專利名稱：一種軟開(kāi)關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電路，更具體地說(shuō)，涉及一種軟開(kāi)關(guān)電路。
背景技術(shù)：
全橋軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在大功率電力電子裝置中得到廣泛應(yīng)用。目前全橋軟開(kāi)關(guān) 電路主要包括全橋移相軟開(kāi)關(guān)和全橋串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)，它們分別存在以下缺 陷?，F(xiàn)有的全橋移相軟開(kāi)關(guān)在輕載時(shí)可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，損耗較大?，F(xiàn)有的 全橋串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)(如圖1所示)采用變頻控制方式，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率的 方法調(diào)節(jié)輸出電壓，控制方法比較復(fù)雜，而且在輸出空載或短路時(shí)，開(kāi)關(guān)必須 工作在很高的開(kāi)關(guān)頻率，實(shí)現(xiàn)比較困難。
因此需要一種可簡(jiǎn)單方便地控制輸出電壓，損耗較小，且能在全工作范圍 實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種可簡(jiǎn) 單方便地控制輸出電壓，損耗較小，且能在全工作范圍實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的軟開(kāi)關(guān)電 路。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種軟開(kāi)關(guān)電路，包括 全橋電路，其與一個(gè)具有分壓平衡點(diǎn)的分壓電路串聯(lián)，并在其前橋中點(diǎn)和后橋 中點(diǎn)之間連有串聯(lián)諧振電路和變壓器，其中，在所述變壓器原邊的中間抽頭端 和所述分壓電路的分壓平衡點(diǎn)之間連接一個(gè)輔助限流電路，用于為所述全橋電 路提供能量。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述輔助限流電路包括一個(gè)電感。 根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述輔助限流電路是LC電路，其進(jìn)一步包括一個(gè)與所述電感相連的電容。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述輔助限流電路是LRC電路， 其進(jìn)一步包括一個(gè)與所述電感、電容相連的電阻。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述變壓器原邊的下端和后橋中點(diǎn) 之間還連接有由第二諧振電容和第二諧振電感串聯(lián)形成的第二串聯(lián)諧振電路。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第 三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管分別是三電平組合這樣可降低每個(gè)開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述全橋電路采用移相控制。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，還包括其正極和負(fù)極分別與第一開(kāi) 關(guān)管的輸入端和輸出端相連的第一二極管的，其正極和負(fù)極分別與第二開(kāi)關(guān)管 的輸入端和輸出端相連的第二二極管，其正極和負(fù)極分別與第三開(kāi)關(guān)管的輸 入端和輸出端相連的第三二極管，其正極和負(fù)極分別與第四開(kāi)關(guān)管的輸入端和 輸出端相連的第四二極管。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述分壓電路的輸入電壓的正極和 負(fù)極分別施加在所述第一開(kāi)關(guān)管的輸出端和第二開(kāi)關(guān)管的輸入端。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述第一諧振電路由第一諧振電容 和第一諧振電感串聯(lián)形成。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第 三開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管分別與電容器并連以減少關(guān)斷損耗。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述變壓器的輸出電路采用全橋整流。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述變壓器的輸出電路采用全波整流。
