专利名称：一种适用于多管变换器的无源软开关方法
技术领域：
本发明涉及一种软开关新技术，它属于电工学科，电力电子学分支领域。
背景技术：
为了克服硬开关变换器的缺陷，提出了许多软开关方法。这些软开关方法可以分为两大类。一类为有源软开关技术，典型的如PWM零电压或零电流过渡软开关技术，它们是以附加的辅助有源开关及L、C谐振元件，使电力电子管在零电压下或零电流下完成过渡状态期间的换流；其本质是利用了L、C谐振电路存在电压或电流过零状态与有源开关的实时可控性，来实现软开关。但是，这里的谐振能量必须足够大以创造零电压开关或零电流开关的条件，此外有源谐振电路应当在软开关控制器的控制信号下工作。实际上辅助电路的自身功耗，以及有源器件与控制的复杂度也带来了成本的提高与可靠性的降低，故许多软开关技术的推广应用受到了很大的限制。另一种则是无源软开关技术，它利用主电路电力电子管PWM状态的变化来代替受给定时序控制的辅助有源开关，只用无源无损元器件而设法在硬开关变换器上构成无源缓冲型软开关电路，由于不用额外的有源开关和相应的控制、检测、驱动电路，就有较低的成本、较高的可靠性、较好的性价比，而且还可能获得接近于有源软开关技术的效果而日益得到人们的重视。
然而，目前除了特殊的移相PWM控制的全桥无源软开关变换器外，对大多数的以传统PWM为控制方法的多管式变换器，无源软开关技术仍未能实用化而成为缺陷。移相PWM控制也有控制电路复杂、四个电力电子器件工作状态与所受电应力不同等缺陷。上述缺陷主要原因有这些(1)大多数无源软开关技术是为单端非隔离型变换器设计的，电路拓扑不适用于多管隔离型式变换器；(2)传统多管式变换器是采用高频变压器的电压源DC/DC或DC/AC，在输入源端没有储能电感器，电路及其参数与单端非隔离型变换器完全不同；(3)多管式变换器存在电路复杂、相互影响作用严重，软开关的工作条件要受限制。因此，这方面的文献报道与有关技术的进展都很有限。根据检索可知最重要的技术进展是美国加州大学Irvin分校(UCI)的K.M.Smith和K.M.Smedley提出的用电路综合方法在所有的PWM隔离型逆变器上实现无源软开关的新技术(IEEE TRANSACTIONS ON POWERELECTRONICS，VOL.15，NO.1，2000(1))。该技术要点是应用电路特性与图论，用电路综合方法合理地简并无源软开关网络中的元件，得到合理的电路拓扑，可以用较少的元件取得较好的无源软开关效果。该技术缺陷是(1)用于能量交换、传递的电感、电容元件值较大，不利于电路微型化；(2)能量交换、传递的回路较多、不简捷，造成缓冲回路相互影响大，对电路参数依赖大，软开关元件参数依耐于电路条件，设计很复杂；(3)至少要附加两个电感器，这些电感器易产生较大的电压尖峰，损耗也较电容器大得多。
发明内容
本发明的目的是在给定的多管硬开关变换器上实现一种适用于多管变换器的无源软开关方法。
本发明任务是这样实现的应用于半桥式变换器，是在传统的硬开关半桥式变换器基础上，附加一个由六个高速快恢复二极管、四个高频无感吸收电容器、一个变压器辅助绕组构成的独特的无源软开关网络，网络中的第一吸收二极管与半桥式变换器的上半臂电力电子管的主电极反极性并联，在上半臂电力电子管的主电极两端上还并联一个第一吸收电容器，第二吸收二极管也与半桥式变换器的下半臂电力电子管的主电极反极性并联，在下半臂电力电子管的主电极上也并联一个第二吸收电容器，第一吸收电容器与第二吸收电容器的量值相同，其值与传统关断缓冲电路一样，应大到能在具体电路条件下达到对电力电子管施加有效的关断缓冲效果，隔离用第一复位二极管的阴极与第一吸收二极管的阳极连接，第一复位二极管的阳极与第一复位