專利名稱：一種橋式移相軟開關(guān)變換器的拓?fù)潆娐返闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
一種橋式移相軟開關(guān)變換器的拓?fù)潆娐?br> 本實(shí)用新型涉及電力電子領(lǐng)域中的直流電源變換技術(shù)，特別涉及一種橋式移 相軟開關(guān)變換器的拓?fù)潆娐贰?br> 在現(xiàn)有技術(shù)中所采用的橋式移相軟開關(guān)變換的直流電源中，經(jīng)常使用

圖1所示的變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和經(jīng)改進(jìn)的圖2所示的變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種變換器包括 橋式電路、變壓器TR、諧振電感LF和整流濾波電路，其中，圖l是最基本的橋 式移相軟開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在實(shí)際使用中存在如下問題1、 變換器輸出30%~40%負(fù)載后方能完全滿足軟開關(guān)的條件。2、 為了能使變換器在輕載時(shí)可靠工作，串聯(lián)在主電路的諧振電感LF不能太 小，因?yàn)橹C振電感LF太小就不能提供足夠大的能量，以完成移相過程。3、 由于諧振電感LF的接入，使得占空比損失太大，致使重載時(shí)輸出電壓跌 落，多數(shù)情況下占空比達(dá)不到80%,對(duì)于高壓大功率的應(yīng)用很難滿足要求。4、 變換器的死負(fù)載太大(即變換器自身負(fù)載太大)， 一般要占總輸出的3% 5%，影響整機(jī)效率。5、 受輸出濾波電感器LZ的影響。 [發(fā)明內(nèi)容]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種橋式移相軟開關(guān)變換器的拓?fù)潆?路，能夠提供足夠的能量完成變換器的移相過程。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是
一種橋式移相軟開關(guān)變換器的拓?fù)潆娐?，包括由兩橋臂組成的橋式電路、變 壓器和整流濾波電路，所述變壓器的副邊與所述整流濾波電路電連接；所述橋式 電路的一橋臂包括開關(guān)管MR1、開關(guān)管MR2、電感LB、 二極管DR1、 二極管DR2、 電容CR1和電容CR2,所述開關(guān)管MR1與開關(guān)管MR2串聯(lián)連接，該串聯(lián)支路的中 點(diǎn)作為該橋臂中點(diǎn)，與所述變壓器原邊的一端電連接，該串聯(lián)支路的兩端作為該 橋臂的兩輸入端，所述二極管DR1和二極管DR2同向串聯(lián)，該串聯(lián)支路兩端分別 連接該橋臂的兩輸入端，所述電容CR1和電容CR2分別并聯(lián)于二極管DR1和二極 管DR2兩端，所述電感LB連接在該橋臂中點(diǎn)和所述二極管DR1與二極管DR2的 連接點(diǎn)之間；所述橋式電路的另一橋臂包括開關(guān)管ML1和開關(guān)管ML2，所述開關(guān) 管ML1與開關(guān)管ML2串聯(lián)連接，該串聯(lián)支路的中點(diǎn)作為該橋臂中點(diǎn),與所述變壓 器原邊的另一端電連接，該串聯(lián)支路的兩端作為該橋臂的兩輸入端；所述橋式電路的另一橋臂還包括電感LA、 二極管DL1、 二極管DL2、電容CL1 和電容CL2，所述二極管DL1和二極管DL2同向串聯(lián)，該串聯(lián)支路兩端分別連接 該橋臂的兩輸入端，所述電容CL1和電容CL2分別并聯(lián)于二極管DL1和二極管 DL2兩端，所述電感LA連接在該橋臂中點(diǎn)和所述二極管DL1與二極管DL2的連 接點(diǎn)之間。所述的一種橋式移相軟開關(guān)變換器的拓?fù)潆娐罚€包括諧振電感LF,所述 任一橋臂中點(diǎn)通過該諧振電感LF與所述變壓器原邊相連接。