一种高压直流输入的双管反激变换器堆叠电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种高压直流输入的双管反激变换器堆叠电路，属于开关电源技术领域。


背景技术：

2.反激变换器以结构简单，便于多路输出，成熟稳定等诸多优点，广泛应用于各种电子产品之中。传统的市电以及动力电源系统，交流整流成直流，电压均在1000v以内，目前市场上的高压小电流mos也可以满足应用；但是在高压大功率变流器，特别是两电平的高压变频级联功率单元中，输入电网整流的直流母线电压很高，还需要考虑输入电压10％的波动以及变频器减速过程中直流母线上升吸收能量，其直流电压可到3000vdc，甚至更高。因此，对这些系统中辅助电源的设计与要求带来挑战，这些系统要求辅助电源的输入不仅能适应高的直流电压输入，还要能适应大范围波动直流母线电压，更要可靠性高。基于此原因，需要一种可以满足这两种情况的开关电源结构方式来作为这类系统的辅助电源，以便解决上述问题。绝缘栅双极性的优势，具有输入阻抗高，驱动功率小，开关特性好等优点，是一种理想的全控型器件，在电力电子设备中得到了广泛的应用。将高压分成几份相同的电压，使用双管反激励拓扑堆叠变换器串联结构，成为一种具有可行性的有效方案，静态时刻通过电阻和电容将输入的直流高压分成几份均分的电压，提供一种mos的联合驱动电路，保证了双管反激的开关管以及堆叠结构的开关管的驱动信号的一致均衡性，解决了动态开关高频动作时刻的电压均衡的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种高压直流输入的双管反激变换器堆叠电路，解决了动态开关高频动作时刻的电压均衡的问题。
4.本实用新型所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
5.一种高压直流输入的双管反激变换器堆叠电路，它包括双管反激堆叠电路，所述双管反激堆叠电路包括电容c1、c2，mos开关管q1-q4，主功率变压器t1、t2，二级管d1-d6，电阻r1-r5，电容ce1、ce2；
6.所述电容c1一端与直流母线pos端连接，c1另一端与c2串联，c2另一端与接地端hv gnd连接，电容c1两端并联有电阻r1，电容c2两端并联有电阻r2；
7.所述mos开关管q1的d极与直流母线pos端、二极管d1的阴极连接，mos开关管q1的g极连接有q1g端，mos开关管q1的s极与主功率变压器t1的原边n1一端、二极管d3的阴极连接，mos开关管q1的s极连接有q1e端；
8.所述mos开关管q2的d极与二极管d1的阳极、主功率变压器t1的原边n1另一端连接，mos开关管q2的g极连接有q2g端，mos开关管q2的s极与二极管d3的阳极连接，mos开关管q2的s极连接有q2e端，mos开关管q2的s极连接在c1、c2之间的连线上；
9.所述mos开关管q3的d极连接在c1、c2之间的连线上，mos开关管q3的d极与二极管
d2的阴极连接，mos开关管q3的g极连接有q3g端，mos开关管q3的s极与主功率变压器t2的原边n1一端、二极管d4的阴极连接，mos开关管q3的s极连接有q3e端；
10.所述mos开关管q4的d极与二极管d2的阳极、主功率变压器t2的原边n1另一端连接，mos开关管q4的g极连接有q4g端，mos开关管q4的s极通过电阻r5与c2的接地端hv gnd连接，mos开关管q4的s极连接有q4e端，d4的阳极与c2的接地端hv gnd连接；
11.所述主功率变压器t1的副边n2一端与二级管d5的阳极连接，二级管d5的阴极连接有voutp端，主功率变压器t1的副边n2另一端与主功率变压器t2的副边n2一端连接，主功率变压器t2的副边n2另一端连接有voutn端；
