專利名稱：一種隔離型有源箝位交錯并聯雙向直流-直流變換器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種雙向直流-直流變換器，尤其是隔離型有源箝位交錯并聯雙 向直流-直流變換器。
背景技術：
近年來，隨著石油、煤等傳統能源大量的消耗，能源的短缺和環境的污染已經成為 世界的焦點，可再生能源的發展和應用受到世界各國的廣泛關注。在可再生能源發電系統 中，如風能、太陽能等可再生能源所產生的電能存在短時間內的波動問題，需要使用能量存 儲系統使發電系統能量平穩輸出。其中，能量存儲系統的核心就是雙向的直流-直流變換 器，可以在發電系統輸出過多能量時存儲多余能量于蓄電池等儲能設備，而在發電系統輸 出能量不足時輸出功率，滿足負載的需求。與此同時，出于對人身安全方面考慮，許多應用 場合都有電氣隔離的要求，為延長蓄電池等儲能設備使用壽命，需要減少低壓電池側紋波。 所以低輸入紋波、高升壓/降壓、高效率的隔離型雙向變換器在可再生能源發電領域里有 著重要的作用。常規的Buck-Boost型雙向直流-直流變換器結構簡單，應用廣泛，但該變換器的 功率開關工作于硬開關狀態，開關損耗較大，功率開關管的電壓應力較大，低壓側電流紋波 大。常規的Buck-Boost型交錯并聯直流-直流雙向變換器只在一定程度上減小了低壓側電 流的紋波，但是其它問題仍然存在。近年來相繼出現了一些高升壓/降壓隔離型直流-直流 雙向變換器，有建立于全橋拓撲的基礎上，且增加有源箝位電路實現功率開關管的軟開關， 所用開關管數量較多，且結構復雜；另外有提出了一種基于半橋結構的雙向變換器，但需要 增加額外的控制電路來解決電容間的電壓不平衡問題。中國專利CN1545195中公開了一種涉及正反激雙向DC-DC變換器，由變壓器次、初 級繞組t與Npl相互耦合構成正激變壓器T1 ；由另一變壓器次、初級繞組Ns2與Np2相互耦 合構成反激變壓器T2,兩個次級繞組t與Ns2各自串聯開關管S1與&后同時并聯于輸入 直流電源。兩個初級繞組Npl與Np2串聯后通過整流/逆變電路和直流電源V2并聯。利用 有源箝位、RCD箝位、LCD箝位、ZVT復位等技術可組成一族雙向變換器拓撲。但是，該技術仍有以下不足1、兩個變壓器處理的功率等級不同，導致變壓器的損耗分配不均，功率開關管的 電壓和電流應力不對稱，增加了熱管理的難度，影響了變換器的壽命；2、在該方案中，正激變壓器不需要氣隙，反激變壓器需要增加較大氣隙，增加了磁 性元件的設計復雜度，不利于工業化大規模生產；3、該方案中，正激變壓器只在其對應開關管導通時向高壓側傳遞能量，而反激變 壓器只在其對應開關管關斷時向高壓側傳遞能量，導致變壓器的利用率不高，增加了變壓 器的體積，降低了系統功率密度；4、由于正激變壓器和反激變壓器的不對稱性，難以實現電路的交錯并聯工作，影 響了系統功率等級的提高。發明內容本實用新型的目的是提供一種結構簡單、低壓側電流紋波小的隔離型有源箝位交 錯并聯雙向直流-直流變換器。為實現上述目的，本實用新型有以下兩種技術解決方案方案1本實用新型的隔離型有源箝位交錯并聯雙向直流-直流變換器，包括低壓側電路 和高壓側電路；所述的低壓側電路包括兩條有源箝位電路和兩條與低壓側電源并聯的支路，第 一條并聯支路由第一低壓側繞組與帶反并二極管的第一功率開關管串聯構成，在第一功率 開關管兩端并聯第一并聯電容，第二條并聯支路由第二低壓側繞組與帶反并二極管的第二 功率開關管串聯構成，在第二功率開關管兩端并聯第二并聯電容；第一有源箝位電路并聯 在第一低壓側繞組兩端或并聯在第一功率開關管的源極和漏極上，其由帶反并二極管的第 一輔助開關管和第一箝位電容串聯構成；第二有源箝位電路并聯在第二低壓側繞組兩端或 并聯在第二功率開關管的源極和漏極上，其由帶反并二極管的第二輔助開關管和第二箝位 電容串聯構成；所述的高壓側電路包括第一高壓側繞組、第二高壓側繞組、帶反并二極管的第三 功率開關管、帶反并二極管的第四功率開關管、第一高壓側電容和第二高壓側電容。