[發(fā)明專利]一種含有源緩沖器的雙向隔離式DC-DC變換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710585706.2
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107222109B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊世春;周偉韜;郭旭東;閆嘯宇;楊海圣
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 趙文利

1.一種含有源緩沖器的雙向隔離式DC-DC變換器，其特征在于：包括輸入電路、輸出電路，諧振電路和變壓器；所述的變壓器包括繞組N1，N2和N3，以及額外繞組N4；

所述輸入電路包括：輸入電源U1，主開關(guān)管S1，二極管D1和二極管D3；

具體連接如下：

二極管D3與主開關(guān)管S1并聯(lián)連接后，與輸入電源U1、變壓器繞組N1形成回路a；同時二極管D3與主開關(guān)管S1并聯(lián)連接后，與二極管D1，變壓器繞組N1和N2形成回路b，

所述輸出電路包括：負(fù)載，續(xù)流管S2，整流管S3，二極管D2，D4和D5，電容器C1，C2，電感器L1以及電阻R1；

具體連接如下：

電阻R1并聯(lián)電容C1后，串聯(lián)二極管D2和變壓器繞組N3，形成回路1；二極管D5并聯(lián)續(xù)流管S2，二極管D4并聯(lián)整流管S3后，同時串聯(lián)變壓器繞組N3，形成回路2；電容器C2并聯(lián)負(fù)載后，串聯(lián)電感器L1以及二極管D4與整流管S3的并聯(lián)電路，直接連接變壓器繞組N3，形成回路3；

所述諧振電路包括：輔助開關(guān)S4，諧振輔助電感L2，諧振電容Ca以及二極管D6；

具體連接如下：

二極管D6與輔助開關(guān)S4并聯(lián)，依次串聯(lián)諧振電容Ca，諧振輔助電感L2，直接連接變壓器額外繞組N4；且二極管D6的負(fù)極與變壓器繞組N4直接相連；

當(dāng)能量正向流動時，所述的輸入電路中，主開關(guān)管S1進(jìn)行開關(guān)動作控制所傳輸能量的大小；在所述的輸出電路中，為了防止整流管S3和續(xù)流管S2同時導(dǎo)通造成輸出電路中產(chǎn)生貫穿電路，整流管S3和續(xù)流管S2輪流進(jìn)行工作，從而使得能量能夠持續(xù)傳輸；

當(dāng)能量正向流動時，根據(jù)主開關(guān)管S1，續(xù)流管S2，整流管S3的導(dǎo)通與否分為以下四個階段：

第一階段：主開關(guān)管S1和整流管S3導(dǎo)通，續(xù)流管S2關(guān)閉，輸入電流通過電源U1流入變壓器繞組N1，然后流入二極管D3與主開關(guān)管S1并聯(lián)連接的電路，電流流入二極管D3負(fù)極；輸出電路部分，變壓器繞組N3的感應(yīng)電流按順時針依次通過電感L1，電容C2和負(fù)載的并聯(lián)電路，二極管D4與整流管S3的并聯(lián)電路，形成回路；此階段二極管D1、D2、D3和D5中均無電流通過，電流流入二極管D4正極，輸出電路中電流線性上升，能量從輸入電路傳輸?shù)捷敵鲭娐罚藭r諧振電路中無電流通過；

第二階段，主開關(guān)管S1，續(xù)流管S2和整流管S3都關(guān)閉，在輸入電路中沒有電流流過；輸出電路中二極管D2不導(dǎo)通，變壓器繞組N3，電阻R1和電容C1的并聯(lián)電路，以及二極管D2組成的回路中無電流通過，此時續(xù)流管S2未導(dǎo)通，二極管D5導(dǎo)通，變壓器繞組N3，電感L1，電容C2和負(fù)載的并聯(lián)電路，以及二極管D4與整流管S3的并聯(lián)電路組成的回路中有電流通過，同時，二極管D5，電感L1，電容C2和負(fù)載的并聯(lián)電路組成的回路中有電流通過；電流流入D4正極和D5正極；此時通過由變壓器繞組N3、電感L1、電容C2和負(fù)載的并聯(lián)電路，以及二極管D4與整流管S3的并聯(lián)電路組成的回路的電流逐漸減少，通過二極管D5、電感L1、電容C2和負(fù)載并聯(lián)電路組成的回路的電流則從零開始逐漸增大；開關(guān)S1，S3在關(guān)閉過程前，諧振電路中，開關(guān)S4導(dǎo)通，感應(yīng)電流通過繞組N4，電感L2，電容Ca，流入開關(guān)S4和二極管D6并聯(lián)的電路里，使得主開關(guān)管S1和整流管S3在關(guān)閉過程中，電流先逐漸下降到零，實現(xiàn)軟開關(guān)；

第三階段，主開關(guān)管S1，整流管S3關(guān)閉，續(xù)流管S2導(dǎo)通，輸入電路中無電流流過；輸出電路中，二極管D2和D4不導(dǎo)通，二極管D5與續(xù)流管S2的并聯(lián)電路中的電流由續(xù)流管S2中的MOS管續(xù)流，電流流入二極管D5的正極和續(xù)流管S2，依次經(jīng)過電感L1，電容C2和負(fù)載的并聯(lián)電路組成的回路；這一階段通過二極管D5與續(xù)流管S2的并聯(lián)電路中的電流逐漸減小直到續(xù)流管S2被觸發(fā)關(guān)斷后結(jié)束；續(xù)流管S2在重新導(dǎo)通前，諧振電路中，輔助開關(guān)S4導(dǎo)通，感應(yīng)電流通過繞組N4，電感L2，電容Ca，二極管D6正極，諧振電路的電流觸發(fā)，使得續(xù)流管S2在重新導(dǎo)通前，兩端電壓，電流為零，實現(xiàn)軟開關(guān)；

第四階段，主開關(guān)管S1，續(xù)流管S2和整流管S3都關(guān)閉，輸入電路中無電流通過；輸出電路中，二極管D2和D4不導(dǎo)通，二極管D5與續(xù)流管S2的并聯(lián)電路中的電流由二極管D5續(xù)流，依次經(jīng)過電感L1，電容C2和負(fù)載的并聯(lián)電路，電流流入二極管D5正極；這一階段持續(xù)直到主開關(guān)管S1被觸發(fā)導(dǎo)通結(jié)束，電路重新進(jìn)入第一階段時的工作狀態(tài)；此時，諧振電路中，輔助開關(guān)S4開啟，電流與第三階段方向相反，二極管D6中無電流流過。