电容器连接，其接点上还连接着隔离用第三复位二极管的阴极，第三复位二极管的阳极接到下半臂电力电子管的负极上，第一复位电容器的另一端接到高频变压器的附加耦合绕组的非打点端上，附加耦合绕组的打点端与高频变压器的原边绕组的打点端接在一起，该接点也是半桥式变换器的电位中点，附加耦合绕组与原边绕组共用同一个磁芯，并且附加耦合绕组的匝数等于原边绕组的匝数，目的是使附加耦合绕组的感应电势与原边绕组的感应电势成大小相同，极性一致，第一复位电容器与附加耦合绕组的连接点上还接有第二复位电容器，第二复位电容器的另一端与隔离用第二复位二极管的阴极连接，其接点上还连接着隔离用第四复位二极管的阳极，第四复位二极管的阴极接到上半臂电力电子管的正极上，第二复位二极管的阳极接到第二吸收二极管的阴极上，第一复位电容器与第二复位电容器的量值相同，都是第一吸收电容器或第二吸收电容器量值的一半，附加网络所致的效果就是在上半臂电力电子管与下半臂电力电子管轮流交替通或断期间，附加耦合绕组能因感应而产生自举电势，该电势与已吸收暂态能量的电容器的电势成正叠加，总叠加电势使已充电的电容器有足够高的电势直接向输入源放电，从而在不与原边绕组形成电流环流下完成电容能量的复位，因此该网络可以使硬开关半桥式变换器获得无源软开关效果。
无源软开关技术的关键，是对周期性工作的变换器，能使附加在硬开关电路上作为吸收电力电子管开关暂态能量之用的缓冲储能元件，实现能量无损馈能而复位。显然，暂态能量的馈能复位方式越简捷，软开关电路的拓扑也就越简单，缓冲元件的参数设计也就不复杂，损耗也较小、成本也较低。本发明提出一种与上述技术完全不同的，能完全适用于由多个电力电子管组成的用传统PWM控制方法的半桥式、全桥式变换器、双管正向式变换器。它是利用附加在高频变压器上的一个小功率耦合绕组，结合少量的小功率无源无损元件，形成一种缓冲电能的变压器感应自举电势式无损馈能复位的无源软开关新方法。它不但解决了变压器耦合带来的不良作用问题，而且以其简洁的拓扑、较低的成本、较少的能量交换、传递回路、较低的损耗、较强的缓冲效果为性能特征。经文献检索没有发现与提出的“一种适用于多管变换器的无源无损软开关技术”类似的技术。这是一种还未被报道的新技术。
此技术有别于现有的各种软开关技术，它以独特的无源软开关网络直接附加在由多个电力电子管组成的半桥式或全桥式硬开关变换器上，该无源软开关网络经过适当改动也能附加在双管正向式硬开关变换器上，都以缓冲电能的变压器感应自举电势式无损馈能复位方法，构成新型的软开关变换器。
具体实施例方式
以下将结合附图对本发明的实施事例作进一步的描述
图1为加入新技术的半桥式变换器主电路图。
图2为传统的硬开关半桥式变换器主电路图。
图3为图1电路在一个周期T中的第一阶段(t0---t1)等效电路图。
图4为图1电路在一个周期T中的第二阶段(t1---t2)等效电路图。
图5为图1电路在一个周期T中的第三阶段(t2---t3)等效电路图。
图6为图1电路在一个周期T中的第四阶段(t3---t4)等效电路图。
图7为加入新技术的全桥式变换器主电路图。
图8为传统的硬开关全桥式变换器主电路图。
图9为加入新技术的双管正向式变换器主电路图。
图10为传统的硬开关双管正向式变换器主电路图。
在图中A为半桥式变换器的电位中点；Cr1为第一复位电容器；Cr2为第二复位电容器；Cs1为第一吸收电容器；Cs2为第二吸收电容器；Cs3为第三吸收电容器；Cs4为第四吸收电容器；Dr1为第一复位二极管；Dr2为第二复位二极管；Dr3为第三复位二极管；Dr4为第四复位二极管；Dr5为第五复位二极管；Ds1为第一吸收二极管；Ds2为第二吸收二极管；Ds3为第三吸收二极管；Ds4为第四吸收二极管；VT1为后个桥臂电路的上半臂电力电子管；VT2为后个桥臂电路的下半臂电力电子管；VT3为前个桥臂电路的上半臂电力电子管；VT4为前个桥臂电路的下半臂电力电子管；VT5为高端电力电子管，VT6为低端电力电子管；T1为高频变压器；Na为高频变压器T1的附加耦合绕组；Np为原边绕组；Lr为电感器。