12.所述主功率变压器t1的副边n3一端与二级管d6的阳极连接，二级管d6的阴极连接有vcc端，主功率变压器t1的副边n3另一端与主功率变压器t2的副边n3一端连接，主功率变压器t2的副边n3另一端连接接地端hv gnd；
13.所述voutp端和voutn端之间并联接入电容ce1、电阻r3，vcc端与接地端hv gnd之间并联接入电容ce2、电阻r4。
14.作为优选实例，所述双管反激堆叠电路连接有开关管的多路驱动隔离电路，开关管的多路驱动隔离电路包括驱动信号总线drive bus、电容c3、c4，驱动信号隔离变压器t3、t4，稳压二极管z1a、z1b、z2a、z2b、z3a、z3b、z4a、z4b，二极管d7-d10，三极管qoff1-qoff4，开通关断电阻rg1-rg4，门级泄放电阻rge1-rge4；
15.所述驱动信号总线drive bus分别连接电容c3、c4的一端，电容c3另一端通过串联的驱动信号隔离变压器t3原边n1与接地端hv gnd连接，电容c4另一端通过串联的驱动信号隔离变压器t4原边n1与接地端hv gnd连接；
16.所述驱动信号隔离变压器t3副边n2一端与稳压二极管z1a的阴极、三极管qoff1的b极、二极管d7的阳极连接，三极管qoff1的e极与二极管d7的阴极、开通关断电阻rg1一端连接，开通关断电阻rg1另一端连接有q1g端和门级泄放电阻rge1的一端，门级泄放电阻rge1的另一端连接有q1e端、三极管qoff1的c极、稳压二极管z1b的阴极、驱动信号隔离变压器t3副边n2另一端，稳压二极管z1a的阳极与稳压二极管z1b的阳极连接；
17.所述驱动信号隔离变压器t3副边n3一端与稳压二极管z2a的阴极、三极管qoff2的b极、二极管d8的阳极连接，三极管qoff2的e极与二极管d8的阴极、开通关断电阻rg1一端连接，开通关断电阻rg1另一端连接有q2g端和门级泄放电阻rge2的一端，门级泄放电阻rge2的另一端连接有q2e端、三极管qoff2的c极、稳压二极管z2b的阴极、驱动信号隔离变压器t3副边n3另一端，稳压二极管z2a的阳极与稳压二极管z2b的阳极连接；
18.所述驱动信号隔离变压器t4副边n2一端与稳压二极管z3a的阴极、三极管qoff3的b极、二极管d9的阳极连接，三极管qoff3的e极与二极管d9的阴极、开通关断电阻rg3一端连接，开通关断电阻rg3另一端连接有q3g端和门级泄放电阻rge3的一端，门级泄放电阻rge3的另一端连接有q3e端、三极管qoff3的c极、稳压二极管z3b的阴极、驱动信号隔离变压器t4副边n2另一端，稳压二极管z3a的阳极与稳压二极管z3b的阳极连接；
19.所述驱动信号隔离变压器t4副边n3一端与稳压二极管z4a的阴极、三极管qoff4的b极、二极管d10的阳极连接，三极管qoff4的e极与二极管d10的阴极、开通关断电阻rg4一端连接，开通关断电阻rg4另一端连接有q4g端和门级泄放电阻rge4的一端，门级泄放电阻rge4的另一端连接有q4e端、三极管qoff4的c极、稳压二极管z4b的阴极、驱动信号隔离变压
d6，电阻r1-r5，电容ce1、ce2；
39.电容c1一端与直流母线pos端连接，c1另一端与c2串联，c2另一端与接地端hv gnd连接，电容c1两端并联有电阻r1，电容c2两端并联有电阻r2；
40.mos开关管q1的d极与直流母线pos端、二极管d1的阴极连接，mos开关管q1的g极连接有q1g端，mos开关管q1的s极与主功率变压器t1的原边n1一端、二极管d3的阴极连接，mos开关管q1的s极连接有q1e端；
41.mos开关管q2的d极与二极管d1的阳极、主功率变压器t1的原边n1另一端连接，mos开关管q2的g极连接有q2g端，mos开关管q2的s极与二极管d3的阳极连接，mos开关管q2的s极连接有q2e端，mos开关管q2的s极连接在c1、c2之间的连线上；
