一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電源電路【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路，包括變壓器、整流電路、濾波電容、輔助回路、主續(xù)流回路、負(fù)載支路；所述變壓器與交流電源連接，其輸出端與整流電路相連，所述整流電路的輸出兩端與濾波電容的兩端相接，所述濾波電容分別與輔助回路、主續(xù)流回路、負(fù)載支路并聯(lián)。本發(fā)明可利用變壓器達(dá)到電氣隔離目的，降低了電流、電壓尖峰，從而延長壽命、減少電磁干擾，提高電源電路的工作安全性和可靠性。
【專利說明】一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，蓄電池經(jīng)常由于使用不當(dāng)而虧電，需要利用交流電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充充能量?？紤]到蓄電池應(yīng)用的特殊性，對(duì)充電電源的設(shè)計(jì)除了要求大功率、高效率、體積小、質(zhì)量輕以外，充電電源主電路在滿足上述要求的基礎(chǔ)上盡量簡單、實(shí)用、可靠。
[0003]常規(guī)的斬波電源主電路中，實(shí)現(xiàn)降壓變換器主電路形式有多種方式，根據(jù)蓄電池充電要求，其中整流器串聯(lián)直流斬波變換器以其變換效率高、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，是首選的AC-DC-DC變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一，然而，其存在的主要缺點(diǎn)為:在蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，由于斬波電源傳遞功率大，輸出電壓高，流過開關(guān)管的電流大。在這種工作條件下，功率開關(guān)管和二極管是交替導(dǎo)通的，在換流過程中，將產(chǎn)生很大的di/dt、du/dt，特別是當(dāng)功率開關(guān)管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，二極管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止的過程中，由于二極管反向?qū)ɑ謴?fù)時(shí)間的原因，二極管相當(dāng)于短路狀態(tài)，此時(shí)，由功率開關(guān)管、二極管、電容構(gòu)成回路，相當(dāng)于電容直接短路，并且由于電容上的電壓較高，此時(shí)將在功率開關(guān)管和二極管上產(chǎn)生并流過很大的電流尖峰，產(chǎn)生很大的di/dt，這種很大的di/dt與電流尖峰值不僅造成嚴(yán)重的電磁干擾問題，更嚴(yán)重的是它將造成快恢復(fù)二極管的失效損壞，從而造成整個(gè)變換電路的故障。
[0004]這種失效現(xiàn)象是目前斬波電路中的一個(gè)常見現(xiàn)象，尤其在大功率高電壓輸出電源變換器中更容易發(fā)生，如何解決上述問題是目前大功率斬波電源的技術(shù)難點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路，本發(fā)明可利用變壓器達(dá)到電氣隔離目的，降低了電流、電壓尖峰，從而延長壽命、減少電磁干擾，提高電源電路的工作安全性和可靠性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路，包括變壓器、整流電路、濾波電容、輔助回路、主續(xù)流回路、負(fù)載支路；所述變壓器與交流電源連接，其輸出端與整流電路相連，所述整流電路的輸出兩端與濾波電容的兩端相接，所述濾波電容分別與輔助回路、主續(xù)流回路、負(fù)載支路并聯(lián)。
[0008]所述輔助回路包括電容一和輔助續(xù)流支路，所述輔助續(xù)流支路由依次串接的二極管一、二極管二、電感一、二極管三構(gòu)成，并且二極管三的正極通過導(dǎo)線接濾波電容的負(fù)極，所述電容一的一端通過導(dǎo)線與濾波電容的正極連接，所述電容一的另一端通過導(dǎo)線連接在二極管一、二極管二之間；所述電容一的正極端或?yàn)V波電容的正極和輔助續(xù)流支路之間設(shè)有開關(guān)。
