[发明专利]一种含有源缓冲器的双向隔离式DC-DC变换器

摘要

本发明提供了一种含有源缓冲器的双向隔离式DC‑DC变换器，涉及DC‑DC变换器领域；具体包括输入电路、输出电路，谐振电路和变压器；所述的谐振电路包含电感L2，电容Ca，二极管D6，开关S4和绕组N4，通过对开关S4的控制，谐振电路实际上成为一个有源缓冲器，当能量正向流动时，输入电路中，主开关管S1进行开关动作控制所传输能量的大小；在输出电路中，为了防止整流管S3和续流管S2同时导通造成输出电路中产生贯穿电路，整流管S3和续流管S2轮流进行工作，从而使得能量能够持续传输；能量反向传输时等效电路类似于Boost电路；通过控制谐振电路中辅助开关S4，使主开关管S1，续流管S2和S3整流管总能工作在软开关状态，降低了器件的开关损耗。

主权项

1.一种含有源缓冲器的双向隔离式DC‑DC变换器，其特征在于：包括输入电路、输出电路，谐振电路和变压器；所述的变压器包括绕组N1，N2和N3，以及额外绕组N4；所述输入电路包括：输入电源U1，主开关管S1，二极管D1和二极管D3；具体连接如下：二极管D3与主开关管S1并联连接后，与输入电源U1、变压器绕组N1形成回路a；同时二极管D3与主开关管S1并联连接后，与二极管D1，变压器绕组N1和N2形成回路b，所述输出电路包括：负载，续流管S2，整流管S3，二极管D2，D4和D5，电容器C1，C2，电感器L1以及电阻R1；具体连接如下：电阻R1并联电容C1后，串联二极管D2和变压器绕组N3，形成回路1；二极管D5并联续流管S2，二极管D4并联整流管S3后，同时串联变压器绕组N3，形成回路2；电容器C2并联负载后，串联电感器L1以及二极管D4与整流管S3的并联电路，直接连接变压器绕组N3，形成回路3；所述谐振电路包括：辅助开关S4，谐振辅助电感L2，谐振电容Ca以及二极管D6；具体连接如下：二极管D6与辅助开关S4并联，依次串联谐振电容Ca，谐振辅助电感L2，直接连接变压器额外绕组N4；且二极管D6的负极与变压器绕组N4直接相连；当能量正向流动时，所述的输入电路中，主开关管S1进行开关动作控制所传输能量的大小；在所述的输出电路中，为了防止整流管S3和续流管S2同时导通造成输出电路中产生贯穿电路，整流管S3和续流管S2轮流进行工作，从而使得能量能够持续传输；当能量正向流动时，根据主开关管S1，续流管S2，整流管S3的导通与否分为以下四个阶段：第一阶段：主开关管S1和整流管S3导通，续流管S2关闭，输入电流通过电源U1流入变压器绕组N1，然后流入二极管D3与主开关管S1并联连接的电路，电流流入二极管D3负极；输出电路部分，变压器绕组N3的感应电流按顺时针依次通过电感L1，电容C2和负载的并联电路，二极管D4与整流管S3的并联电路，形成回路；此阶段二极管D1、D2、D3和D5中均无电流通过，电流流入二极管D4正极，输出电路中电流线性上升，能量从输入电路传输到输出电路，此时谐振电路中无电流通过；第二阶段，主开关管S1，续流管S2和整流管S3都关闭，在输入电路中没有电流流过；输出电路中二极管D2不导通，变压器绕组N3，电阻R1和电容C1的并联电路，以及二极管D2组成的回路中无电流通过，此时续流管S2未导通，二极管D5导通，变压器绕组N3，电感L1，电容C2和负载的并联电路，以及二极管D4与整流管S3的并联电路组成的回路中有电流通过，同时，二极管D5，电感L1，电容C2和负载的并联电路组成的回路中有电流通过；电流流入D4正极和D5正极；此时通过由变压器绕组N3、电感L1、电容C2和负载的并联电路，以及二极管D4与整流管S3的并联电路组成的回路的电流逐渐减少，通过二极管D5、电感L1、电容C2和负载并联电路组成的回路的电流则从零开始逐渐增大；开关S1，S3在关闭过程前，谐振电路中，开关S4导通，感应电流通过绕组N4，电感L2，电容Ca，流入开关S4和二极管D6并联的电路里，使得主开关管S1和整流管S3在关闭过程中，电流先逐渐下降到零，实现软开关；第三阶段，主开关管S1，整流管S3关闭，续流管S2导通，输入电路中无电流流过；输出电路中，二极管D2和D4不导通，二极管D5与续流管S2的并联电路中的电流由续流管S2中的MOS管续流，电流流入二极管D5的正极和续流管S2，依次经过电感L1，电容C2和负载的并联电路组成的回路；这一阶段通过二极管D5与续流管S2的并联电路中的电流逐渐减小直到续流管S2被触发关断后结束；续流管S2在重新导通前，谐振电路中，辅助开关S4导通，感应电流通过绕组N4，电感L2，电容Ca，二极管D6正极，谐振电路的电流触发，使得续流管S2在重新导通前，两端电压，电流为零，实现软开关；第四阶段，主开关管S1，续流管S2和整流管S3都关闭，输入电路中无电流通过；输出电路中，二极管D2和D4不导通，二极管D5与续流管S2的并联电路中的电流由二极管D5续流，依次经过电感L1，电容C2和负载的并联电路，电流流入二极管D5正极；这一阶段持续直到主开关管S1被触发导通结束，电路重新进入第一阶段时的工作状态；此时，谐振电路中，辅助开关S4开启，电流与第三阶段方向相反，二极管D6中无电流流过。