[发明专利]低电应力ZCS‑PWMSuperbuck变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种ZCS-PWM变换器开关电路，具体涉及一种特别适用于电动汽车充电的低电应力ZCS-PWM Superbuck变换器。 

背景技术

随着石油资源的消耗殆尽，近年来电动汽车的发展得到人们的青睐，各国政府也推出了相应的政策来鼓励电动汽车的发展，电动汽车的使用将会成为未来发展的一种趋势。在这种情况下，充电装置起到关键性的作用。为了减小线路损耗，大功率直流充电装置一般均采用三相电源供电，其整流电压为500V左右，高于动力电池端电压(300V)。因此，充电装置一般采用降压变换器作为主电路拓扑。现有的资料表明，Buck变换器是常作为充电装置的非隔离降压变换器。本发明涉及的Superbuck变换器(也称双电感Buck变换器)，起源于Buck变换器，输入输出电压增益也和其相同。与Buck变换器相比，其输入输出电流连续，且具有更大的功率处理能力，因而非常适合于作为电动汽车的充电装置，也适合作为功率因数校正电路以及光伏接口变换器。由于大功率充电时三相桥式整流电压为500V左右，属于高压场合，而IGBTs比MOSFET有更高的电压等级和功率密度以及较低的通态损耗，因此适合作为该场合下Superbuck变换器的开关管。为了实现Superbuck变换器的小型化和轻型化，需要提高开关频率，然而IGBTs在关断时的电流拖尾会导致很大的关断损耗。解决上述问题最有效的办法是实现IGBTs的零电流开关。 

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种具有电应力低、体积重量小、效率高、寿命长、对电网污染小等优点的ZCS-PWM Superbuck变换器。 

技术方案：本发明所述的一种低电应力ZCS-PWM Superbuck变换器，包括主开关电路和辅助电路，所述主开关电路包括主开关管S1和与主开关管S1反并联的二极管D1，所述辅助电路包括辅助开关管S2，所述辅助开关管S2的集电极与主开关管S1的集电极连接，所述辅助开关管S2的发射极与主开关管S1的发射极之间连接有辅助二极管D2，所述辅助开关管S2的发射极连接有一条谐振支路，该谐振支路包括相串联的谐振电容Cr和谐振电感Lr；所述谐振支路还并联连接有箝位二极管Dc，所述箝位二极管Dc的阴极与谐振电容Cr连接，箝位二极管Dc的阳极与谐振电感Lr连接；所述箝位二极管Dc的阳极与辅助开关管S2的集电极之间连接有储能电容C1；所述主开关管S1的发射极与谐振支路中谐振电容Cr和谐振电感Lr连接节点之间连接有续流二极管D3；所述谐振支路串联连接有电感L2，所述主开关管S1的集电极连接有电感L1；所述主开关管S1的发射极与输入电压Uin的负极并联连接有输出滤 波电容C0。 

进一步的，所述辅助二极管D2的阴极与主开关管S1的发射极连接，辅助二极管D2的阳极与辅助开关管S2的发射极连接。 

进一步的，所述续流二极管D3的阳极与主开关管S1的发射极连接，续流二极管D3的阴极与谐振电容Cr和谐振电感Lr连接节点连接。 

进一步的，所述电感L2一端与输入电压Uin的负极连接，另一端与箝位二极管Dc的阳极相连；电感L1的一端与输入电压Uin的正极连接，另一端与主开关管S1的集电极相连。 

有益效果：本发明提出的一种新型的ZCS-PWM Superbuck变换器，其能在整个负载范围内实现所有开关管的零电流关断以及所有二极管的零电压开通；谐振电感不与主开关管串联，使得主开关管的电流应力达到最低；输入电流连续，网侧电流谐波小；输出电流连续，因此不需要电解电容；无源箝位电路，消除所有功率管的电压尖峰，使得电压应力最低；本变换器将软开关技术和Suerbuck变换器结合在一起，使其具有电应力低、体积重量小、寿命长、效率高、对电网污染小等优点。 

附图说明

图1为本发明ZCS-PWM Superbuck变换器的主电路拓扑结构示意图。 

图2为本发明ZCS-PWM Superbuck变换器的主电路等效结构示意图。 

图3为本发明ZCS-PWM Superbuck变换器在t0～t6工作模态等效电路。 

图4为本发明ZCS-PWM Superbuck变换器在t6～t11工作模态等效电路。 

图5为本发明ZCS-PWM Superbuck变换器在一个工作周期内的主要波形示意图。 

图6为本发明ZCS-PWM Superbuck变换器实验输出满载时仿真波形示意图。 

具体实施方式