所述的一種橋式移相軟開關(guān)變換器的拓?fù)潆娐罚€包括鉗位二極管DF1和鉗 位二極管DF2，所述鉗位二極管DF1和鉗位二極管DF2同向串聯(lián)連接，該串聯(lián)支 路的兩端分別連接所述任一橋臂的兩輸入端，所述諧振電感LF與所述變壓器原 邊的連接點(diǎn)與所述鉗位二極管DF1和鉗位二極管DF2的連接點(diǎn)連接。本實(shí)用新型的有益效果是-本實(shí)用新型在其中一橋臂上增加了由電感LA、 二極管DL1、 二極管DL2、電 容CL1和電容CL2組成的輔助網(wǎng)絡(luò)，使得0 100%負(fù)載范圍內(nèi)均可滿足橋式移相 軟開關(guān)變換器的工作條件；由于所增加的輔助網(wǎng)絡(luò)和諧振電感LF分擔(dān)了變換器 完成移相過程所需的能量，因此本實(shí)用新型中的諧振電感LF大大減小，對(duì)占空 比基本沒有影響，變換器的占空比可達(dá)到90%左右；本實(shí)用新型中的左右橋臂均
可在全程負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)變換，不受輸出濾波電感器的影響，同時(shí)，死負(fù)載降為總輸出負(fù)載的0.2% 0.5%，整機(jī)損耗大大降低；另外，本實(shí)用新型中的 變壓器也不需要特別設(shè)計(jì)、輔助電感LA或LB、諧振電感LF使用普通的鐵氧體 材料，體積大大減小，散熱器比目前橋式移相軟開關(guān)變換器中的散熱器小，所以 降低了整機(jī)的成本；本實(shí)用新型相比現(xiàn)有基本移相電路空載時(shí)產(chǎn)生的干擾，空載 電磁干擾小。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中基本橋式移相軟開關(guān)變換器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一種橋式移相軟開關(guān)變換器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實(shí)用新型的橋式移相軟開關(guān)變換器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖(一)。
圖4是本實(shí)用新型的橋式移相軟開關(guān)變換器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖(二)。
圖5是本實(shí)用新型的橋式移相軟開關(guān)變換器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖(三)。
圖6是圖3所示電路的起始狀態(tài)示意圖。
圖7是圖3所示電路處于右橋臂諧振過渡周期的示意圖。
圖8是圖3所示電路處于鉗位續(xù)流周期的示意圖。
圖9是圖3所示電路處于左橋臂諧振過渡周期的示意圖。
圖IO是圖3所示電路處于功率傳輸周期的示意圖。
圖11是本實(shí)用新型的變換器效率曲線圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步闡述-橋式移相軟開關(guān)變換器的工作條件是1、儲(chǔ)在諧振電感LF中的能量必須大于在最大過渡時(shí)間內(nèi)一側(cè)橋臂的開關(guān)管 輸出電容與變壓器分布電容充、放電所需的總能量。
2、移相過程必須在過渡時(shí)間內(nèi)完成。根據(jù)上述條件，本實(shí)用新型提出利用外加附加網(wǎng)絡(luò)和諧振電感共同提供能量 來滿足上述條件的思想，達(dá)到最佳橋式移相軟開關(guān)變換，并克服目前采用的拓?fù)?結(jié)構(gòu)的缺陷；變換器的成本沒有增加；輕載效率大大提高。圖3是本實(shí)用新型的橋式移相軟開關(guān)變換器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖(一)，本實(shí)用 新型的變換器拓?fù)潆娐钒ㄓ蓛蓸虮?