專利名稱：n管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無源均壓軟開關(guān)電路，尤其是η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓 軟開關(guān)電路
背景技術(shù)：
η管高頻電力電子器件串聯(lián)時(shí)需要一種能使各管動(dòng)態(tài)均壓的電路。在高頻率高電 壓時(shí)不論是單管運(yùn)行或多管串聯(lián)運(yùn)行都需要一種能減少動(dòng)態(tài)開關(guān)損耗的軟開關(guān)電路?，F(xiàn)有 的多管高頻電子器件串聯(lián)電路或者是有源的，或者是采用耗能的辦法來達(dá)到的。個(gè)別采用 無源的電路需要利用負(fù)載上的壓降來達(dá)到均壓，它受負(fù)載影響?yīng)毩⑿圆粔?，而且不能組成 軟開關(guān)作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種η管串聯(lián)高頻電力 電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路。本發(fā)明的η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路，包括串聯(lián)連接的η 個(gè)高頻電力電子開關(guān)，η ^ 1、直流電源Ud、負(fù)載R和電感L，在負(fù)載R兩端反并聯(lián)二極管D， 在直流電源Ud兩端并聯(lián)電容C，在每個(gè)高頻電力電子開關(guān)的兩端并聯(lián)由電容Cl與二極管 Dl構(gòu)成的串聯(lián)電路，其中并聯(lián)在第η個(gè)高頻電力電子開關(guān)的串聯(lián)電路的二極管Dl的兩端并 聯(lián)由電容C2與變壓器T的原邊線圈Tl串聯(lián)組成的能量反饋電路，在其余相鄰的串聯(lián)電路 的電容Cl和二極管Dl的接點(diǎn)之間分別接入二極管D4，其中二極管D4的陽極與下一級(jí)二 極管Dl的陽極相連，二極管D4的陰極與上一級(jí)二極管Dl的陽極相連，變壓器T的副邊線 圈Τ2的一端與隔直電容C3的一端相連，隔直電容C3的另一端與二極管D2的陰極及二極 管D3的陽極相連，二極管D2的陽極與直流電源Ud負(fù)極相連，二極管D3的陰極與電感Ll 的一端相連，電感Ll的另一端接直流電源Ud正極，變壓器T的副邊線圈Τ2的另一端與二 極管D3和電感Ll的接點(diǎn)相連。當(dāng)η個(gè)串聯(lián)的高頻高壓電力電子開關(guān)輸出端有較大電感時(shí)，為了保證η個(gè)串聯(lián)的 高頻高壓電力電子開關(guān)的電壓不超過鉗位電壓?？梢栽诖?lián)連接的η個(gè)高頻電力電子開關(guān) 的首尾兩端并聯(lián)由電容Cl’和二極管D1’串聯(lián)組成的鉗位電路，在二極管D1’兩端并聯(lián)由 電容C2’和變壓器Τ’的原邊線圈Tl’串聯(lián)組成的另一條能量反饋電路，變壓器Τ’的副邊 線圈Τ2’的一端與隔直電容C3’的一端相連，隔直電容C3’的另一端與二極管D2’的陰極 及二極管D3’的陽極相連，二極管D2’的陽極與直流電源Ud負(fù)極相連，二極管D3’的陰極 與直流電源Ud正極相連，變壓器Τ’的副邊線圈Τ2’的另一端與二極管D3’的陰極相連，在 串聯(lián)連接的負(fù)載R和電感L的兩端反并聯(lián)二極管D’。上述的η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路，除了體積較大的變壓 器外，可以將η個(gè)高頻電力電子開關(guān)的芯片和部分元件(例如并聯(lián)在各高頻電力電子開關(guān) 兩端的電容Cl與二極管Dl以及二極管D4)封裝在一起。