其中第 一高壓側繞組與第一低壓側繞組同為一個耦合電感中的兩個繞組，第二高壓側繞組與第二 低壓側繞組同為另一個耦合電感中的兩個繞組，以第一低壓側繞組和第二低壓側繞組中均 與低壓側電源同一極相連的那一端為參照端，第一高壓側繞組與第一低壓側繞組對應的同 名端和第二高壓側繞組與第二低壓側繞組對應的同名端相連，第一高壓側繞組的另一端與 第四功率開關管的源極和第三功率開關管的漏極相連，第二高壓側繞組的另一端與第一高 壓側電容和第二高壓側電容的一端相連，第一高壓側電容的另一端與第三功率開關管的源 極和高壓側電源的一端相連，第二高壓側電容的另一端與第四功率開關管的漏極和高壓側 電源的另一端相連。在第三功率開關管兩端并聯第三并聯電容，在第四功率開關管兩端并 聯第四并聯電容。方案2本實用新型的隔離型有源箝位交錯并聯雙向直流-直流變換器，包括低壓側電路 和高壓側電路；所述的低壓側電路包括有源箝位電路和兩條與低壓側電源并聯的支路，第一條 并聯支路由第一低壓側繞組與帶反并二極管的第一功率開關管串聯構成，在第一功率開關 管兩端并聯第一并聯電容，第二條并聯支路由第二低壓側繞組與帶反并二極管的第二功率 開關管串聯構成，在第二功率開關管兩端并聯第二并聯電容；有源箝位電路由帶反并二極 管的第一輔助開關管、帶反并二極管的第二輔助開關管和箝位電容構成，其中第一輔助開 關管的源極和第一功率開關管的漏極相連，第二輔助開關管的源極和第二功率開關管的漏 極相連，第一輔助開關管的漏極和第二輔助開關管的漏極與箝位電容的一端相連，箝位電 容的另一端與第二功率開關管的源極相連或與第一低壓側繞組同低壓側電源相連的那端 相連。[0019]所述的高壓側電路包括第一高壓側繞組、第二高壓側繞組、帶反并二極管的第三 功率開關管、帶反并二極管的第四功率開關管、第一高壓側電容和第二高壓側電容。其中第 一高壓側繞組與第一低壓側繞組同為一個耦合電感中的兩個繞組，第二高壓側繞組與第二 低壓側繞組同為另一個耦合電感中的兩個繞組，以第一低壓側繞組和第二低壓側繞組中均 與低壓側電源同一極相連的那一端為參照端，第一高壓側繞組與第一低壓側繞組對應的同 名端和第二高壓側繞組與第二低壓側繞組對應的同名端相連，第一高壓側繞組的另一端與 第四功率開關管的源極和第三功率開關管的漏極相連，第二高壓側繞組的另一端與第一高 壓側電容和第二高壓側電容的一端相連，第一高壓側電容的另一端與第三功率開關管的源 極和高壓側電源的一端相連，第二高壓側電容的另一端與第四功率開關管的漏極和高壓側 電源的另一端相連。在第三功率開關管兩端并聯第三并聯電容，在第四功率開關管兩端并 聯第四并聯電容。本實用新型的隔離型有源箝位交錯并雙向直流-直流變換器，利用低壓側并聯結 構減小低壓側電流的紋波，利用功率開關管上的并聯電容實現功率開關管的零電壓關斷， 利用耦合電感的漏感實現功率開關管的零電壓開通，利用輔助開關管及其反并二極管與箝 位電容組成的有源箝位電路實現了漏感能量的無損轉移，利用兩個耦合電感的高壓側繞組 的串聯結構實現了變換器的高升壓/降壓，電路結構簡單，所有功率開關工作于軟開關狀 態，電路中無能量損耗元件，提高了變換器的效率，換流過程中，開關器件無電壓過沖。本實 用新型通過共用磁路的方式，把兩個耦合電感繞制在一個磁元件上，減少了體積。