左、右橋臂)組成的橋式電路、變壓器 和整流濾波電路(整流電路可以是全波整流，也可以是全橋整流等)，所述變壓器 的副邊與所述整流濾波電路電連接；所述橋式電路的一橋臂包括開關(guān)管MR1、開 關(guān)管MR2、電感LB、 二極管DR1、 二極管DR2、電容CR1和電容CR2，所述開關(guān) 管MR1與開關(guān)管MR2串聯(lián)連接，該串聯(lián)支路的中點(diǎn)作為該橋臂中點(diǎn)，與所述變壓 器原邊的一端電連接，該串聯(lián)支路的兩端作為該橋臂的兩輸入端，所述二極管 DR1和二極管DR2同向串聯(lián)，該串聯(lián)支路兩端分別連接該橋臂的兩輸入端，所述 電容CR1和電容CR2分別并聯(lián)于二極管DR1和二極管DR2兩端，所述電感LB連 接在該橋臂中點(diǎn)和所述二極管DR1與二極管DR2的連接點(diǎn)之間；所述橋式電路的 另一橋臂包括開關(guān)管ML1和開關(guān)管ML2，所述開關(guān)管ML1與開關(guān)管ML2串聯(lián)連接， 該串聯(lián)支路的中點(diǎn)作為該橋臂中點(diǎn)，與所述變壓器原邊的另一端電連接，該串聯(lián) 支路的兩端作為該橋臂的兩輸入端；所述橋式電路的另一橋臂還包括電感LA、 二極管DL1、 二極管DL2、電容CL1和電容CL2,所述二極管DL1和二極管DL2 同向串聯(lián)，該串聯(lián)支路兩端分別連接該橋臂的兩輸入端，所述電容CL1和電容 CL2分別并聯(lián)于二極管DL1和二極管DL2兩端，所述電感LA連接在該橋臂中點(diǎn) 和所述二極管DL1與二極管DL2的連接點(diǎn)之間。需要說明的是，該拓?fù)潆娐愤€包括諧振電感LF，所述任一橋臂中點(diǎn)通過該 諧振電感LF與所述變壓器原邊相連接，即諧振電感LF可以串接在左橋臂與變壓 器原邊之間，也可以串接在右橋臂與變壓器原邊之間。圖4是本實(shí)用新型的橋式移相軟開關(guān)變換器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖(二)，相對(duì)于 圖3來說，圖4中的結(jié)構(gòu)圖增加了鉗位二極管DF1和鉗位二極管DF2，所述鉗位 二極管DF1和鉗位二極管DF2同向串聯(lián)連接，該串聯(lián)支路的兩端分別連接所述橋 臂的兩輸入端，所述諧振電感LF與所述變壓器原邊的連接點(diǎn)與所述鉗位二極管DF1和鉗位二極管DF2的連接點(diǎn)。該圖所示的拓?fù)潆娐罚饕糜诟邏狠敵龅淖?換器中，DF1、 DF2是鉗位二極管，使變壓器原、副邊的電壓鉗位在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)， 避免由于諧振電感LF和變壓器原邊電壓相位相反時(shí)產(chǎn)生高壓，損壞副邊整流二 極管DZ1、 DZ2，起到保護(hù)作用，同時(shí)，鉗位二極管的增加也降低對(duì)變壓器耐壓 的要求。圖5是本實(shí)用新型的橋式移相軟開關(guān)變換器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖(三)，相對(duì)于 圖3來說，圖5所示的結(jié)構(gòu)圖去掉了諧振電感LF，單純利用變壓器的漏電感做 諧振電感器，不外加諧振電感。下面對(duì)圖3所示拓?fù)潆娐愤M(jìn)行工作周期分析定義T0時(shí)刻初級(jí)側(cè)的電流為IP (T0)。1、 當(dāng)KT0時(shí)，變換器處于起始狀態(tài)，如圖6所示:對(duì)角臂上的開關(guān)管ML1， 開關(guān)管MR2導(dǎo)通。IP (TO)經(jīng)ML1、變壓器的一次側(cè)(原邊)、諧振電感LF流入 開關(guān)管MR2，電流方向如圖中箭頭所示。變壓器一次側(cè)電流在TO時(shí)刻等于IP (T0)。同時(shí)，在T0時(shí)刻，MR2被控制 電路關(guān)斷，并進(jìn)入右橋臂諧振轉(zhuǎn)換周期。此刻，IP (TO)由一次側(cè)的諧振電感 LF和右側(cè)輔助網(wǎng)絡(luò)維持，近似為常量。2、 當(dāng)TO 〈T 〈Tl時(shí)，變換器處于右橋臂諧振過渡周期，如圖7所示MR2 關(guān)斷后，變壓器一次側(cè)電流通過開關(guān)管輸出電容繼續(xù)流動(dòng)， 一次側(cè)電流和右側(cè)輔 助網(wǎng)絡(luò)同時(shí)對(duì)MR2的輸出電容充電，電壓由OV上升至電源電壓。