一种带软开关输入并联输出并联模块化直流变换器.pdf

本发明为了克服在输入串联输出并联的移相全桥变换器中滞后桥臂在轻载时不易实现零电压开通(zvs)的问题，提出了一种应用在大电流场合下，具有软开关的输入并联输出并联直流变换器。可进一步降低开关损耗，提高变换效率。零压开通；能自动适应不同的输入电流、输出电流和负载。根据本发明能实现移相全桥变换器的全范围软开关，提高整个变换器的效率；适用于大电流输入到大电流输出的变换场合，且满足宽输入电流范围、宽输出电流范围、宽负载变化。

权利要求书1.  一种带软开关的输入并联输出并联模块化直流变换器，其特征在于该变换器结构由2个隔离型高频直流变换器子模块构成，输入侧为并联结构，输出侧为并联结构。2.  根据权利1所述子模块选用高频隔离型单极变换拓扑，其特征为高频变压器原边为由四个可控MOS管组成的全桥电路，副边为二极管整流，整流后经过滤波电容以及滤波电容，最终得到直流输出电压。3.  根据权利要求2所述的子模块全桥电路，其特征在于，在第一全桥电路变压器原边的超前臂的中点和第二全桥电路变压器原边滞后臂的中点之间接入一个并联LC网络，Cr1和Lr1的位置可互换；在第二全桥电路超前臂中点和第一全桥电路滞后臂中点接入另一并联LC网络，Lr2和Cr2的位置可以互换。

说明书一种带软开关输入并联输出并联模块化直流变换器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域在电力系统中的应用，尤其涉及一种带软开关的输入并联输出并联模块化直流变换器。
背景技术
随着社会需求的发展，不同功率等级的大电流输入开关型电力电子变换器已经渗透到国民经济的各个行业。由于功率器件的限制，大电流输入电源不能与传统拓扑一样进行设计，需要采用新型的拓扑配合新型的控制方法实现大输入电流的变化。通过输入并联输出并联把DC-DC变换器模块组合起来可适用于大电流输入大电流输出型的场合，输入并联输出并联模块化直流变换器已有相关的研究，但大多局限于对控制方法的研究，很少对输入并联输出并联变换器的软开关技术进行研究。
发明内容
本发明为了克服在输入并联输出并联的移相全桥变换器中滞后桥臂在轻载时不易实现零电压开通(zvs)的问题，提出了一种应用在大电流场合下，具有软开关的输入并联输出并联模块化直流变换器。
所述具有软开关的输入并联输出并联模块化直流变换器的主电路如图1所示，由两个相同的隔离式移相全桥变换器模块通过输入端并联、输出端并联的形式构成，全桥变换器模块高频变压器原边为由四个可控MOS管组成的全桥电路，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8等为MOS管，其中Q1-Q4为第一移相全桥变换模块，Q5-Q8为第二移相全桥变换模块，其中Q1、Q3、Q5、Q7构成超前桥臂，Q2、Q4、Q6、Q8构成滞后桥臂。
两个相同的LC网络由一个电感和一个电容并联而成，分别为Cr1、Lr1和Cr2、Lr2，可以实现各个开关管的零电压导通。两个相同的输入电容Cd1、Cd2起到输入分压的作用，各承受输入电压的1/2。两个高频变压器T1、T2参数相同，变压器副边是两组输出整流二极管D1-D4、D5-D6构成的桥式整流电路，和两组输出滤波电感Lf1、Lf2，参数也完全相同。
由于该直流变换器接有LC谐振软开关，可进一步降低开关损耗，提高变换效率。零压开通；能自动适应不同的输入电流、输出电流和负载。根据本发明能实现移相全桥变换器的全范围软开关，提高整个变换器的效率；适用于大电流输入到大电流输出的变换场合，且满足宽输入电流范围、宽输出电流范围、宽负载变化。
附图说明
图1是带软开关的输入并联输出并联模块化直流变换器结构图。
具体实施方式
图1为带软开关的输入并联输出并联模块化直流变换器本发明所涉及的直流变换器采用极性判别的移相控制策略，该直流变换器的输入为直流电压Uin，原边为输入为正电压的全桥电路，采用移相控制，在一定负载情况下，通过设计变压器的漏感参数以及MOS管漏源极两端电容参数，能实现各个开关管的软件通。具体过程如下：
开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8的驱动信号满足如下关系，超前桥臂Q1、Q7的驱动信号相同，Q3、Q5的驱动信号相同，分别为占空比为0.5的PWM互补信号，两组信号之间存在死区。而滞后桥臂Q2、Q8的驱动信号相同，Q4、Q6的驱动信号相同，也是占空比为0.5的PWM互补信号，两组信号之间存 在死区。
当滞后桥臂Q2、Q8驱动信号控制两管同时关断时，ip1和ir1同时与C2、C4谐振，ip2和ir2同时与C6、C8发生谐振。随后，C2、C8充电电压上升到Vin/2，C4、C6被放电至0，此时之后桥臂Q4、Q6的二极管导通，Q4、Q6实现零电压开通。
当超前桥臂Q1、Q7驱动信号控制两管同时关断时，ip1和ir2同时与C1、C3谐振，ip2和ir1同时C5与C7发生谐振。随后，C1、C7充电电压上升到Vin/2，C3、C5被放电至0，此时之后桥臂Q3、Q5的二极管导通，Q3、Q5实现零电压开通。另外半个周期开关管与前半个周期相似。
第一移相全桥变换模块超前桥臂上管驱动信号的上升沿到滞后桥臂下管驱动信号的上升沿之间为移相角，调节移相角的大小决定了两个并联LC网络两端电压的作用时间以及两个LC网络中电流幅值大小，从而控制移相变换器的输出电压。移相角增大，输出电压减小，并且并联LC网络中电流幅值增大；反之，移相角减小，输出电压增大，并联LC网络中的电流幅值减小。
当输出为恒定电压时，输入电压升高导致移相角增大，从而并联LC网络中的电流幅值增大，更易实现各开关管的零电压开通。当输出电压恒定且负载减小时，移相角增大，此时LC网络中的电流幅值增人，实现各开关管的零电压开通。在输出电压变化且输出电阻恒定时，输出电压增大，移相角减小，并联LC网络电流减小，但是此时变压器漏感电流仍然能实现开关管的零电压开通。随着输出电压减小，输出功率也减小，移相角增大，并联LC网络的电流幅值增大，此时软开关由LC网络的电流实现。