对本发明提出的以图1为代表的无源软开关新技术的分析论证如下图2为传统的硬开关半桥式变换器；图1中虚线框电路为在图2基础上附加的独特的无源软开关网络。将图1中的半桥式变换器按其一个周期T内的不同工作状态分为四个工作阶段。图3是T中的t0---t1阶段，为电力电子开关管VT1的导通阶段(见图3中的粗实线)；假定t＝t0时，半桥式变换器的上半臂开关管VT1开通，此时根据法拉第定律与楞次定律，高频变压器T1的原边绕组Np的自感电动势方向为打点端(同名端)为负极性，非打点端(非同名端)为正极性，其电动势UNp大小量值与输入电压源Ui1相同，与原边绕组Np同绕一个磁芯、绕组线圈匝数相同，而且与原边绕组Np同极性连接的辅助耦合绕组Na的自感电动势方向也为非打点端(非同名端)为正极性，该电动势UNa量值也与输入电压源Ui1相同，当第二复位电容器Cr2的电压极性为上负下正时，电动势UNa与之成叠加电势，该叠加电势必大于输入电压源Ui1的电势，这样在t0之后的一段很短时间里，通过第四复位二极管Dr4回路(见图中的小箭头方向)，就可以把第二复位电容器Cr2所吸收的电量完全对输入电压源Ui1泄放掉，完成无损能量再生复位，而且复位后的第二复位电容器Cr2的电压极性改变为上正下负，第二复位电容器Cr2的放电电流也抑制了上半臂电力电子管VT1的开通涌流。图4是T中的t1---t2阶段，为上半臂电力电子管VT1关断阶段；并联在上半臂电力电子管VT1上第一吸收电容器Cs1使上半臂电力电子管VT1实现了零电压关断缓冲，同样根据法拉第定律与楞次定律，高频变压器T1的原边绕组Np的自感电动势方向为打点端(同名端)为正极性，非打点端(非同名端)为负极性，与原边绕组Np同极性连接的附加耦合绕组Na的自感电动势方向也为打点端(非同名端)为正极性，此时第二吸收电容器Cs2、第二复位电容器Cr2与电动势UNa成叠加电势，该叠加电势必大于输入电压源Ui2的电势，这样在t1之后的一段很短时间里，通过第二复位二极管Dr2回路(见图中的小箭头方向)，就可以把第二吸收电容器Cs2所吸收的电量完全对输入电压源Ui1泄放掉，完成无损能量再生复位，而且复位后的第二复位电容器Cr2的电压极性改变为上负下正(这个结果正是图3对第二复位电容器Cr2电压极性的预设条件)，第二吸收电容器Cs2由于有第二吸收二极管Ds2的嵌位，其放电后的电压约为零电压。图5是T中的t2---t3阶段，为下半臂电力电子管VT2导通阶段(见图5中的粗实线)；在t＝t2时，半桥式变换器的下半臂开关管VT2开通，如前所述由于第二吸收电容器Cs2约为零电压，故此时下半臂电力电子管VT2为零电压开通，根据法拉第定律与楞次定律，高频变压器T1的原边绕组Np的自感电动势方向为打点端(同名端)为正极性，非打点端(非同名端)为负极性，其电动势UNp大小量值与输入电压源Ui2相同，与原边绕组Np同极性连接的辅助附加耦合绕组Na的自感电动势方向也为打点端(同名端)为正极性，该电动势UNa大小量值也与输入电压源Ui2相同，当第二复位电容器Cr1的电压极性为上负下正时，电动势UNa与之成叠加电势，该叠加电势必大于输入电压源Ui2的电势，这样在t2之后的一段很短时间里，通过第三复位二极管Dr3回路(见图中的小箭头方向)，就可以把第一复位电容器Cr1所吸收的电量完全对输入电压源Ui2泄放掉，完成无损能量再生，而且复位后的第一复位电容器Cr1的电压极性改变为上正下负，第一复位电容器Cr1的放电电流也抑制了下半臂电力电子管VT2的开通涌流。