圖1是方案1隔離型有源箝位交錯并聯雙向直流-直流變換器的電路圖；圖2是方案1低壓側電路的另一種實施方式電路圖；圖3是方案2隔離型有源箝位交錯并聯雙向直流-直流變換器的電路圖；圖4是方案2低壓側電路的另一種實施方式電路圖；圖5是本實用新型雙向直流-直流變換器升壓工作模態下工作過程波形圖；圖6是本實用新型雙向直流-直流變換器降壓工作模態下工作過程波形圖。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的隔離型有源箝位交錯并聯雙向直流-直流變換器，包括低 壓側電路和高壓側電路；所述的低壓側電路包括兩條有源箝位電路和兩條與低壓側電源\并聯的支路， 第一條并聯支路由第一低壓側繞組Lla與帶反并二極管D1的第一功率開關管S1串聯構成， 在第一功率開關管S1兩端并聯第一并聯電容Csi，第二條并聯支路由第二低壓側繞組L2a與 帶反并二極管A的第二功率開關管&串聯構成，在第二功率開關管&兩端并聯第二并聯 電容Cs2 ；圖1所示實例中，第一有源箝位電路并聯并聯在第一功率開關管S1的源極和漏極 上，或者也可以如圖2所示，并聯在第一低壓側繞組Lla兩端。其由帶反并二極管Dcl的第一 輔助開關管Scl和第一箝位電容Cca串聯構成；圖1所示實例中，第二有源箝位電路并聯在 第二功率開關管&的源極和漏極上，或者也可以如圖2所示，并聯在第二低壓側繞組兩 端。其由帶反并二極管D。2的第二輔助開關管、和第二箝位電容C。2串聯構成；[0029]所述的高壓側電路包括第一高壓側繞組Llb、第二高壓側繞組L2b、帶反并二極管 D3的第三功率開關管&、帶反并二極管D4的第四功率開關管、、第一高壓側電容Ctjl和第二 高壓側電容C。2。其中第一高壓側繞組Ln3與第一低壓側繞組Lla同為一個耦合電感中的兩 個繞組，第二高壓側繞組La與第二低壓側繞組I^a同為另一個耦合電感中的兩個繞組，以第 一低壓側繞組Lla和第二低壓側繞組L2a中均與低壓側電源\同一極相連的那一端為參照 端，第一高壓側繞組Ln3與第一低壓側繞組Lla對應的同名端和第二高壓側繞組La與第二低 壓側繞組1^對應的同名端相連，第一高壓側繞組Llb的另一端與第四功率開關管、的源極 和第三功率開關管&的漏極相連，第二高壓側繞組L2b的另一端與第一高壓側電容Ctjl和第 二高壓側電容C。2的一端相連，第一高壓側電容Ctjl的另一端與第三功率開關管&的源極和 高壓側電源Vh的一端相連，第二高壓側電容C。2的另一端與第四功率開關管\的漏極和高 壓側電源Vh的另一端相連。在第三功率開關管&兩端并聯第三并聯電容Cs3，在第四功率 開關管、兩端并聯第四并聯電容CS4。參見圖3，本實用新型的隔離型有源箝位交錯并聯雙向直流-直流變換器，包括低 壓側電路和高壓側電路；所述的低壓側電路包括有源箝位電路和兩條與低壓側電源\并聯的支路，第一 條并聯支路由第一低壓側繞組Lla與帶反并二極管D1的第一功率開關管S1串聯構成，在第 一功率開關管S1兩端并聯第一并聯電容Csi，第二條并聯支路由第二低壓側繞組L2a與帶反 并二極管A的第二功率開關管&串聯構成，在第二功率開關管&兩端并聯第二并聯電容 Cs2 ；有源箝位電路由帶反并二極管Dcl的第一輔助開關管Sca、帶反并二極管D。2的第二輔助 開關管、和箝位電容C。構成，其中第一輔助開關管Sca的源極和第一功率開關管S1的漏極 相連，第二輔助開關管、的源極和第二功率開關管&的漏極相連，第一輔助開關管Sca的 漏極和第二輔助開關管、的漏極與箝位電容C。的一端相連，圖3所示實例中，箝位電容C。 的另一端與第二功率開關管&的源極相連，或者也可以如圖4所示，箝位電容C。的另一端 與第一低壓側繞組Lla同低壓側電源\相連的那端相連。所述的高壓側電路包括第一高壓側繞組Llb、第二高壓側繞組L2b、帶反并二極管 D3的第三功率開關管&、帶反并二極管D4的第四功率開關管、、第一高壓側電容Ctjl和第二 高壓側電容C。