42.mos开关管q3的d极连接在c1、c2之间的连线上，mos开关管q3的d极与二极管d2的阴极连接，mos开关管q3的g极连接有q3g端，mos开关管q3的s极与主功率变压器t2的原边n1一端、二极管d4的阴极连接，mos开关管q3的s极连接有q3e端；
43.mos开关管q4的d极与二极管d2的阳极、主功率变压器t2的原边n1另一端连接，mos开关管q4的g极连接有q4g端，mos开关管q4的s极通过电阻r5与c2的接地端hv gnd连接，mos开关管q4的s极连接有q4e端，d4的阳极与c2的接地端hv gnd连接；
44.主功率变压器t1的副边n2一端与二级管d5的阳极连接，二级管d5的阴极连接有voutp端，主功率变压器t1的副边n2另一端与主功率变压器t2的副边n2一端连接，主功率变压器t2的副边n2另一端连接有voutn端；
45.主功率变压器t1的副边n3一端与二级管d6的阳极连接，二级管d6的阴极连接有vcc端，主功率变压器t1的副边n3另一端与主功率变压器t2的副边n3一端连接，主功率变压器t2的副边n3另一端连接接地端hv gnd；
46.voutp端和voutn端之间并联接入电容ce1、电阻r3，vcc端与接地端hv gnd之间并联接入电容ce2、电阻r4。
47.在双管反激堆叠电路中。4个mos管在驱动信号的控制下，同步开通关断，母线电容c1、c2在每个周期内的充电与放电时间均衡，将输入的高压均分为二，降低了开关管的关断电压，降低了损耗，使得可以用更低电压的mos，降低了成本，提高了可靠性。
48.实施例2
49.如图1-图2所示，双管反激堆叠电路与实施例1相同，双管反激堆叠电路连接有开关管的多路驱动隔离电路，开关管的多路驱动隔离电路包括驱动信号总线drive bus、电容c3、c4，驱动信号隔离变压器t3、t4，稳压二极管z1a、z1b、z2a、z2b、z3a、z3b、z4a、z4b，二极管d7-d10，三极管qoff1-qoff4，开通关断电阻rg1-rg4，门级泄放电阻rge1-rge4；
50.驱动信号总线drive bus分别连接电容c3、c4的一端，电容c3另一端通过串联的驱动信号隔离变压器t3原边n1与接地端hv gnd连接，电容c4另一端通过串联的驱动信号隔离变压器t4原边n1与接地端hv gnd连接；
51.电容c3、c4为驱动信号总线drive bus耦合电容，实现对串联igbt驱动信号隔离变压器进行解耦。驱动信号隔离变压器，实现对串联igbt进行高频隔离与驱动信号传递。每对稳压二极管正负背靠背连接，对耦合到副边的驱动信号进行驱动信号的正压与负压钳位，保证了串联igbt的驱动信号幅值在安全范围之内。二极管，在驱动信号的上升沿时刻驱动mos导通，同时也是三极管的发射极箝位电路二级管。开通关断电阻，控制mos的开通关段参
数特性。门级泄放电阻，防止开关管mos门级静电击穿和控制电源丢失时刻主电路上电导致误开通的现象。此电路的mos的驱动信号还可通过较大口径磁环共模电感进行信号总耦合，进行更大功率的驱动以及更高的动态要求；
52.驱动信号隔离变压器t3副边n2一端与稳压二极管z1a的阴极、三极管qoff1的b极、二极管d7的阳极连接，三极管qoff1的e极与二极管d7的阴极、开通关断电阻rg1一端连接，开通关断电阻rg1另一端连接有q1g端和门级泄放电阻rge1的一端，门级泄放电阻rge1的另一端连接有q1e端、三极管qoff1的c极、稳压二极管z1b的阴极、驱动信号隔离变压器t3副边n2另一端，稳压二极管z1a的阳极与稳压二极管z1b的阳极连接；
53.驱动信号隔离变压器t3副边n3一端与稳压二极管z2a的阴极、三极管qoff2的b极、二极管d8的阳极连接，三极管qoff2的e极与二极管d8的阴极、开通关断电阻rg1一端连接，开通关断电阻rg1另一端连接有q2g端和门级泄放电阻rge2的一端，门级泄放电阻rge2的另一端连接有q2e端、三极管qoff2的c极、稳压二极管z2b的阴极、驱动信号隔离变压器t3副边n3另一端，稳压二极管z2a的阳极与稳压二极管z2b的阳极连接；