图6是T中的t3---t4阶段，为下半臂电力电子管VT2关断阶段；并联在下半臂电力电子管VT2上第二吸收电容器Cs2使下半臂电力电子管VT2实现了零电压关断缓冲，同样根据法拉第定律与楞次定律，高频变压器T1的原边绕组Np的自感电动势方向为非打点端(非同名端)为正极性，打点端(同名端)为负极性，与原边绕组Np同极性连接的附加耦合绕组Na的自感电动势方向也为非打点端(非同名端)为正极性，此时第一吸收电容器Cs1、第一复位电容器Cr1与电动势UNa成叠加电势，该叠加电势必大于输入电压源Ui1的电势，这样在t3之后的一段很短时间里，通过第一复位二极管Dr1回路(见图中的小箭头方向)，就可以把第一吸收电容器Cs1所吸收的电量完全对输入电压源Ui1泄放掉，完成无损能量再生，而且复位后的第一复位电容器Cr1的电压极性改变为上负下正(这个结果正是图5的第一复位电容器Cr1电压极性的预设条件)，第一吸收电容器Cs1由于有第一吸收二极管Ds1的嵌位，其放电后的约为零电压。这样对t4＝t0的周期状态，由于第一吸收电容器Cs1约为零电压，故此时上半臂电力电子管VT1零电压开通。因此，分析论证后的结果是由于附加的无源软开关网络的无损馈能复位作用，使半桥式变换器工作在零电压通或断的软开关状态。因此，在这个独特的无源软开关网络作用下，对电力电子管的开关暂态缓冲所吸收的电能，经过由高频变压器T1的耦合绕组Na、电容器Cr、二极管Dr，就构成了变压器感应自举电势式无损馈能复位方法，在硬开关半桥式变换器上获得了无源软开关的效果，这种新型的处理缓冲能量的方法是本发明的技术属性，也是本技术在本质上区别于以往的以电感器与电容器构成的谐振软开关技术。
一种适用于多管变换器的无源软开关方法是应用于半桥式变换器见图1，图1中虚线框电路为在传统的硬开关半桥式变换器(图2)基础上附加了独特的无源软开关网络，这是由一个由六个高速快恢复二极管、四个高频无感吸收电容器、一个变压器辅助绕组构成附加的无源软开关网络，网络中的第一吸收二极管Ds1与半桥式变换器的上半臂电力电子管VT1的主电极反极性并联，(可以用集成在电力电子管内的二极管代替，如功率场效应晶体管中的体二极管)，在电力电子管(VT1)的主电极两端上还并联一个第一吸收电容器Cs1，第二吸收二极管Ds2也与半桥式变换器的下半臂电力电子管VT2的主电极反极性并联，(可以用集成在电力电子管内的二极管代替，如功率场效应晶体管中的体二极管)，在电力电子管VT2的主电极上也并联一个第二吸收电容器Cs2，第一吸收电容器Cs1与第二吸收电容器Cs2的量值相同，其值与传统关断缓冲电路一样，应大到能在具体电路条件下达到对电力电子管施加有效的关断缓冲效果，隔离用第一复位二极管Dr1的阴极与第一吸收二极管Ds1的阳极连接，第一复位二极管Dr1的阳极与第一复位电容器Cr1连接，其接点上还连接着隔离用第三复位二极管Dr3的阴极，第三复位二极管Dr3的阳极接到下半臂电力电子管VT2的负极上，第一复位电容器Cr1的另一端接到高频变压器T1的附加耦合绕组Na的非打点端上，附加耦合绕组Na的打点端与高频变压器T1的原边绕组Np的打点端接在一起，该接点也是半桥式变换器的电位中点A，附加耦合绕组Na与原边绕组Np共用同一个磁芯，并且附加耦合绕组Na的匝数等于原边绕组Np的匝数，目的是使附加耦合绕组Na的感应电势与原边绕组的感应电势成大小相同，极性一致，第一复位电容器Cr1与附加耦合绕组Na的连接点上还接有第二复位电容器Cr2，第二复位电容器Cr2的另一端与隔