2。其中第一高壓側繞組Ln3與第一低壓側繞組Lla同為一個耦合電感中的兩 個繞組，第二高壓側繞組La與第二低壓側繞組I^a同為另一個耦合電感中的兩個繞組，以第 一低壓側繞組Lla和第二低壓側繞組L2a中均與低壓側電源\同一極相連的那一端為參照 端，第一高壓側繞組Ln3與第一低壓側繞組Lla對應的同名端和第二高壓側繞組La與第二低 壓側繞組1^對應的同名端相連，第一高壓側繞組Llb的另一端與第四功率開關管、的源極 和第三功率開關管&的漏極相連，第二高壓側繞組L2b的另一端與第一高壓側電容Ctjl和第 二高壓側電容C。2的一端相連，第一高壓側電容Ctjl的另一端與第三功率開關管&的源極和 高壓側電源Vh的一端相連，第二高壓側電容C。2的另一端與第四功率開關管\的漏極和高 壓側電源Vh的另一端相連。在第三功率開關管&兩端并聯第三并聯電容Cs3，在第四功率 開關管、兩端并聯第四并聯電容CS4。本實用新型雙向直流-直流變換器工作時，將初始的高低壓直流電源接入變換 器，根據采樣所得的低壓側電流、低壓側電源電壓、低壓側箝位電容電壓和高壓側電源電壓 等信號，使用移相加PWM的控制方法，通過DSP程序處理后得出第二功率開關管的控制信號
7超前或滯后于第四功率開關管的控制信號，從而實現傳輸功率大小和方向的控制。根據高 低壓電源電壓幅值，計算出第一功率開關管、第二功率開關管、第一輔助開關管和第二輔助 開關的占空比，使得高壓側等效漏感兩邊的電壓匹配。根據計算得到的每個開關管占空比 大小與相位關系，控制第一功率開關管、第二功率開關管、第一輔助開關管、第二輔助開關、 第三功率開關管和第四功率開關管的開通和關斷。其中，第一功率開關管和第二功率開關管的導通時間相等，相位相差180度，第一 輔助開關管和第一功率開關管的控制信號互補，并有共同關斷的一小段時間作為死區時 間，第二輔助開關管和第二功率開關管的控制信號互補，并有共同關斷的一小段時間作為 死區時間。第三功率開關管和第四功率開關管的控制信號互補，各為0. 5的固定占空比，并 有共同關斷的死區時間。第二功率開關管的控制信號超前或滯后于與第四功率開關管的控 制信號，第一功率開關管的控制信號超前或滯后于第三功率開關管的控制信號。本實用新型的隔離型雙向直流-直流變換器存在升壓、降壓兩種工作模態。每種 工作模態可以分為六種工作過程，在升壓模式下其工作過程為第二輔助開關管、關斷與 第二功率開關管&開通之間的換流過程；第一功率開關管S1關斷與第一輔助開關管Sca開 通之間的換流過程；第三功率開關管&關斷與第四功率開關管、開通之間的換流過程；第 一輔助開關管Scl關斷與第一功率開關管S1開通之間的換流過程；第二功率開關管&關斷 與第二輔助開關管、開通之間的換流過程；第四功率開關管、關斷與第三功率開關管& 開通之間的換流過程。圖1 圖4所示變換器的工作過程基本相同，以圖1為例來說明變 換器的工作過程第二輔助開關管S。2關斷與第二功率開關管&開通之間的換流過程換流前，電路處于第二輔助開關管、導通，第二輔助開關管的反并二極管D。2關 斷，第一功率開關管S1導通，第一功率開關管的反并二極管D1關斷，第三功率開關管&導 通，第三功率開關管的反并二極管D3關斷，第一輔助開關管Scl及其反并二極管Dca關斷，第 二功率開關管&其反并二極管&關斷，第四功率開關管、其反并二極管D4關斷。當第二 輔助開關管、關斷時，在變換器的低壓側，耦合電感的漏感與開關管的并聯電容Cs2開始諧 振，隨著并聯電容Cs2的電壓的下降，第二輔助開關管、的電壓從零開始上升，即第二輔助 開關管、實現了零電壓關斷，當并聯電容Cs2上的電壓線性下降到零時，第二功率開關管& 的反并二極管A導通，此時給出第二功率開關管&的開通信號，就實現了第二功率開關管 &零電壓開通。