上述的η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路中，在η個(gè)高頻電力電 子開關(guān)關(guān)斷時(shí)，電容Cl上的電壓=Ud/n，變壓器T的匝比應(yīng)滿足在η個(gè)高頻電力電子開關(guān) 導(dǎo)通時(shí)，能使電容Cl上的電壓從Ud/n開始下降，電容Cl兩端電壓值為0彡電容Cl兩端電 壓彡Ud/n,當(dāng)降到Ud/n時(shí)為無源均壓硬開關(guān)電路。改變變壓器T的匝比使電容Cl上的電 壓從Ud/n降到電壓最小值UClmin，不同的匝比將有不同的UClmin值，UClmin值可在0 Ud/n之間改變，UClmin = Ud/n時(shí)代表硬開關(guān)限壓鉗位無源均壓運(yùn)行；UClmin = 0時(shí)代表 完全軟開關(guān)狀態(tài)運(yùn)行。同理，變壓器T’的匝比應(yīng)滿足在η個(gè)高頻電力電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，能使電容Cl’上 的電壓從Ud開始下降，電容Cl，兩端電壓值為0彡電容Cl，兩端電壓彡Ud，當(dāng)降到Ud時(shí) 為無源均壓硬開關(guān)電路。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)η個(gè)高頻電力電子開關(guān)的軟開通和軟關(guān)斷，降低開關(guān)過程中的損 耗，并且能實(shí)現(xiàn)η個(gè)高頻電力電子開關(guān)的無源均壓，封裝成模塊后可大大減小體積。


圖1為一種η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路原理圖；圖2為第二種η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路原理圖；圖3為η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述參照圖1，本發(fā)明的η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路，包括串聯(lián) 連接的η個(gè)高頻電力電子開關(guān)Kl、Κ2. . . Κη，η彡1、直流電源Ud、負(fù)載R和電感L，在負(fù)載R 兩端反并聯(lián)二極管D，在直流電源Ud兩端并聯(lián)電容C，在每個(gè)高頻電力電子開關(guān)的兩端并聯(lián) 由電容Cl與二極管Dl構(gòu)成的串聯(lián)電路，其中并聯(lián)在第η個(gè)高頻電力電子開關(guān)的串聯(lián)電路 的二極管Dl的兩端并聯(lián)由電容C2與變壓器T的原邊線圈Tl串聯(lián)組成的能量反饋電路，在 其余相鄰的串聯(lián)電路的電容Cl和二極管Dl的接點(diǎn)之間分別接入二極管D4，其中二極管D4 的陽極與下一級(jí)二極管Dl的陽極相連，二極管D4的陰極與上一級(jí)二極管Dl的陽極相連， 變壓器T的副邊線圈Τ2的一端與隔直電容C3的一端相連，隔直電容C3的另一端與二極管 D2的陰極及二極管D3的陽極相連，二極管D2的陽極與直流電源Ud負(fù)極相連，二極管D3的 陰極與電感Ll的一端相連，電感Ll的另一端接直流電源Ud正極，變壓器T的副邊線圈Τ2 的另一端與二極管D3和電感Ll的接點(diǎn)相連。當(dāng)η個(gè)串聯(lián)的高頻高壓電力電子開關(guān)輸出端有較大電感時(shí)，為了保證η個(gè)串聯(lián)的 高頻高壓電力電子開關(guān)的電壓不超過鉗位電壓?？扇鐖D2所示，在串聯(lián)連接的η個(gè)高頻電 力電子開關(guān)K1、K2. . . Kn的首尾兩端并聯(lián)由電容Cl’和二極管D1’串聯(lián)組成的鉗位電路，在 二極管D1’兩端并聯(lián)由電容C2’和變壓器Τ’的原邊線圈Tl’串聯(lián)組成的另一條能量反饋 電路，變壓器Τ’的副邊線圈Τ2’的一端與隔直電容C3’的一端相連，隔直電容C3’的另一 端與二極管D2’的陰極及二極管D3’的陽極相連，二極管D2’的陽極與直流電源Ud負(fù)極相 連，二極管D3’的陰極與直流電源Ud正極相連，變壓器Τ’的副邊線圈Τ2’的另一端與二極管D3’的陰極相連，在串聯(lián)連接的負(fù)載R和電感L的兩端反并聯(lián)二極管D’。