离用第二复位二极管Dr2的阴极连接，其接点上还连接着隔离用第四复位二极管Dr4的阳极，第四复位二极管Dr4的阴极接到上半臂电力电子管VT1的正极上，第二复位二极管Dr2的阳极接到第二吸收二极管Ds2的阴极上，第一复位电容器Cr1与第二复位电容器Cr2的量值相同，都是第一吸收电容器Cs1或第二吸收二极管Cs2量值的一半，附加网络所致的效果就是在上半臂电力电子管VT1与下半臂电力电子管VT2轮流交替通或断期间，附加耦合绕组Na能因感应而产生自举电势，该电势与已吸收暂态能量的电容器的电势成正叠加，总叠加电势使已充电的电容器有足够高的电势直接向输入源放电，从而在不与原边绕组形成电流环流下完成电容能量的复位，因此该网络可以使硬开关半桥式变换器获得无源软开关的效果。这里的无源软开关网络除了由电力电子管上并联的二极管Ds与电容器Cs组成的普通缓冲电路外，其余的高频变压器T1的附加耦合绕组Na、电容器Cr、二极管Dr元件，就构成了本发明的缓冲电能的变压器感应自举电势式无损馈能复位为特征的无源软开关新技术核心。
将“一种适用于多管变换器的无源软开关方法”新技术直接应用于全桥式变换器见图7，图7中虚线框电路为在传统的硬开关全桥式变换器(图8)基础上附加了提出的无源软开关网络。对于有两个桥臂的全桥式变换器，由于由上半臂电力电子管(VT1)与下半臂电力电子管(VT2)组成的后个桥臂电路，与半桥式变换器相应的桥臂电路相同，故这里采用的第一个无源软开关网络，与前述的应用于半桥式变换器的无源软开关网络完全相同，但对与半桥式变换器不同的，由上半臂电力电子管(VT3)与下半臂电力电子管(VT4)组成的前个桥臂电路，还附加由二个高速快恢复二极管，二个高频无感吸收电容器，一个高频电感器构成的第二个无源软开关网络，在这个网络中的第三吸收二极管(Ds3)与全桥式变换器的前上半臂电力电子管(VT3)主电极反极性并联，在电力电子管(VT3)的主电极上还并联一个第三吸收电容器(Cs3)，第四吸收二极管(Ds4)也与全桥式变换器的前下半臂电力电子管(VT4)主电极反极性并联，在电力电子管(VT4)的主电极上还并联一个第二吸收电容器(Cs4)，第三吸收电容器(Cs3)与第四吸收电容器(Cs4)的量值相同，它们也都与后一个桥臂的电力电子管上并联的第一吸收电容器(Cs1)或第二吸收电容器(Cs2)的量值相同，其值与传统关断缓冲电路一样，应大到能在具体电路条件下达到对电力电子管施加有效的关断缓冲效果，在输入电压源的正极端与前上半臂电力电子管(VT3)正极端之间还串联一个限制开通电流的电感器(Lr)，其值与传统开通缓冲电路一样，应大到能在具体电路条件下达到对电力电子管施加有效的开通缓冲效果，附加的两个网络所致的效果，就是对由前个桥臂的上半臂电力电子管(VT3)与后个桥臂的下半臂电力电子管(VT2)组成的对角线组，由前个桥臂的下半臂电力电子管(VT4)与后个桥臂的上半臂电力电子管(VT1)组成的对角线组，在各对角线组同步通或断期间，以及在两对角线组轮流交替通或断期间，附加耦合绕组(Na)能因感应而产生自举电势，该电势与已吸收暂态能量的电容器的电势形成正叠加，总叠加电势使已充电的电容器有足够高的电势直接向输入源放电，从而在不与原边绕组形成电流环流下完成电容能量复位，因此该网络可以使硬开关全桥式变换器获得无源软开关效果。