根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，所述變壓器的原邊并聯(lián)電感。 根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，對(duì)所述變壓器開(kāi)氣隙以調(diào)節(jié)磁電感。 根據(jù)本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其中，采用集成磁路的方法合成變壓器和 所述第一和第二諧振電感。
實(shí)施本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，具有以下有益效果通過(guò)增加了 一條從變壓器到輸入濾波電容中點(diǎn)的輔助通路，可采用移相的 方法簡(jiǎn)單方便地控制輸出電壓，損耗較小，且能在全工作范圍實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖1是通用型全橋串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)電路圖；圖2是本發(fā)明的軟開(kāi)關(guān)電路的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖3是本發(fā)明的軟開(kāi)關(guān)電路的部分電量的波形圖；圖4是第一開(kāi)關(guān)管Ql與第四開(kāi)關(guān)管Q4的移相角為0時(shí)，本發(fā)明的軟開(kāi) 關(guān)電路的主要電量的波形圖；圖5是當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管Ql與第四開(kāi)關(guān)管Q4移相角為180時(shí)，本發(fā)明的軟 開(kāi)關(guān)電路的主要電量的波形圖；圖6是第一開(kāi)關(guān)管Ql與第三開(kāi)關(guān)管Q3導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管Q2與第四開(kāi) 關(guān)管Q4截止時(shí)圖2的等效電路圖。圖7是開(kāi)關(guān)管的三電平組合的電路圖。
具體實(shí)施方式
在本發(fā)明的軟開(kāi)關(guān)電路中，包括全橋電路，其與一個(gè)具有分壓平衡點(diǎn)的分 壓電路串聯(lián)，并在其前橋中點(diǎn)和后橋中點(diǎn)之間連有串聯(lián)諧振電路和變壓器，在 所述變壓器原邊的中間抽頭端和所述分壓電路的分壓平衡點(diǎn)之間連接有一個(gè) 輔助限流電路。所述全橋電路包括由第一開(kāi)關(guān)管、第二開(kāi)關(guān)管、第三開(kāi)關(guān)管和 第四開(kāi)關(guān)管連接而成的開(kāi)關(guān)管電橋，其中，第二開(kāi)關(guān)管和第四開(kāi)關(guān)管的輸入端 相互連接，第二開(kāi)關(guān)管的輸出端與第一開(kāi)關(guān)管的輸入端相連，第一開(kāi)關(guān)管和第 三開(kāi)關(guān)管的輸出端相互連接，第三開(kāi)關(guān)管的輸入端與第四開(kāi)關(guān)管的輸出端相 連；第一二極管的正極和負(fù)極分別與第一開(kāi)關(guān)管的輸入端和輸出端相連，第二 二極管的正極和負(fù)極分別與第二開(kāi)關(guān)管的輸入端和輸出端相連，第三二極管的 正極和負(fù)極分別與第三開(kāi)關(guān)管的輸入端和輸出端相連，第四二極管的正極和負(fù) 極分別與第四開(kāi)關(guān)管的輸入端和輸出端相連；為了減少關(guān)斷損耗，可在開(kāi)關(guān)管的輸出端和輸入端并聯(lián)電容。此處的第一、第二、第三和第四二極管通?？梢允荕OSFET本身的寄生二極管，也可以是外接的二極管。在本發(fā)明的軟開(kāi)關(guān)電路的優(yōu)選實(shí)施例中，圖2中示出的所述第一開(kāi)關(guān)管 Ql、第二開(kāi)關(guān)管Q2、第三開(kāi)關(guān)管Q3和第四開(kāi)關(guān)管Q4可采用三電平形式， 此處的三電平形式是指由兩只相同的開(kāi)關(guān)管串聯(lián)組成三電平形式，對(duì)這個(gè)電路 則需要8只管子，其連接方式可參考圖7。如圖7A所示，開(kāi)關(guān)管Q11的輸入 端與開(kāi)關(guān)管Q12的輸出端連接。寄生二極管dll的正極和負(fù)極分別與開(kāi)關(guān)管 Qll的輸入端和輸出端相連，寄生二極管dl2的正極和負(fù)極分別與開(kāi)關(guān)管Q12 的輸入端和輸出端相連，寄生二極管d13的負(fù)極與開(kāi)關(guān)管Qll的輸入端以及 開(kāi)關(guān)管Q12的輸出端相連，正極連入開(kāi)關(guān)管電路。在圖7B中，寄生二極管 d13的正極與開(kāi)關(guān)管Qll的輸入端以及開(kāi)關(guān)管Q12的輸出端相連，負(fù)極連入 開(kāi)關(guān)管電路。第一諧振電容Crl和第一諧振電感Lrl串聯(lián)后并聯(lián)到第一開(kāi)關(guān)管Q1的輸 入端和變壓器Tl原邊的上端S。變壓器Tl原邊的下端X連接到第四開(kāi)關(guān)管 Q4的輸入端。分壓電路的正極連接到第一變壓器T1的輸出端，負(fù)極連接到第 二變壓器Q2的輸入端。在變壓器T1的原邊可并聯(lián)電感，也可對(duì)變壓器T1開(kāi) 氣隙調(diào)節(jié)勵(lì)磁電感，也可以將諧振電感和變壓器Tl采用集成磁路的方法合成， 則電路等效為L(zhǎng)LC諧振電路。