[0009]所述輔助續(xù)流支路中依次串接的二極管一、二極管二、電感一還并聯(lián)有電容二，所述電容二一端通過導(dǎo)線接二極管一的負(fù)極，所述電容二另一端通過導(dǎo)線接在電感一和二極管三之間。
[0010]所述主續(xù)流回路由二極管、電感二依次串聯(lián)而成，所述二極管的負(fù)極通過導(dǎo)線接開關(guān)的一端，電感二的另一端通過導(dǎo)線接濾波電容的負(fù)極。
[0011]所述負(fù)載支路包括依次串聯(lián)的電感與負(fù)載。
[0012]優(yōu)選的，所述開關(guān)為功率開關(guān)管，所述功率開關(guān)管的集電極接濾波電容的正極，功率開關(guān)管的發(fā)射極接并聯(lián)支路的節(jié)點(diǎn)或二極管一的負(fù)極端。
[0013]所述整流電路由整流二極管四、二極管五、二極管六、二極管七構(gòu)成。
[0014]優(yōu)選的，所述二極管、二極管一、二極管二和二極管三均為快恢復(fù)二極管。
[0015]優(yōu)選的，所述電感二為飽和電感。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的突出優(yōu)點(diǎn)為:
[0017]本發(fā)明技術(shù)方案利用變壓器達(dá)到電氣隔離目的，通過增加少量電感、電容、二極管器件，不僅解決了很大的電流尖峰和di/dt、du/dt，克服了斬波電源主電路中功率開關(guān)管壽命短、可靠性差等缺點(diǎn)，還減小了系統(tǒng)的電磁干擾，提高了電路的工作安全性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為常規(guī)的斬波電源主電路；
[0019]圖2為本發(fā)明的蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]如圖1為常規(guī)的斬波電源主電路，在圖1中，整流器的輸出為斬波電源輸入電壓Uin，即電容C兩端電壓，Uo是降壓電路的輸出電壓，即負(fù)載Z兩端電壓。
[0022]該電路的工作過程如下:當(dāng)功率開關(guān)管S導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)功率開關(guān)管S流過電感L、負(fù)載Z并線性增加，電能以磁能形式存儲(chǔ)在電感線圈L中，同時(shí)給負(fù)載Z供電，電容C、功率開關(guān)管S、電感L、負(fù)載Z構(gòu)成回路，此時(shí)由于二極管D的陽極接負(fù)，二極管D處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)功率開關(guān)管S由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止時(shí)，存儲(chǔ)在電感L中的能量釋放出來，通過二極管D續(xù)流，維持向負(fù)載Z供電，二極管D、電感L和負(fù)載Z構(gòu)成回路。若周期性地控制功率開關(guān)管S的導(dǎo)通與關(guān)閉，即可實(shí)現(xiàn)能量由Uin向Uo的降壓傳遞(Uo ( Uin),電路的輸出電壓U。=S Uin，其中δ為功率開關(guān)管S的導(dǎo)通占空比。
[0023]為達(dá)到上述降壓傳遞，功率開關(guān)管S與二極管D必須輪流導(dǎo)通與關(guān)斷，二者之間頻繁的進(jìn)行換流，其缺點(diǎn)為，由于斬波電源傳遞功率大，輸出電壓高，流過開關(guān)管的電流大，不僅造成嚴(yán)重的電磁干擾問題，更嚴(yán)重的是它將造成快恢復(fù)二極管D的失效損壞，從而造成整個(gè)變換電路的故障。