将“一种适用于多管变换器的无源软开关方法”新技术间接应用于双管正向式变换器见图9，图9中虚线框电路为在传统的硬开关双管正向式变换器(图10)基础上，在去掉图10中磁芯复位用的两个高速快恢复二极管(Dr1)与(Dr2)之后，附加了经过适当改动的新无源软开关网络。这个新无源软开关网络是由五个高速快恢复二极管、三个高频无感吸收电容器、一个高频电感器，一个变压器辅助绕组构成的，网络中的第一吸收电容器(Cs1)与双管正向式变换器的高端电力电子管(VT5)的正极连接，电力电子管(VT5)的负极与隔离用第一复位二极管(Dr1)的阴极连接，该接点还连接着限制开通电流的电感器(Lr)，其值与传统开通缓冲电路一样，应大到能在具体电路条件下达到对电力电子管施加有效的开通缓冲效果，电感器(Lr)的另一端接在高频变压器(T1)的原边绕组(Np)的打点端上，第一吸收电容器(Cs1)的另一端与第一复位二极管(Dr1)的阳极连接，该接点上还接有高频变压器(T1)的附加耦合绕组(Na)的打点端，该点也接有隔离用第五复位二极管(Dr5)的阴极，第五复位二极管(Dr5)的阳极接到输入电压源的负极端，附加耦合绕组(Na)的非打点端接第一复位电容器(Cr1)，附加耦合绕组(Na)与原边绕组(Np)共用同一个磁芯，并且附加耦合绕组(Na)的匝数等于原边绕组(Np)的匝数，目的是使耦合绕组的感应电势与原边绕组的感应电势成大小相同，极性一致，第一复位电容器(Cr1)的另一端与隔离用第四复位二极管(Dr4)的阳极连接，第四复位二极管(Dr4)的阴极接到输入电压源的正极端，第四复位二极管(Dr4)的阳极上还接上隔离用第三复位二极管(Dr3)的阴极，第三复位二极管(Dr3)的阳极与第二吸收电容器(Cs2)连接，其接点上还连接着隔离用第二复位二极管(Dr2)的阴极，第二复位二极管(Dr2)的阳极与双管正向式变换器的低端电力电子管(VT6)的正极连接，第二吸收电容器(Cs2)的另一端与电力电子管(VT6)的负极端连接，第一吸收电容器(Cs1)与第二吸收电容器(Cs2)的量值相同，其值与传统关断缓冲电路一样，应大到能在具体电路条件下达到对电力电子管施加有效的关断缓冲效果，这种连接使得第四复位二极管(Dr4)与第五复位二极管(Dr5)能与传统技术一样完成正向变换器的磁芯复位功能，第一复位电容器(Cr1)的量值为第一吸收电容器(Cs1)或第二吸收电容器(Cs2)量值的两倍，附加网络所致的效果就是在高端电力电子管(VT5)与低端电力电子管(VT6)同步通或断期间，附加耦合绕组(Na)能因感应而产生自举电势，该电势与已吸收暂态能量的电容器的电势形成正叠加，总叠加电势使已充电的电容器有足够高的电势直接向输入源放电，从而在不与原边绕组(Np)形成电流环流下完成电容能量的复位，因此该网络可以使硬开关双管正向式变换器获得无源软开关效果。
权利要求
1.一种适用于多管变换器的无源软开关方法，其特征在于应用于半桥式变换器，是在传统的硬开关半桥式变换器基础上，附加一个由六个高速快恢复二极管、四个高频无感吸收电容器、一个变压器辅助绕组构成的独特的无源软开关网络，网络中的第一吸收二极管(Ds1)与半桥式变换器的上半臂电力电子管(VT1)的主电极反极性并联，在上半臂电力电子管(VT1)的主电极两端上还并联一个第一吸收电容器(Cs1)，第二吸收二极管(Ds2)也与半桥式变换器的下半臂电力电子管(VT2)的主电极反极性并联，在下半臂电力电子管(VT2)的主电极上也并联一个第二吸收电容器(Cs2)，第一吸收电容器(Cs1)与第二吸收电容器(Cs2)的量值相同，其值与传统关断缓冲电路一样，应大到能在具体电路条件下达到对电力电子管施加有效的关断缓冲效果，隔离用第一复位二极管(Dr1)的阴极与第一吸收二极管(Ds1)的阳极连接，第一复位二极管(Dr1)的阳极与第一复位电容器(Cr1)连接，其接点上还连接着隔离用第三复位二极管(Dr3)的阴极，第三复位二极管(Dr3)的阳极接到下半臂电力电子管(VT2)的负极上，第一复位电容器(Cr1)的另一端接到高频变压器(T1)的附加耦