在此過程中，在變換器的高壓側，第三功率開關管&處于導通狀態，能量從 第一、第二耦合電感轉移到第一高壓側電容Ctjl中。第一功率開關管S1關斷與第一輔助開關管Sca開通之間的換流過程換流前，電路處于第一功率開關管S1導通，第一功率開關管的反并二極管D1關斷， 第二功率開關管&導通，第二功率開關管的反并二極管A關斷，第一輔助開關管Sca及其反 并二極管Dca關斷，第二輔助開關管、及其反并二極管D。2關斷，第三功率開關管&導通， 第三功率開關管的反并二極管D3關斷，第四功率開關管、其反并二極管D4關斷。當第一 功率開關管S1關斷時，在變換器的低壓側，由于開關管并聯電容Csl的作用，第一功率開關 管S1的電壓從零開始以一定的斜率線性上升，因此第一功率開關管S1實現了零電壓關斷。 當第一功率開關管S1的電壓超過第一箝位電容Cca的電壓時，第一輔助開關管的反并二極 管Dca導通，第一耦合電感的漏感中的能量轉移到第一箝位電容Cca中，在第一輔助開關管的反并二極管Del導通后給出第一輔助開關管Scl的開通信號，而實現了第一輔助開關管Sca 的零電壓開通，第一輔助開關管的反并二極管Del退出工作。在此過程中，在變換器的高壓 側，第三功率開關管&處于仍舊處于導通狀態，能量繼續從第一、第二耦合電感轉移到第一 高壓側電容Ctjl中。 第三功率開關管&關斷與第四功率開關管、開通之間的換流過程 換流前，電路處于第二功率開關管&導通，第二功率開關管的反并二極管&關斷， 第三功率開關管&導通，第三功率開關管的反并二極管D3關斷，第一輔助開關管Sel導通， 其反并二極管Dca關斷，第二輔助開關管、及其反并二極管D。2關斷，第一功率開關管S1其 反并二極管D1關斷，第四功率開關管、其反并二極管D4關斷。第三功率開關管&關斷時， 在變換器的高壓側，由于開關管并聯電容Cs3的作用，第三功率開關管&的電壓從零開始以 一定的斜率線性上升，因此第三功率開關管&實現了零電壓關斷。當第三功率開關管&的 電壓超過高壓側電容C。的電壓時，第四功率開關管、的反并二極管D4導通，第一、二耦合 電感的能量轉移到高壓側電容C。2中，在第四功率開關管、的反并二極管D4導通后，給出第 四功率開關管、的開通信號，從而實現了第四功率開關管、的零電壓開通，第四功率開關 管、的反并二極管D4退出工作。第一輔助開關管Sca關斷與第一功率開關管S1開通之間的換流過程由于電路的對稱性，變換器低壓側的換流過程與第二輔助開關管、關斷與第二 功率開關管&開通之間的換流過程類似。第二功率開關管&關斷與第二輔助開關管、開通之間的換流過程由于電路的對稱性，變換器低壓側的換流過程與第一功率開關管S1關斷與第一輔 助開關管Sca開通之間的換流過程類似。第四功率開關管、關斷與第三功率開關管&開通之間的換流過程由于電路的對稱性，變換器高壓側的換流過程與第三功率開關管&關斷與第四功 率開關管、開通之間的換流過程類似。圖5是雙向直流-直流變換器升壓工作模態下工作過程波形圖，圖5中Φ表示移 相角，D表示占空比，圖的上部分為各開關管的驅動波形占空比及相位關系示意圖，圖中的 、為高壓側耦合電感的電流波形，圖中的θ ^至θ η表示一個開關周期中的時間點，Θ。