54.驱动信号隔离变压器t4副边n2一端与稳压二极管z3a的阴极、三极管qoff3的b极、二极管d9的阳极连接，三极管qoff3的e极与二极管d9的阴极、开通关断电阻rg3一端连接，开通关断电阻rg3另一端连接有q3g端和门级泄放电阻rge3的一端，门级泄放电阻rge3的另一端连接有q3e端、三极管qoff3的c极、稳压二极管z3b的阴极、驱动信号隔离变压器t4副边n2另一端，稳压二极管z3a的阳极与稳压二极管z3b的阳极连接；
55.驱动信号隔离变压器t4副边n3一端与稳压二极管z4a的阴极、三极管qoff4的b极、二极管d10的阳极连接，三极管qoff4的e极与二极管d10的阴极、开通关断电阻rg4一端连接，开通关断电阻rg4另一端连接有q4g端和门级泄放电阻rge4的一端，门级泄放电阻rge4的另一端连接有q4e端、三极管qoff4的c极、稳压二极管z4b的阴极、驱动信号隔离变压器t4副边n3另一端，稳压二极管z4a的阳极与稳压二极管z4b的阳极连接；
56.多路驱动隔离电路中的q1g端-q4g端、q1e端-q4e端与和双管反激堆叠电路中的q1g端-q4g端、q1e端-q4e端一一对应连接。
57.通过开关管的多路驱动隔离电路中相同的驱动信号隔离变压器，保证了初级的高频绝缘隔离，又降低了初次级之间的分布电容，抗干扰能力强；
58.通过开通关断电阻对各mos进行控制，从而实现母线电容的动态均压，并且在保证均压的同时对mos的开通关断过程进行加速，减小mos的开关损耗，经济性好；
59.通过驱动信号隔离变压器进行磁隔离，不存在光衰隔离，驱动延迟时间短，本电路结构中无需加入缓冲电路，从而不会降低变换器的开关频率。
60.实施例3
61.如图1-图4所示，其他结构与实施例2相同，开关管的多路驱动隔离电路连接有开关管的驱动信号功率放大电路，开关管的驱动信号功率放大电路包括本地控制器、驱动电阻rb、图腾柱驱动电路(totem pole or drive ic)、电阻r、一级电容cbias、二级电容cdrv；
62.驱动电阻rb的一端与本地控制器的out端连接，驱动电阻rb的另一端与图腾柱驱动电路的输入端连接，图腾柱驱动电路的输出端与驱动信号总线drive bus连接；
63.电阻r的一端连接有一级电容cbias的一端、本地控制器的vcc端、vcc_bias端，电阻r的另一端与图腾柱驱动电路的电源端vcc、vcc_drv端连接；
64.开关管的驱动信号功率放大电路与本地控制器之间通过门缓冲器连接，本地控制器为pwm专用芯片，dsp芯片、arm芯片及fpga芯片中的一个或几个的组合；
65.二级电容cdrv的一端与图腾柱驱动电路的接地端gnd、一级电容cbias另一端、本地控制器的gnd端连接，二级电容cdrv的另一端与vcc_drv端连接；
66.图腾柱驱动电路的输出端通过驱动信号总线drive bus与开关管的多路驱动隔离电路的电容c3、c4连接。
67.如图4所示，图腾柱驱动电路将本地控制器发出的驱动信号进行驱动电流放大。图腾柱驱动电路由两个三极管、一个二极管构成。驱动信号功率放大电路可以通过分立三极管或mos电路或驱动芯片相互替换，输出串联igbt的驱动信号总线drive bus。
68.通过共用开关管的驱动信号功率放大电路输出串联驱动功率母线，使前段的驱动延迟以及上升下降时间保证绝对一致。
69.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本实用新型要求保护的范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。