[0024]如圖2為本發(fā)明的蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0025]一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路，包括變壓器Tr、整流電路、濾波電容C、輔助回路、主續(xù)流回路、負(fù)載支路；所述變壓器Tr與交流電源連接，其輸出端與整流電路相連，所述整流電路的輸出兩端與濾波電容C的兩端相接，所述濾波電容C分別與輔助回路、主續(xù)流回路、負(fù)載支路并聯(lián)。[0026]所述輔助回路包括電容一 Cl和輔助續(xù)流支路，所述輔助續(xù)流支路由依次串接的二極管一 D1、二極管二 D2、電感一 L1、二極管三D3構(gòu)成，并且二極管三D3的正極通過導(dǎo)線接濾波電容C的負(fù)極，所述電容一 Cl的一端通過導(dǎo)線與濾波電容C的正極連接，所述電容一 Cl的另一端通過導(dǎo)線連接在二極管一 D1、二極管二 D2之間；所述電容一 Cl的正極端或?yàn)V波電容C的正極和輔助續(xù)流支路之間設(shè)有開關(guān)。
[0027]所述輔助續(xù)流支路中依次串接的二極管一 D1、二極管二 D2、電感一 LI還并聯(lián)有電容二 C2，所述電容二 C2 —端通過導(dǎo)線接二極管一 Dl的負(fù)極，所述電容二 C2另一端通過導(dǎo)線接在電感一 LI和二極管三D3之間。
[0028]所述主續(xù)流回路由二極管D、電感二L2依次串聯(lián)而成，所述二極管D的負(fù)極通過導(dǎo)線接開關(guān)的一端，電感二 L2的另一端通過導(dǎo)線接濾波電容C的負(fù)極。
[0029]所述負(fù)載支路包括依次串聯(lián)的電感L與負(fù)載Z。
[0030]所述開關(guān)為功率開關(guān)管S，所述功率開關(guān)管S的集電極接濾波電容C的正極，功率開關(guān)管S的發(fā)射極接并聯(lián)支路的節(jié)點(diǎn)或二極管一 Dl的負(fù)極端。
[0031]所述整流電路由整流二極管四D4、二極管五D5、二極管六D6、二極管七D7構(gòu)成。
[0032]所述二極管D、二極管一 Dl、二極管二 D2和二極管三D3均為快恢復(fù)二極管。
[0033]所述電感二 L2為飽和電感。
[0034]本發(fā)明的蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路，同圖1的現(xiàn)有技術(shù)相t匕，本發(fā)明的電源主電路為了電氣隔離增加了變壓器Tr和整流二極管四D4、二極管五D5、二極管六D6、二極管七D7，在斬波部分主功率二極管D上串聯(lián)了電感二 L2，電感二 L2為飽和電感，還增加了由電容一 Cl、二極管一 Dl、二極管二 D2、電感一 L1、二極管三D3構(gòu)成的輔助回路，其工作原理如下:
[0035]AC220V交流電經(jīng)過整流電路的整流二極管四D4、二極管五D5、二極管六D6、二極管七D7和濾波電容C，得到直流電壓Uin，Uin通過功率開關(guān)管S的導(dǎo)通與關(guān)斷傳遞能量，斬波輸出為負(fù)載Z儲(chǔ)能。
[0036]當(dāng)功率開關(guān)管S由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止時(shí)，由于電容一Cl、二極管一Dl的存在,輸入電流Iin由功率開關(guān)管S換流至二極管一 Dl并對(duì)電容一 Cl充電，延遲了功率開關(guān)管S的關(guān)閉時(shí)間，減小了 du/dt，對(duì)功率開關(guān)管S的兩端電壓加以適當(dāng)?shù)囊种?，起到保護(hù)功率開關(guān)管S的作用。電容二 C2中的電荷通過二極管三D3續(xù)流釋放到負(fù)載，同時(shí)隨著電容一 Cl電壓逐漸升高，流過二極管一 Dl的電流I。將逐漸減小至零。流過二極管D的電流I1從零開始增加，輔助續(xù)流支路二極管一 D1、二極管二 D2、電感一 L1、二極管三D3中阻抗盡管比主續(xù)流回路二極管D、電感二 L2要大，也會(huì)有部分電流流過。直至所有電流全部從主續(xù)流回路二極管D、電感二 L2和電感L流過，這樣完成功率開關(guān)管S與二極管D的換流過程，為下一次的功率開關(guān)管S、二極管D換流做好準(zhǔn)備。