θ ！時間內是第二輔助開關管、關斷與第二功率開關管&開通之間的換流過程，Q1-Q3 時間內是第一功率開關管S1關斷與第一輔助開關管Sca開通之間的換流過程，θ3 05時 間內是第三功率開關管&關斷與第四功率開關管、開通之間的換流過程，θ5 θ7時間 內是第一輔助開關管Sca關斷與第一功率開關管S1開通之間的換流過程，θ7 θ9時間內 第二功率開關管&關斷與第二輔助開關管、開通之間的換流過程，θ9 θ η時間內是第 四功率開關管、關斷與第三功率開關管&開通之間的換流過程。圖6是雙向直流-直流變換器降壓工作模態下工作過程波形圖。在降壓模式下其 工作過程為以下六個過程第二輔助開關管、關斷與第二功率開關管&開通之間的換流 過程；第一功率開關管S1關斷與第一輔助開關管Sca開通之間的換流過程；第四功率開關管 S4關斷與第三功率開關管&開通之間的換流過程；第一輔助開關管Sca關斷與第一功率開 關管S1開通之間的換流過程；第二功率開關管&關斷與第二輔助開關管s。2開通之間的換 流過程；第三功率開關管S3關斷與第四功率開關管、開通之間的換流過程。[0050]第二輔助開關管S。2關斷與第二功率開關管&開通之間的換流過程換流前，電路處于第二輔助開關管、導通，第二輔助開關管的反并二極管D。2關 斷，第一功率開關管S1導通，第一功率開關管的反并二極管D1關斷，第四功率開關管、導 通，第四功率開關管的反并二極管D4關斷，第一輔助開關管Scl及其反并二極管Dca關斷，第 二功率開關管&其反并二極管&關斷，第三功率開關管&其反并二極管D3關斷。當第二 輔助開關管、關斷時，在變換器的低壓側，耦合電感的漏感與開關管的并聯電容Cs2開始諧 振，隨著并聯電容Cs2的電壓的下降，第二輔助開關管、的電壓從零開始上升，即第二輔助 開關管、實現了零電壓關斷，當并聯電容Cs2上的電壓線性下降到零時，第二功率開關管& 的反并二極管A導通，此時給出第二功率開關管&的開通信號，就實現了第二功率開關管 &零電壓開通。在此過程中，在變換器的高壓側，第四功率開關管、處于導通狀態，能量從 高壓側電容C。2經過第一、第二耦合電感轉移到低壓側。第一功率開關管S1關斷與第一輔助開關管Sca開通之間的換流過程換流前，電路處于第一功率開關管S1導通，第一功率開關管的反并二極管D1關斷， 第二功率開關管&導通，第二功率開關管的反并二極管A關斷，第一輔助開關管Sca及其反 并二極管Dca關斷，第二輔助開關管、及其反并二極管D。2關斷，第四功率開關管、導通， 第四功率開關管的反并二極管D4關斷，第三功率開關管&其反并二極管D3關斷。當第一 功率開關管S1關斷時，在變換器的低壓側，由于開關管并聯電容Csl的作用，第一功率開關 管S1的電壓從零開始以一定的斜率線性上升，因此第一功率開關管S1實現了零電壓關斷。 當第一功率開關管S1的電壓超過第一箝位電容Cca的電壓時，第一輔助開關管的反并二極 管Dca導通，第一耦合電感的漏感中的能量轉移到第一箝位電容Ccl中，在第一輔助開關管的 反并二極管Dca導通后給出第一輔助開關管Scl的開通信號，而實現了第一輔助開關管Scl的 零電壓開通，第一輔助開關管的反并二極管Del退出工作。在此過程中，在變換器的高壓側， 第四功率開關管、處于仍舊處于導通狀態，能量繼續從高壓側電容(；2經過第一、第二耦合 電感轉移到低壓側。第四功率開關管、關斷與第三功率開關管&開通之間的換流過程換流前，電路處于第二功率開關管&導通，第二功率開關管的反并二極管D2關斷， 第四功率開關管、導通，第四功率開關管的反并二極管D4關斷，第一輔助開關管Sca導通， 其反并二極管Dca關斷，第二輔助開關管、及其反并二極管D。2關斷，第一功率開關管S1其 反并二極管D1關斷，第三功率開關管&其反并二極管D3關斷。第四功率開關管、關斷時， 在變換器的高壓側，由于開關管并聯電容Cs4的作用，第四功率開關管、的電壓從零開始以 一定的斜率線性上升，因此第四功率開關管、實現了零電壓關斷。