[发明专利]带有直流变压器的无损耗开关变换器

摘要

一种新的开关变换器，尽管体积小、重量轻且具有超高的过载电流能力，仍以创记录的高效率工作，这是由于两种新方法通过使用四个可控开关的精确顺序和定时消除开关损耗的新型无损耗开关方法，而新型直流变压器结构提供了一种消除磁性元件中存储的直流能量的方法，这进一步增加了效率并减小了磁性元件和变换器体积。

主权项

1.一种变换器，用于从连接在输入端和共用输入端之间的直流电压源提供电源给连接在输出端和共用输出端之间的直流负载，该变换器包括：一个输入电感器绕组、一个中间电感器绕组和一个输出电感器绕组，放置在一个共用磁芯上形成了一个直流变压器，每个绕组有一个点标记端和另一个未标记端，由此加在该中间电感器上的交流电压在输入和输出电感器绕组中感应出交流电压，这样施加的交流电压和感应的交流电压在输入、输出和中间电感器绕组的点标记端同相；一个输入电感器绕组，其点标记端与输入端连接，形成直流变压器的输入绕组；一个输出电感器绕组，其点标记端与输出端连接，形成直流变压器的输出绕组；一个中间电感器绕组，其点标记端与共用输入端和共用输出端连接，形成直流变压器的中间绕组；一个输入电容，一端与输入电感器绕组的未标记端连接，输入电容的另一端与中间电感器绕组的未标记端连接；一个输入开关，一端与与共用输入端连接，另一端与输入电感器绕组的未标记端连接；一个输出开关，一端与共用输出端连接，另一端与输出电感器绕组的未标记端连接；一个互补输出开关，一端与输出电感器绕组的未标记端连接，该互补输出开关的另一端与中间电感器绕组的未标记端连接；一个支路，包括一个互补输入开关和一个辅助电容，该互补输入开关的一端与辅助电容的一端连接，而互补输入开关的另一端与辅助电容的另一端构成该支路的端点；开关定时控制装置，用于为输入开关、互补输入开关、输出开关和互补输出开关提供精确的指向ON和指向OFF的顺序和定时；用于将支路的端点与变换器连接的装置，由此在状态2间隔期间流经该支路的电流等于流入输入电感器绕组点标记端的输入电感器电流和流入中间电感器绕组点标记端的中间电感器电流的和减去流出输出电感器绕组点标记端的输出电感器电流；其中输入开关、输出开关和互补输出开关是半导体开关器件，能够在指向ON期间在至少一个方向传导电流，在指向OFF期间维持至少一个方向上的电压；其中互补输入开关是半导体电流双向开关器件，能够在指向ON期间在两个方向传导电流，在指向OFF期间维持至少一个方向上的电压；所述半导体开关器件和半导体电流双向开关器件以高的切换频率指向ON和OFF，其中变换器的直流—直流电压转换比与负荷比D成线性关系；其中对于处于0到1范围内的负荷比D，输入电感器绕组中的直流电流和中间电感器绕组中的直流电流流入输入和中间电感器绕组的点标记端，而输出电感器绕组中的直流电流流出输出电感器绕组的点标记端；其中对于处于0到1范围内的负荷比D，输入电感器绕组和中间电感器绕组的直流电流的和等于输出电感器绕组直流电流的幅度；其中直流变压器包括匝数相等的输入、输出和中间电感器绕组，在负荷比D，输入电感器绕组和中间电感器绕组的直流安培匝数为正，产生相加的正直流磁通，而输出电感器绕组的直流安培匝数为负，产生负的直流磁通，使共用磁芯中的净直流磁通为零；其中共用磁芯没有气隙；藉此，共用磁芯中净直流磁通为零使输入、中间和输出电感器绕组的电感增加，变换器过载能力增加，以及藉此，直流变压器连同输入电感器绕组、输出电感器绕组和中间电感器绕组，得到从输入电感器绕组到输出电感器绕组的有效直流—直流电源转换，同时减少了直流变压器共用磁芯中的能量存储，从而通过减小共用磁芯的体积和重量减小了变换器的体积和重量，而且同时增加了变换器的效率和过载能力，减小了电磁干扰。