上述的η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路中，在η個(gè)高頻電力電 子開關(guān)關(guān)斷時(shí)，電容Cl上的電壓=Ud/n，變壓器T的匝比應(yīng)滿足在η個(gè)高頻電力電子開關(guān) 導(dǎo)通時(shí)，能使電容Cl上的電壓從Ud/n開始下降，電容Cl兩端電壓值為0彡電容Cl兩端 電壓< Ud/n，當(dāng)降到Ud/n時(shí)為無源均壓硬開關(guān)電路，改變變壓器T的匝比使電容Cl上的電 壓從Ud/n降到電壓最小值UClmin，不同的匝比將有不同的UClmin值，UClmin值可在0 Ud/n之間改變，UClmin = Ud/n時(shí)代表硬開關(guān)限壓鉗位無源均壓運(yùn)行；UClmin = 0時(shí)代表 完全軟開關(guān)狀態(tài)運(yùn)行。同理，變壓器T’的匝比應(yīng)滿足在η個(gè)高頻電力電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，能使電容Cl’上 的電壓從Ud開始下降，電容Cl，兩端電壓值為0彡電容Cl，兩端電壓彡Ud，當(dāng)降到Ud時(shí) 為無源均壓硬開關(guān)電路。工作原理說明以圖1為例進(jìn)行說明。軟關(guān)斷的原理當(dāng)高頻電力電子開關(guān)Kl. . . Kn-I上有過電壓產(chǎn)生，利用高頻電力電子開關(guān)各自 對應(yīng)的電容Cl與二極管Dl串聯(lián)電路進(jìn)行鉗位，并通過二極管D4，高頻電力電子開關(guān)Kl、 K2、... Kn-I將各自對應(yīng)的電容Cl上沖進(jìn)去的能量都匯集到第η個(gè)高頻電力電子開關(guān)Kn對 應(yīng)的電容Cl上，η個(gè)高頻電力電子開關(guān)Kl. . . Kn上各電容Cl兩端的電壓均會(huì)降到UClmin。 因而均能成軟關(guān)斷狀態(tài)。下面將對高頻電力電子開關(guān)Kn對應(yīng)的電容Cl上能量的釋放進(jìn)行 詳細(xì)說明。其波形圖見圖3。(1)設(shè)原來高頻電力電子開關(guān)Kn導(dǎo)通，流過電流i，并設(shè)原來高頻電力電子開關(guān)Kn 對應(yīng)的電容Cl的電壓為零，現(xiàn)在當(dāng)t = to時(shí)，高頻電力電子開關(guān)Kn斷開，則高頻電力電子 開關(guān)Kn的電流i迅速被切斷，改道由高頻電力電子開關(guān)Kn對應(yīng)的電容Cl和二極管Dl流 通，電容Cl的電壓慢慢上升，高頻電力電子開關(guān)Kn兩端的電壓U也慢慢上升。由于i降到 零以前U值很小，故開關(guān)兩端電壓U與開關(guān)上電流i的乘積不大，即關(guān)斷損耗不大，也即成 軟關(guān)斷狀態(tài)。高頻電力電子開關(guān)Kn對應(yīng)的二極管Dl上電壓為零。(2)高頻電力電子開關(guān)Kn關(guān)斷到穩(wěn)態(tài)后，高頻電力電子開關(guān)Kn對應(yīng)的電容Cl兩 端的電壓升到Ud/n，高頻電力電子開關(guān)Kn對應(yīng)的二極管Dl上的電壓仍為零。(3)接著在t = 11時(shí)，高頻電力電子開關(guān)Kn重新導(dǎo)通，高頻電力電子開關(guān)Kn兩端 電壓迅速降為零，但由于二極管Dl的作用，電容Cl的電荷不會(huì)迅速釋放掉，電容Cl的電壓 UCl要慢慢下降，因?yàn)榇藭r(shí)電容Cl要經(jīng)過導(dǎo)通的Kn，電容C2和變壓器T的原邊線圈Tl進(jìn) 行放電，電容Cl的放電速度要由變壓器T的原邊線圈Tl的等效阻抗決定，在此段時(shí)間內(nèi)電 容C2和變壓器T的原邊線圈Tl上的電壓開始不等于零，慢慢降為零，電容Cl也如此，一直 到高頻電力電子開關(guān)kn開通結(jié)束(t = t4時(shí))。(4) t = t5 時(shí)重復(fù)第 1 步 t = t0，. · ·。在這樣一個(gè)周期內(nèi)電容C2和變壓器T的原邊線圈Tl上的電壓波形Um ⑵含有 直流分量Uc2和交流分量Un，其中的直流分量承受在電容C2上，交流分量承受在變壓器T 的原邊線圈Tl上。變壓器T的副邊線圈T2和隔直電容C3上的電壓波形與電容C2和變壓 器T的原邊線圈Tl上的一樣，大小按變壓器T的匝比確定，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)脑驯仁棺儔浩鱐的 副邊線圈T2和隔直電容C3上的電壓U(T2 ⑶大于電源電壓Ud。