,所述第一开关的第一端连接所述变压器的第一原边绕组的第一端,所述变压器的第一原边绕组的第二端连接所述第一电容的第二端,所述第二开关的第一端连接所述变压器的第二原边绕组的第一端,所述变压器的第二原边绕组的第二端连接所述第一电容的第二端,所述变压器的副边绕组的第一端连接第二电感的第一端,所述第二电感的第二端与所述变压器的副边绕组的第二端连接所述副边整流模块。
6、在一具体实施例中,上述副边整流模块包括第一二极管、第二二极管、第二电容、第三电容,所述第二电感的第二端连接所述第二电容的第一端与所述第三电容的第一端,所述变压器的副边绕组的第二端连接所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极,所述第一二极管的阴极连接所述第二电容的第二端,所述第二二极管的阳极连接所述第三电容的第二端,所述第二电容的第二端与所述第三电容的第二端之间输出第二直流电压。
7、在一具体实施例中,上述双向开关模块包括双向开关,所述双向开关的第一端连接所述第二电感的第二端,所述双向开关的第二端连接所述变压器的副边绕组的第二端,所述双向开关包括第四开关与第五开关,所述第四开关与所述第五开关背靠背连接;其中,所述第四开关与所述第五开关为mosfet;或所述第四开关为二极管,所述第五开关为mosfet;或所述第五开关为二极管,所述第四开关为mosfet。
8、进一步地,所述第一开关与所述第二开关的导通时刻相差180°,所述第一开关、所述第二开关的占空比相同。
9、进一步地,在所述第一开关、所述第二开关同时导通情况下,所述第三开关关断;当所述第一开关、所述第二开关有一个处于关断状态,所述第三开关导通。
10、进一步地,在所述第一开关或所述第二开关导通的时刻同时开通所述第四开关、所述第五开关,在所述第三开关关断之前驱动所述第四开关、所述第五开关关断。
11、进一步地,所述一种直流/直流变换器的电压增益mf的表达式如下:
12、
13、其中,n为所述变压器的匝数比,vo为所述第二直流电压,d2为所述第四开关、所述第五开关的占空比,ts为所述第四开关、所述第五开关的开关周期,l2为所述第二电感,ps为输出功率,d1为所述第三开关的占空比,具有电压增益高,适用于宽范围输入电压场合的特性。
14、进一步地,所述一种直流/直流变换器,还包括输出电容,所述副边整流模块经过所述输出电容输出第二直流电压。
15、进一步地,所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关为mosfet,所有开关在工作期间均可实现零电压开通;所述第二电感为副边谐振电感,由变压器漏感提供,无需增加额外谐振电感。
16、有益效果,本发明一种直流/直流变换器,能够实现宽输入电压范围情况下的高电压增益,并且在宽输入电压范围下也能保持高效率;为减小因变压器原边电感和变压器漏感之间的电流不匹配引起的开关器件的高电压尖峰,在原边侧设计有源钳位拓扑,并通过设定的开关状态,仅使用一个开关,将开关的电压限制在2倍的输入电压内,且开关器件的数目少;为了实现高电压增益,避免使用匝比较大的变压器,原边侧采用固定增益的电流型推挽拓扑,副边侧采用双向开关加倍压整流拓扑对电压进行提升,扩宽了电压增益范围;并且采用谐振型电路,使整流管自然关断,消除了二极管的反向恢复问题;采用pwm控制,仅需控制双向开关的占空比,就能实现高电压增益的目的,控制简单,使得电路在宽输入电压范围内,实现输出电压的恒压控制,并且使所有功率管均可以实现零电压开通,所有二极管实现自然零电流关断,无反向恢复电流,确保了宽输入电压条件下的高效率运行。
17、为让发明的上述特征和优点能更明显易懂,下文特举实施例,并配合所附图式作详细说明如下。
1.一种直流/直流变换器,其特征在于,包括原边逆变模块、变压模块、副边整流模块与双向开关模块,所述原边逆变模块、所述变压模块、所述副边整流模块依次并联,所述双向开关模块连接所述副边整流模块;
2.如权利要求1所述一种直流/直流变换器,其特征在于,所述变压模块包括变压器,所述第一开关的第一端连接所述变压器的第一原边绕组的第一端,所述变压器的第一原边绕组的第二端连接所述第一电容的第二端,所述第二开关的第一端连接所述变压器的第二原边绕组的第一端,所述变压器的第二原边绕组的第二端连接所述第一电容的第二端,所述变压器的副边绕组的第一端连接第二电感的第一端,所述第二电感的第二端与所述变压器的副边绕组的第二端连接所述副边整流模块。
3.如权利要求2所述一种直流/直流变换器,其特征在于,所述副边整流模块包括第一二极管、第二二极管、第二电容、第三电容,所述第二电感的第二端连接所述第二电容的第一端与所述第三电容的第一端,所述变压器的副边绕组的第二端连接所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极,所述第一二极管的阴极连接所述第二电容的第二端,所述第二二极管的阳极连接所述第三电容的第二端,所述第二电容的第二端与所述第三电容的第二端之间输出第二直流电压。
4.如权利要求3所述一种直流/直流变换器,其特征在于,所述双向开关模块包括双向开关,所述双向开关的第一端连接所述第二电感的第二端,所述双向开关的第二端连接所述变压器的副边绕组的第二端,所述双向开关包括第四开关与第五开关,所述第四开关与所述第五开关背靠背连接;其中,所述第四开关与所述第五开关为mosfet;或所述第四开关为二极管,所述第五开关为mosfet;或所述第五开关为二极管,所述第四开关为mosfet。
5.如权利要求4所述一种直流/直流变换器,其特征在于,所述第一开关与所述第二开关的导通时刻相差180°,所述第一开关、所述第二开关的占空比相同。
6.如权利要求5所述一种直流/直流变换器,其特征在于,在所述第一开关、所述第二开关同时导通情况下,所述第三开关关断;当所述第一开关、所述第二开关有一个处于关断状态,所述第三开关导通。
7.如权利要求6所述一种直流/直流变换器,其特征在于,在所述第一开关或所述第二开关导通的时刻同时开通所述第四开关、所述第五开关,在所述第三开关关断之前驱动所述第四开关、所述第五开关关断。
8.如权利要求7所述一种直流/直流变换器,其特征在于,所述一种直流/直流变换器的电压增益mf的表达式如下:
9.如权利要求1所述一种直流/直流变换器,其特征在于,还包括输出电容,所述副边整流模块经过所述输出电容输出第二直流电压。
10.如权利要求4所述一种直流/直流变换器,其特征在于,所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关为mosfet,所有开关在工作期间均可实现零电压开通;所述第二电感为副边谐振电感,由变压器漏感提供,无需增加额外谐振电感。