同時(shí)變壓器分 布電容和MR1輸出電容則開始放電。這樣，經(jīng)過諧振過渡周期，當(dāng)MR1開通時(shí)， 其源-漏之間的電壓已經(jīng)降為零，零電壓開通ZVS得以實(shí)現(xiàn)。3、 當(dāng)TKT〈T2時(shí)，變換器處于鉗位續(xù)流周期，如圖8所示r右橋臂諧振 周期結(jié)束后， 一次側(cè)電流將通過ML1、 MR1的體二極管續(xù)流。4、 當(dāng)T2〈T〈T3時(shí)，變換器處于左橋臂諧振過渡周期，如圖9所示在T2 時(shí)刻，變壓器一次側(cè)仍有電流，其值略低于IP (T0)。由于MR1已導(dǎo)通，ML1將 被關(guān)斷。這時(shí)，變壓器一次側(cè)電流繼續(xù)流動(dòng)，但其流動(dòng)方向變?yōu)榱飨騇L1的輸出 電容，左側(cè)輔助網(wǎng)絡(luò)的電流也流入ML1的輸出電容，電壓由OV上升至電源電壓。同時(shí)變壓器分布電容也開始充電，ML2輸出電容則開始放電。在諧振過渡周期中， ML2源-漏之間的電壓已經(jīng)降為零，為零電壓開關(guān)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。 一次側(cè)電 流被ML2的體二極管鉗位，此時(shí)ML2仍處在關(guān)斷狀態(tài)。 一旦ML2開通，由于MR1 己經(jīng)處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸入電壓將全部加在變壓器的一次側(cè)，并通過變壓器的二次 側(cè)向負(fù)載傳輸能量。5、 當(dāng)T3〈T〈T4時(shí)，變換器處于功率傳輸周期，如圖10所示在功率傳輸 周期中，對(duì)角橋臂中的兩只開關(guān)管都處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸入電壓完全施加在變壓器一次繞組上。6、 開關(guān)管關(guān)斷周期(T4): MR1在T4時(shí)關(guān)斷，至此一個(gè)完整的開關(guān)周期完 成了。由于MR1關(guān)斷，電流通過輸出電容繼續(xù)流動(dòng)，這使MR1源-漏之間的電壓 由零上升至電源電壓。輔助網(wǎng)絡(luò)加速這一過程的進(jìn)程。與此同時(shí)，MR2的輸出電 容立即通過變壓器的一次側(cè)放電，為MR2工作在ZVS狀態(tài)創(chuàng)造條件。為了體現(xiàn)本實(shí)用新型所能達(dá)到的有益效果，以圖3所示電路為例進(jìn)行試驗(yàn)， 在高壓情況下，輸出整流電路采用全橋方式，DL1, DL2， DR1， DR2選用MUR460 二極管，DF1, DF2選用DSEI 15-06A。 CL1， CL2， CR1， CR2取值1220PF/1KV瓷 片電容。LA， LB取值200uH。 LF取值10 uH。輸入電壓400VDC，輸出電壓360VDC， 功率1500W。死負(fù)載4W，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表，相應(yīng)曲線圖如圖11所示的變換器效 率曲線圖。負(fù)載w效率負(fù)載比例負(fù)載百分比效率12572%8.3001338.30%72%25083%16扁2716.60%83%35788%23.7051823.70%88%50092%33.2005333.20%92%62593%41.5006641.50%93%83395%55.3120855.30%95%100097%66.4010666.40%97%111697%74.1035974.腦97%125098%83細(xì)3383%98%137398%91.應(yīng)691.20%98%150698%100100%98%
