[发明专利]超大功率ZVS+ZCS综合软开关DC/DC变换器

说明书

技术领域

在EV电动汽车产业发展中，30KW及以上高效、超大容量充电模块，早已是传导式直流快速充电桩市场的需求。当前，大功率、快速电力电子开关器件IGBT和新型高导磁材料不断涌现，用于DC/DC变换器的集成控制器，单片微机等技术也已成熟，为超大容量充电模块的开发提供了良好的条件。我们选用这些新器件、新材料，在研制新型超大容量PWM移相全桥DC/DC变换器做充电模块的工作中，成功开发出ZVS+ZCS综合软开关新技术，生产了30KW充电模块、及40，50KW单模块移动式直流快速充电桩和多模块超大容量电动大巴直流快速充电桩。该技术对储能经济的发展也将产生深远影响。

背景技术

现在广泛采用的移相全桥ZVS(电压过零开通软开关)DC/DC变换器原理线路如图1，它有两个桥臂，每个桥臂用一个IGBT绝缘栅晶体管模块，其上有二个可控开关管。两臂并联后接向三相整流滤波电源V_S，超前臂Q₁、Q₃，滞后臂Q₄、Q₂，共四个大容量IGBT绝缘栅晶体管。每个管由集电极、发射极和绝缘栅极，构成电压型受控开关，开关两端反向并联一个体内二极管D_i和一个换向电容C_pi(体内电容加上外并电容之和，i＝1，2，3，4)组成。两桥臂中结点跨接一只变压器T₁。变压器是靠吸收激磁电流I_m产生主磁通之后，建立变压器原、副边两线圈N₁与N₂间“电压与匝数成正比；电流与匝数成反比n的电磁感应关系，才能进行能量传递的。与此主磁通对应的电感称为变压器的激磁电感L_m。两线圈电流I₁,I₂产生的仅穿过自身线圈的磁通称为漏磁通，对应的电感为漏电感L_σ1和L_σ2。为便于原理分析，令变压器变比n＝1得到等值电路，重新绘出移相全桥ZVSDC/DC变换器等值原理线路图，如图2。超前臂二开关管Q₁、Q₃，滞后臂二开关管Q₄、Q₂的栅极分别接受相位相差180°，相角宽度为180°两对脉冲C、D及A、B的移相触发控制，为了防止同一桥臂的二管在换向时发生直通短路故障，脉冲的初始需要留出可调整的死区时间Δt_cd,Δt_ab。电路一旦启动，四个脉冲同时出现，因为此时A与C；B与D同相位，变压器T₁承受电压为零。滞后臂脉冲A，B相位是固定的，超前臂脉冲C、D，随着软启动的展开逐渐向后移动相位(故称C、D为超前臂)，使变压器T₁承受电压的工作相位角α逐渐增加，在副边，感应产生+-交变，逐渐展宽的方波电压，向副边馈送的能量随之增加。图3波形图，能帮助清晰表示此过程，结合图4中多个分时段等效电路拓扑，对其工作原理分述如下：

t₀～t₁时，能量传送期。见图-3波形图和图4-1，变压器流过激磁电流I_m，原、副边建立电磁感应关系。D相对A脉冲向后移动相位角α，即是Q₃，Q₄触发导通，变压器承受电源电压的相位角，C_P1C_P2被电源V_S充电，忽略线圈电阻和漏电感，则原边电流负载电流，折射到原边的负载电流。I_m：变压器的激磁电流)。