[0037]當(dāng)功率開關(guān)管S由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的瞬間，在主續(xù)流回路二極管D、電感二 L2中，由于電感二 L2的存在，該回路反向恢復(fù)電流尖峰被抑制。在輔助續(xù)流支路二極管一 D1、二極管二 D2、電感一 L1、二極管三D3中，電感一 LI也起到電流尖峰抑制作用，同時(shí)由于電容二C2的存在，功率開關(guān)管S通過二極管三D3在反向恢復(fù)極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)電容二 C2進(jìn)行充電，也抑制部分電流尖峰。功率開關(guān)管S完全導(dǎo)通后，所有輔助續(xù)流支路和支主續(xù)流回路都截止，通過電感L為負(fù)載提供能量，這樣完成二極管D與功率開關(guān)管S的換流過程，進(jìn)入下一個(gè)開關(guān)周期。
[0038]本發(fā)明一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路利用變壓器達(dá)到電氣隔離目的，通過增加少量電感、電容、二極管器件，不僅解決了主功率器件功率開關(guān)管S、二極管D上很大的電流尖峰和di/dt、du/dt，克服了斬波電源主電路中功率開關(guān)管壽命短、可靠性差等缺點(diǎn)，還減小了系統(tǒng)的電磁干擾，提高了電路的工作安全性和可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路，其特征是，包括變壓器Tl.、整流電路、濾波電容C、輔助回路、主續(xù)流回路、負(fù)載支路；所述變壓器Tr與交流電源連接，其輸出端與整流電路相連，所述整流電路的輸出兩端與濾波電容C的兩端相接，所述濾波電容C分別與輔助回路、主續(xù)流回路、負(fù)載支路并聯(lián)； 所述輔助回路包括電容一 Cl和輔助續(xù)流支路，所述輔助續(xù)流支路由依次串接的二極管一 D1、二極管二 D2、電感一 L1、二極管三D3構(gòu)成，并且二極管三D3的正極通過導(dǎo)線接濾波電容C的負(fù)極，所述電容一 Cl的一端通過導(dǎo)線與濾波電容C的正極連接，所述電容一 Cl的另一端通過導(dǎo)線連接在二極管一 D1、二極管二 D2之間；所述電容一 Cl的正極端或?yàn)V波電容C的正極和輔助續(xù)流支路之間設(shè)有開關(guān)； 所述輔助續(xù)流支路中依次串接的二極管一 D1、二極管二 D2、電感一 LI還并聯(lián)有電容二C2，所述電容二 C2 —端通過導(dǎo)線接二極管一 Dl的負(fù)極，所述電容二 C2另一端通過導(dǎo)線接在電感一 LI和二極管三D3之間； 所述主續(xù)流回路由二極管D、電感二 L2依次串聯(lián)而成，所述二極管D的負(fù)極通過導(dǎo)線接開關(guān)的一端，電感二 L2的另一端通過導(dǎo)線接濾波電容C的負(fù)極； 所述負(fù)載支路包括依次串聯(lián)的電感L與負(fù)載Z。
2.如權(quán)利要求1所述的一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路，其特征是，所述開關(guān)為功率開關(guān)管S，所述功率開關(guān)管S的集電極接濾波電容C的正極，功率開關(guān)管S的發(fā)射極接并聯(lián)支路的節(jié)點(diǎn)或二極管一 Dl的負(fù)極端。
3.如權(quán)利要求1所述的一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路，其特征是，所述整流電路由整流二極管四D4、二極管五D5、二極管六D6、二極管七D7構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路，其特征是，所述二極管D、二極管一 Dl、二極管二 D2和二極管三D3均為快恢復(fù)二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的一種蓄電池用變壓器隔離型軟換流斬波電源主電路，其特征是，所述電感二 L2為飽和電感。
【文檔編號(hào)】H02M1/44GK103887996SQ201410128277
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】汪殿龍, 梁志敏, 張志洋 申請人:河北科技大學(xué)