合绕组(Na)的非打点端上，附加耦合绕组(Na)的打点端与高频变压器(T1)的原边绕组(Np)的打点端接在一起，该接点也是半桥式变换器的电位中点(A)，附加耦合绕组(Na)与原边绕组(Np)共用同一个磁芯，并且附加耦合绕组(Na)的匝数等于原边绕组(Np)的匝数，目的是使附加耦合绕组(Na)的感应电势与原边绕组的感应电势成大小相同，极性一致，第一复位电容器(Cr1)与附加耦合绕组(Na)的连接点上还接有第二复位电容器(Cr2)，第二复位电容器(Cr2)的另一端与隔离用第二复位二极管(Dr2)的阴极连接，其接点上还连接着隔离用第四复位二极管(Dr4)的阳极，第四复位二极管(Dr4)的阴极接到上半臂电力电子管(VT1)的正极上，第二复位二极管(Dr2)的阳极接到第二吸收二极管(Ds2)的阴极上，第一复位电容器(Cr1)与第二复位电容器(Cr2)的量值相同，都是第一吸收电容器(Cs1)或第二吸收电容器(Cs2)量值的一半，附加网络所致的效果就是在上半臂电力电子管(VT1)与下半臂电力电子管(VT2)轮流交替通或断期间，附加耦合绕组(Na)能因感应而产生自举电势，该电势与已吸收暂态能量的电容器的电势成正叠加，总叠加电势使已充电的电容器有足够高的电势直接向输入源放电，从而在不与原边绕组形成电流环流下完成电容能量的复位，因此该网络可以使硬开关半桥式变换器获得无源软开关效果。
2.根据权利要求1所述的一种适用于多管变换器的无源软开关方法，其特征在于直接应用于有两个桥臂的全桥式变换器，是在传统的硬开关全桥式变换器基础上，由于上半臂电力电子管(VT1)与下半臂电力电子管(VT2)组成的后个桥臂电路，与半桥式变换器相应的桥臂电路相同，故这里采用的第一个无源软开关网络，与上述应用于半桥式变换器的独特的无源软开关网络完全相同，但对与半桥式变换器不同的由上半臂电力电子管(VT3)与下半臂电力电子管(VT4)组成的前个桥臂电路，还附加由二个高速快恢复二极管，二个高频无感吸收电容器，一个高频电感器构成的第二个无源软开关网络，网络中的第三吸收二极管(Ds3)与全桥式变换器的前上半桥臂的上半臂电力电子管(VT3)主电极反极性并联，在电力电子管(VT3)的主电极上还并联一个第三吸收电容器(Cs3)，第四吸收二极管(Ds4)也与全桥式变换器的前下半桥臂的下半臂电力电子管(VT4)主电极反极性并联，在电力电子管(VT4)的主电极上还并联一个第四吸收电容器(Cs4)，第三吸收电容器(Cs3)与第四吸收电容器(Cs4)的量值相同，它们也都与后一个桥臂的电力电子管上并联的第一吸收电容器(Cs1)或第二吸收电容器(Cs2)的量值相同，其值与传统关断缓冲电路一样，应大到能在具体电路条件下达到对电力电子管施加有效的关断缓冲效果，在输入电压源的正极端与前上半臂电力电子管(VT3)正极端之间还串联一个限制开通电流的电感器(Lr)，其值与传统开通缓冲电路一样，应大到能在具体电路条件下达到对电力电子管施加有效的开通缓冲效果，附加的两个网络所致的效果，就是对由前个桥臂的上半臂电力电子管(VT3)与后个桥臂电路的下半臂电力电子管(VT2)组成的对角线组，由前个桥臂的下半臂电力电子管(VT4)与后个桥臂电路的上半臂电力电子管(VT1)组成的对角线组，在各对角线组电力电子管同步通或断期间，以及两对角线组电力电子管轮流交替通或断期间，附加耦合绕组(Na)能因感应而产生自举电势，该电势与已吸收暂态能量的电容器的电势形成正叠加，总叠加电势使已充电的电容器有足够高的电势直接向输入源放电，从而在不与原边绕组形成电流环流下完成电容能量复位，因此该网络可以使硬开关全桥式变换器获得无源软开关效果。