這樣的電壓加到電源電壓Ud和電感Ll的電路上，將使電感Ll的電流iLl逐漸上升，電容Cl、電容C2和變壓器T的 原邊線圈Tl、變壓器T的副邊線圈T2和隔直電容C3的電壓逐漸下降，直至t = t2時(shí)U(T2 C3)等于Ud，此時(shí)iLl達(dá)到最大，iUmax。其后U(T2 ⑶小于Ud，iLl開始下降，一直到t = t3 時(shí) =0，設(shè)此時(shí)iLl下降到某一數(shù)值iu(t3)，其后iLl繼續(xù)下降一直到零(t =〖4)，而^ 一直保持為零。直至t = t5下一個(gè)周期開始，高頻電力電子開關(guān)Kn斷開，重復(fù)t = t0時(shí) 的狀態(tài)，...。根據(jù)上面對電路的描述和對原理的說明可見改變變壓器T的匝比，使變壓器副 邊線圈T2的電壓降低，可以降低iUmax的數(shù)值，使得當(dāng)iLl降到零(t = t4)時(shí) 仍大于零， 此時(shí)Uci = Ucifflin,以后UC 1就維持在Uamin —直到t = t5，在這種情況下不存在t3的時(shí)刻。 下一周波開始時(shí)高頻電力電子開關(guān)Kn斷開，U從Uamin慢慢上升到Ud/n，而不是從零慢慢上 升到Ud/n，定義Soff為關(guān)斷的軟化范圍，Soff = (Ud/n-U。lmin)/Ud/n。改變變壓器T的匝 比，可以從O到1.0之間改變Soff。如果Soff = 0，則表示高頻電力電子開關(guān)Kn完全是一 個(gè)硬開關(guān)，高頻電力電子開關(guān)Kn對應(yīng)的電容Cl只是起了動(dòng)態(tài)鉗位的作用，毫無軟化作用， 在這種情況下電感Ll可以很小或去掉。軟開通的原理在圖1所述的電路中串入的電感L，它的數(shù)值不大，理想情況是采用非線性電感， 在小電流時(shí)電感較大而大電流時(shí)電感較小，但它可以起到軟開通的作用。它使得高頻電力 電子開關(guān)Kn開通時(shí)電流上升較慢，而高頻電力電子開關(guān)Kn的電壓U卻迅速下降到零。從 而使開關(guān)兩端電壓U與開關(guān)上電流i的乘積不大，即成軟開通狀態(tài)。在圖1電路中設(shè)計(jì)Soff = 0，變壓器T的原副邊線圈T1/T2的匝比為1 1，L1 = 0，這樣圖1電路只起了電容鉗位無源均壓的作用，然后再在η個(gè)開關(guān)串聯(lián)后并接一條總的 軟化電路，如圖2所示，圖2中的電容Cl’、二極管D1’、電容C2’、另一個(gè)變壓器Τ’的原邊線 圈Tl，、變壓器Τ，的副邊線圈Τ2，、電容C3，、二極管D2，、二極管D3，、線圈Li，組成了軟關(guān) 斷電路。當(dāng)電路中的外部電路存在較大電感L時(shí)，η個(gè)高頻電力電子開關(guān)Kl. .. Kn關(guān)斷時(shí)， 電容Cl、電容Cl’上的電壓會(huì)上沖很高，在這種情況下我們還要加一個(gè)二極管，如圖2中的 二極管D’所示，其基本原理與圖1相同。同時(shí)圖1也可類似地改變。最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限 于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo) 出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
n管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路，其特征是包括串聯(lián)連接的n個(gè)高頻電力電子開關(guān)(K1、K2...Kn)，n≥1、直流電源Ud、負(fù)載R和電感L，在負(fù)載R兩端反并聯(lián)二極管D，在直流電源Ud兩端并聯(lián)電容C，在每個(gè)高頻電力電子開關(guān)的兩端并聯(lián)由電容C1與二極管D1構(gòu)成的串聯(lián)電路，其中并聯(lián)在第n個(gè)高頻電力電子開關(guān)的串聯(lián)電路的二極管D1的兩端并聯(lián)由電容C2與變壓器T的原邊線圈T1串聯(lián)組成的能量反饋電路，在其余相鄰的串聯(lián)電路的電容C1和二極管D1的接點(diǎn)之間分別接入二極管D4，其中二極管D4的陽極與下一級(jí)二極管D1的陽極相連，二極管D4的陰極與上一級(jí)二極管D1的陽極相連，變壓器T的副邊線圈T2的一端與隔直電容C3的一端相連，隔直電容C3的另一端與二極管D2的陰極及二極管D3的陽極相連，二極管D2的陽極與直流電源Ud負(fù)極相連，二極管D3的陰極與電感L1的一端相連，電感L1的另一端接直流電源Ud正極，變壓器T的副邊線圈T2的另一端與二極管D3和電感L1的接點(diǎn)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路，其特征 