根據(jù)以上分析，現(xiàn)有技術(shù)中由于輕載時(shí)原邊電流很小，諧振電感小，其儲(chǔ)能不能保證諧振過程中的電流持續(xù)，使得電容的充、放電過程不能達(dá)到ov或者電源電壓，并使移相過程不能在過渡周期中完成，為zvs創(chuàng)造條件，從而產(chǎn)生損耗，并使變換器工作產(chǎn)生尖峰干擾，而本實(shí)用新型中左、右輔助網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)加入，在 過渡過程中提供諧振所需能量，并達(dá)到諧振能量要求，使得諧振過程如期完成，zvs順利實(shí)現(xiàn)，克服了目前移相橋式諧振軟開關(guān)變換拓?fù)涞娜毕荨?br> 權(quán)利要求1、 一種橋式移相軟開關(guān)變換器的拓?fù)潆娐?，包括由兩橋臂組成的橋式電路、 變壓器和整流濾波電路，所述變壓器的副邊與所述整流濾波電路電連接；所述橋 式電路的一橋臂包括開關(guān)管MR1、開關(guān)管MR2、電感LB、 二極管DR1、 二極管DR2、 電容CR1和電容CR2，所述開關(guān)管MR1與開關(guān)管MR2串聯(lián)連接，該串聯(lián)支路的中 點(diǎn)作為該橋臂中點(diǎn)，與所述變壓器原邊的一端電連接，該串聯(lián)支路的兩端作為該 橋臂的兩輸入端，所述二極管DR1和二極管DR2同向串聯(lián)，該串聯(lián)支路兩端分別 連接該橋臂的兩輸入端，所述電容CR1和電容CR2分別并聯(lián)于二極管DR1和二極 管DR2兩端，所述電感LB連接在該橋臂中點(diǎn)和所述二極管DR1與二極管DR2的 連接點(diǎn)之間；所述橋式電路的另一橋臂包括開關(guān)管ML1和開關(guān)管ML2，所述開關(guān) 管ML1與開關(guān)管ML2串聯(lián)連接，該串聯(lián)支路的中點(diǎn)作為該橋臂中點(diǎn)，與所述變壓 器原邊的另一端電連接，該串聯(lián)支路的兩端作為該橋臂的兩輸入端；其特征在于所述橋式電路的另一橋臂還包括電感LA、 二極管DL1、 二極管DL2、電容CL1 和電容CL2，所述二極管DL1和二極管DL2同向串聯(lián)，該串聯(lián)支路兩端分別連接 該橋臂的兩輸入端，所述電容CL1和電容CL2分別并聯(lián)于二極管DL1和二極管 DL2兩端，所述電感LA連接在該橋臂中點(diǎn)和所述二極管DL1與二極管DL2的連 接點(diǎn)之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋式移相軟開關(guān)變換器的拓?fù)潆娐罚涮卣?在于還包括諧振電感LF,所述任一橋臂中點(diǎn)通過該諧振電感LF與所述變壓器 原邊相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種橋式移相軟開關(guān)變換器的拓?fù)潆娐?，其特?在于還包括鉗位二極管DF1和鉗位二極管DF2，所述鉗位二極管DF1和鉗位二 極管DF2同向串聯(lián)連接，該串聯(lián)支路的兩端分別連接所述任一橋臂的兩輸入端， 所述諧振電感LF與所述變壓器原邊的連接點(diǎn)與所述鉗位二極管DF1和鉗位二極 管DF2的連接點(diǎn)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種橋式移相軟開關(guān)變換器的拓?fù)潆娐?，涉及電力電子領(lǐng)域中的直流電源變換技術(shù)。該拓?fù)潆娐钒ㄓ蓛蓸虮劢M成的橋式電路、變壓器和整流濾波電路，所述變壓器的副邊與所述整流濾波電路連接；所述橋式電路的一橋臂包括開關(guān)管MR1、開關(guān)管MR2、電感LB、二極管DR1、二極管DR2、電容CR1和電容CR2，所述橋式電路的另一橋臂包括開關(guān)管ML1和開關(guān)管ML2，所述橋式電路的另一橋臂還包括電感LA、二極管DL1、二極管DL2、電容CL1和電容CL2。本實(shí)用新型能夠提供足夠的能量完成變換器的橋式移相軟開關(guān)過程。
文檔編號(hào)H02M3/22GK201022179SQ20062001664
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者楓 楊 申請(qǐng)人:楓 楊