當第三功率開關管&的 電壓線性下降到零時，第三功率開關管&的反并二極管D3導通，此時給出第三功率開關管 S3的開通信號，從而實現了第三功率開關管&的零電壓開通，第三功率開關管&的反并二 極管D3退出工作，第一高壓側電容Ctjl的能量開始轉移第一、二耦合電感中。第一輔助開關管Sca關斷與第一功率開關管S1開通之間的換流過程由于電路的對稱性，變換器低壓側的換流過程與第二輔助開關管、關斷與第二 功率開關管&開通之間的換流過程類似。第二功率開關管&關斷與第二輔助開關管、開通之間的換流過程由于電路的對稱性，變換器低壓側的換流過程與第一功率開關管S1關斷與第一輔助開關管Sca開通之間的換流過程類似。第三功率開關管&關斷與第四功率開關管、開通之間的換流過程由于電路的對稱性，變換器高壓側的換流過程與第四功率開關管、關斷與第三功 率開關管&開通之間的換流過程類似。圖6的上部分為各開關管的驅動波形占空比及相位關系示意圖，Φ表示移相角，D 表示占空比，圖中的、為高壓側耦合電感的電流波形，圖中的θ ^至θ η表示一個開關周 期中的時間點，θ ^ Q1時間內是第二輔助開關管、關斷與第二功率開關管&開通之間 的換流過程，Q1-Q3時間內是第一功率開關管S1關斷與第一輔助開關管Scl開通之間的 換流過程，θ3 Θ 5時間內是第四功率開關管、關斷與第三功率開關管&開通之間的換 流過程，θ 5 Θ 7時間內是第一輔助開關管Scl關斷與第一功率開關管S1開通之間的換流 過程，θ7 Θ9時間內第二功率開關管&關斷與第二輔助開關管、開通之間的換流過程， θ 9 Θ n時間內是第三功率開關管S3關斷與第四功率開關管、開通之間的換流過程。
權利要求1.一種隔離型有源箝位交錯并聯雙向直流-直流變換器，其特征在于，包括低壓側電 路和高壓側電路；所述的低壓側電路包括兩條有源箝位電路和兩條與低壓側電源并聯的支路，第 一條并聯支路由第一低壓側繞組(Lla)與帶反并二極管(D1)的第一功率開關管(S1)串聯構 成，在第一功率開關管(S1)兩端并聯第一并聯電容(Csi)，第二條并聯支路由第二低壓側繞 組(L2a)與帶反并二極管(D2)的第二功率開關管(S2)串聯構成，在第二功率開關管(S2)兩 端并聯第二并聯電容(Cs2)；第一有源箝位電路并聯在第一低壓側繞組(Lla)兩端或并聯在 第一功率開關管(S1)的源極和漏極上，其由帶反并二極管(Dcl)的第一輔助開關管(Sca)和 第一箝位電容(CJ串聯構成；第二有源箝位電路并聯在第二低壓側繞組(L2a)兩端或并聯 在第二功率開關管(S2)的源極和漏極上，其由帶反并二極管(D。2)的第二輔助開關管(S。2) 和第二箝位電容(C。2)串聯構成；所述的高壓側電路包括第一高壓側繞組(Llb)、第二高壓側繞組(L2b)、帶反并二極管 (D3)的第三功率開關管(S3)、帶反并二極管(D4)的第四功率開關管(S4)、第一高壓側電容 (C01)和第二高壓側電容(C。2)，其中第一高壓側繞組(Llb)與第一低壓側繞組(Lla)同為一 個耦合電感中的兩個繞組，第二高壓側繞組(L2b)與第二低壓側繞組(L2a)同為另一個耦合 電感中的兩個繞組，以第一低壓側繞組(Lla)和第二低壓側繞組(L2a)中均與低壓側電源 (Vl)同一極相連的那一端為參照端，第一高壓側繞組(Llb)與第一低壓側繞組(Lla)對應的 同名端和第二高壓側繞組(L2b)與第二低壓側繞組(L2a)對應的同名端相連，第一高壓側繞 組(Llb)的另一端與第四功率開關管(S4)的源極和第三功率開關管(S3)的漏極相連，第二 高壓側繞組(L2b)的另一端與第一高壓側電容(CJ和第二高壓側電容(C。2)的一端相連， 第一高壓側電容(Ctjl)的另一端與第三功率開關管(S3)的源極和高壓側電源(Vh)的一端相 連，第二高壓側電容(C。2)的另一端與第四功率開關管(S4)的漏極和高壓側電源(Vh)的另 一端相連，在第三功率開關管(S3)兩端并聯第三并聯電容(Cs3)，在第四功率開關管(S4)兩 端并聯第四并聯電容(Cs4)。