是在串聯(lián)連接的η個(gè)高頻電力電子開關(guān)(Kl、K2. . . Kn)的首尾兩端并聯(lián)由電容Cl’和二極管 D1’串聯(lián)組成的鉗位電路，在二極管D1’兩端并聯(lián)由電容C2’和變壓器Τ’的原邊線圈Tl’ 串聯(lián)組成的另一條能量反饋電路，變壓器Τ’的副邊線圈Τ2’的一端與隔直電容C3’的一端 相連，隔直電容C3’的另一端與二極管D2’的陰極及二極管D3’的陽極相連，二極管D2’的 陽極與直流電源Ud負(fù)極相連，二極管D3’的陰極與直流電源Ud正極相連，變壓器Τ’的副 邊線圈Τ2’的另一端與二極管D3’的陰極相連，在串聯(lián)連接的負(fù)載R和換流電感L的兩端 反并聯(lián)二極管D’。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路，其 特征是將η個(gè)高頻電力電子開關(guān)的芯片和部分元件封裝在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路，其特征 是在η個(gè)高頻電力電子開關(guān)關(guān)斷時(shí)，電容Cl上的電壓=Ud/n,變壓器T的匝比應(yīng)滿足在η 個(gè)高頻電力電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，能使電容Cl上的電壓從Ud/n開始下降，電容Cl兩端電壓值 為0彡電容Cl兩端電壓彡Ud/n,當(dāng)降到Ud/n時(shí)為無源均壓硬開關(guān)電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的η管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路，其特征 是在η個(gè)高頻電力電子開關(guān)關(guān)斷時(shí)，電容Cl’上的電壓=Ud,變壓器Τ’的匝比應(yīng)滿足在η 個(gè)高頻電力電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，能使電容Cl’上的電壓從Ud開始下降，電容Cl’兩端電壓值 為0彡電容Cl’兩端電壓彡Ud,當(dāng)降到Ud時(shí)為無源均壓硬開關(guān)電路。
全文摘要
本發(fā)明公開的n管串聯(lián)高頻電力電子器件的無源均壓軟開關(guān)電路，主要包括串聯(lián)連接的n個(gè)高頻電力電子開關(guān)，n≥1、直流電源Ud、負(fù)載R和電感L，負(fù)載R兩端反并聯(lián)二極管D，每個(gè)高頻電力電子開關(guān)兩端并聯(lián)由電容C1與二極管D1構(gòu)成的串聯(lián)電路，第n個(gè)高頻電力電子開關(guān)的串聯(lián)電路的二極管D1兩端并聯(lián)由電容C2與變壓器T的原邊線圈T1串聯(lián)組成能量反饋電路，其余相鄰串聯(lián)電路的電容C1和二極管D1的接點(diǎn)之間分別接入二極管D4，通過變壓器T的副邊線圈T2、二極管D2、二極管D3、電容C3、電感L1進(jìn)行能量釋放。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)n個(gè)高頻電力電子開關(guān)的軟開通和軟關(guān)斷，降低開關(guān)損耗，并能實(shí)現(xiàn)n個(gè)高頻電力電子開關(guān)的無源均壓。
文檔編號(hào)H02M3/24GK101895197SQ20101023856
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者汪槱生 申請人:汪槱生