3.一种适用于多管变换器的无源软开关方法，其特征在于间接地应用于双管正向式变换器，是在传统的硬开关双管正向式变换器基础上，在去掉磁芯复位用的两个高速快恢复二极管之后，附加一个由五个高速快恢复二极管、三个高频无感吸收电容器、一个高频电感器，一个变压器附加耦合绕组构成新无源软开关网络，网络中的第一吸收电容器(Cs1)与双管正向式变换器的高端电力电子管(VT5)的正极连接，电力电子管(VT5)的负极与隔离用第一复位二极管(Dr1)的阴极连接，该接点还连接着限制开通电流的电感器(Lr)，其值与传统开通缓冲电路一样，应大到能在具体电路条件下达到对电力电子管施加有效的开通缓冲效果，电感器(Lr)的另一端接在高频变压器(T1)的原边绕组(Np)的打点端上，第一吸收电容器(Cs1)的另一端与第一复位二极管(Dr1)的阳极连接，该接点上还接有高频变压器(T1)的附加耦合绕组(Na)的打点端，该点也接有隔离用第五复位二极管(Dr5)的阴极，第五复位二极管(Dr5)的阳极接到输入电压源的负极端，附加耦合绕组(Na)的非打点端接第一复位电容器(Cr1)，附加耦合绕组(Na)与原边绕组(Np)共用同一个磁芯，并且附加耦合绕组(Na)的匝数等于原边绕组(Np)的匝数，目的是使耦合绕组的感应电势与原边绕组的感应电势成大小相同，极性一致，第一复位电容器(Cr1)的另一端与隔离用第四复位二极管(Dr4)的阳极连接，第四复位二极管(Dr4)的阴极接到输入电压源的正极端，第四复位二极管(Dr4)的阳极上还接上隔离用第三复位二极管(Dr3)的阴极，第三复位二极管(Dr3)的阳极与第二吸收电容器(Cs2)连接，其接点上还连接着隔离用第二复位二极管(Dr2)的阴极，第二复位二极管(Dr2)的阳极与双管正向式变换器的低端电力电子管(VT6)的正极连接，第二吸收电容器(Cs2)的另一端与电力电子管(VT6)的负极端连接，第一吸收电容器(Cs1)与第二吸收电容器(Cs2)的量值相同，其值与传统关断缓冲电路一样，应大到能在具体电路条件下达到对电力电子管施加有效的关断缓冲效果，这种连接使得第四复位二极管(Dr4)与第五复位二极管(Dr5)能与传统技术一样完成正向变换器的磁芯复位功能，第一复位电容器(Cr1)的量值为第一吸收电容器(Cs1)或第二吸收电容器(Cs2)量值的两倍，附加新网络所致的效果就是在高端电力电子管(VT5)与低端电力电子管(VT6)同步通或断期间，附加耦合绕组(Na)能因感应而产生自举电势，该电势与已吸收暂态能量的电容器的电势形成正叠加，总叠加电势使已充电的电容器有足够高的电势直接向输入源放电，从而在不与原边绕组(Np)形成电流环流下完成电容能量的复位，因此该网络可以使硬开关双管正向式变换器获得无源软开关效果。
全文摘要
本发明公开了一种适用于多管变换器的无源软开关方法，本发明涉及一种软开关新技术，它属于电工学科，电力电子学分支领域。它应用于半桥式变换器，是在传统的硬开关半桥式变换器基础上，附加一个由六个高速快恢复二极管、四个高频无感吸收电容器、一个变压器辅助绕组构成的独特的无源软开关网络；与其它软开关技术不同的是，这种无源软开关网络，是以缓冲电能的变压器感应自举电势式无损馈能复位方法，在较低的成本、较少的能量传递回路、较低的损耗、较强的缓冲效果下，使硬开关半桥式变换器获得无源软开关的效果。该新方法可以直接用在全桥式变换器，也可以间接用在双管正向式变换器；都能使这些多管式硬开关变换器获得无源软开关的效果。
文档编号H02M7/00GK1555126SQ20031011455
公开日2004年12月15日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年12月25日
发明者林周布 申请人:福州大学