2.一種隔離型有源箝位交錯并聯雙向直流-直流變換器，其特征在于，包括低壓側電 路和高壓側電路；所述的低壓側電路包括有源箝位電路和兩條與低壓側電源并聯的支路，第一條 并聯支路由第一低壓側繞組(Lla)與帶反并二極管(D1)的第一功率開關管(S1)串聯構成， 在第一功率開關管(S1)兩端并聯第一并聯電容(Csi)，第二條并聯支路由第二低壓側繞組 (L2a)與帶反并二極管(D2)的第二功率開關管(S2)串聯構成，在第二功率開關管(S2)兩端 并聯第二并聯電容(Cs2)；有源箝位電路由帶反并二極管OcJ的第一輔助開關管(Sca)、帶 反并二極管(D。2)的第二輔助開關管(S。2)和箝位電容(C。)構成，其中第一輔助開關管(Sca) 的源極和第一功率開關管(S1)的漏極相連，第二輔助開關管(S。2)的源極和第二功率開關 管0 )的漏極相連，第一輔助開關管(Scl)的漏極和第二輔助開關管(S。2)的漏極與箝位電 容(C。)的一端相連，箝位電容(C。)的另一端與第二功率開關管(S2)的源極相連或與第一 低壓側繞組(Lla)同低壓側電源相連的那端相連；所述的高壓側電路包括第一高壓側繞組(Llb)、第二高壓側繞組(L2b)、帶反并二極管 (D3)的第三功率開關管(S3)、帶反并二極管(D4)的第四功率開關管(S4)、第一高壓側電容 (C01)和第二高壓側電容(C。2)，其中第一高壓側繞組(Llb)與第一低壓側繞組(Lla)同為一個耦合電感中的兩個繞組，第二高壓側繞組(L2b)與第二低壓側繞組(L2a)同為另一個耦合 電感中的兩個繞組，以第一低壓側繞組(Lla)和第二低壓側繞組(L2a)中均與低壓側電源 (Vl)同一極相連的那一端為參照端，第一高壓側繞組(Llb)與第一低壓側繞組(Lla)對應的 同名端和第二高壓側繞組(L2b)與第二低壓側繞組(L2a)對應的同名端相連，第一高壓側繞 組(Llb)的另一端與第四功率開關管(S4)的源極和第三功率開關管(S3)的漏極相連，第二 高壓側繞組(L2b)的另一端與第一高壓側電容(CJ和第二高壓側電容(C。2)的一端相連， 第一高壓側電容(Ctjl)的另一端與第三功率開關管(S3)的源極和高壓側電源(Vh)的一端相 連，第二高壓側電容(C。2)的另一端與第四功率開關管(S4)的漏極和高壓側電源(Vh)的另 一端相連，在第三功率開關管(S3)兩端并聯第三并聯電容(Cs3)，在第四功率開關管(S4)兩 端并聯第四并聯電容(Cs4)。
專利摘要本實用新型的隔離型有源箝位交錯并聯雙向直流-直流變換器，包括四個帶反向并聯二極管和并聯電容的功率開關管、兩個帶反向并聯二極管的輔助開關管、兩個箝位電容、兩個高壓側電容和兩個兩繞組耦合電感。本實用新型利用低壓側并聯結構減小低壓側電流的紋波，利用功率開關管上的并聯電容實現功率開關管的零電壓關斷，利用耦合電感的漏感實現功率開關管的零電壓開通，利用輔助開關管及其反并二極管與箝位電容組成的有源箝位電路實現了漏感能量的無損轉移，利用兩個耦合電感的高壓側繞組的串聯結構實現了變換器的高升壓/降壓，電路結構簡單，所有功率開關工作于軟開關狀態，電路中無能量損耗元件，提高了變換器的效率，換流過程中，開關器件無電壓過沖。
文檔編號H02M3/28GK201821266SQ20102053385
公開日2011年5月4日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年9月17日
發明者何湘寧, 吳海蒙, 李武華 申請人:浙江大學