變壓器T1副邊與輸出電路相連，其中，用于為 開(kāi)關(guān)管電橋提供能量的輔助限流電感Ll連接到所述變壓器Tl的原邊的中間 抽頭端D和分壓電路的分壓平衡點(diǎn)C，所述分壓平衡點(diǎn)的位置可根據(jù)第一串 聯(lián)諧振電路的諧振電容Crl和諧振電感Lr2的值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以能夠?qū)崿F(xiàn) 開(kāi)關(guān)管電橋的軟開(kāi)關(guān)為準(zhǔn)。在圖2所示的本發(fā)明的軟開(kāi)關(guān)電路的優(yōu)選實(shí)施例中，所述變壓器T1的負(fù) 極和第四開(kāi)關(guān)管Q4的輸出端之間還連接有由第二諧振電容Cr2和第二諧振電 感Lr2串聯(lián)組成的串聯(lián)諧振電路。當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管Ql與第四開(kāi)關(guān)管Q4之間的 移相角為0時(shí)，即第一開(kāi)關(guān)管Q1與第四開(kāi)關(guān)管Q4同時(shí)導(dǎo)通或截止，第二開(kāi) 關(guān)管Q2與第三開(kāi)關(guān)管Q3同時(shí)導(dǎo)通或截止時(shí)，圖2所示的軟開(kāi)關(guān)電路等效于 圖l所示的通用型全橋串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q1、 Q2、 Q3和Q4的開(kāi)關(guān)頻率大于由第一諧振電容Crl和第一諧振電感Lrl串聯(lián)形成的串聯(lián)諧振電 路的固有頻率時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管電橋的軟開(kāi)關(guān)。采用圖1中所示的通用型全 橋電路，當(dāng)調(diào)整輸出電壓時(shí)，只能通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。而采用本 發(fā)明的軟開(kāi)關(guān)電路，當(dāng)所需的輸出電壓發(fā)生改變時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)第一開(kāi)關(guān)管 Ql和第三開(kāi)關(guān)管Q3間的移相角來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2中所示的分壓電路為串聯(lián)濾波電容Cl和C2，輔助限流電感Ll連接 到所述變壓器Tl的原邊的中間抽頭端D和串聯(lián)的濾波電容Cl和C2的分壓 平衡點(diǎn)C，輸入電壓的正負(fù)極分別施加在濾波電容Cl的正極和濾波電容C2 的負(fù)極。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述分壓電路也可以是蓄電池，所述輔助 限流電路Ll連接到所述變壓器Tl的原邊的中間抽頭端D和蓄電池的分壓平 衡點(diǎn)C之間。如圖2所示，由于增加了一條從變壓器Tl到輸入濾波電容Cl和C2中點(diǎn) 的輔助通路，從而保證在移相控制時(shí)，在任何移相角度的情況下，輔助通路 Ll有足夠的能量實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)。使用這種改進(jìn)電路只需要簡(jiǎn)單的移相 PWM控制(通過(guò)硬件IC或軟件實(shí)現(xiàn))就可以使電路在任意移相角^ (0-180 度)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的工作。圖3是本發(fā)明的軟開(kāi)關(guān)電路的部分電量的波形圖。如圖3.1-4所示,保證第 一開(kāi)關(guān)管Ql和第二開(kāi)關(guān)管Q2互補(bǔ)導(dǎo)通，第三開(kāi)關(guān)管Q3和第四開(kāi)關(guān)管Q4互 補(bǔ)導(dǎo)通；并通過(guò)調(diào)節(jié)第一開(kāi)關(guān)管Ql和第三開(kāi)關(guān)管Q3間的移相角^調(diào)節(jié)輸出 電壓。圖3.5-7示出了圖2所示電路中AB點(diǎn)間的電壓,CD點(diǎn)間的電壓和Lrl、 Lr2、 Ll的電流波形。當(dāng)移相角為0度時(shí)，可以近似認(rèn)為CD間的電壓為O， 因此這時(shí)圖2完全等效于圖1，可以按照通用型的軟開(kāi)關(guān)電路分析。當(dāng)移相角 ^為180時(shí)，即第一開(kāi)關(guān)管Ql和第三開(kāi)關(guān)管Q3同時(shí)導(dǎo)通或第一開(kāi)關(guān)管Ql和 第四開(kāi)關(guān)管Q4同時(shí)導(dǎo)通。圖4是第一開(kāi)關(guān)管Ql和第四開(kāi)關(guān)管Q4的移相角為0時(shí)，本發(fā)明的軟開(kāi) 關(guān)電路的部分電量的波形圖。當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管Ql和第四開(kāi)關(guān)管Q4的移相角為 0時(shí)，即第一開(kāi)關(guān)管Q1和第四開(kāi)關(guān)管Q4同時(shí)導(dǎo)通或截止，第二開(kāi)關(guān)管Q2和 第三開(kāi)關(guān)管Q3同時(shí)導(dǎo)通或截止，如圖4.1和4.2。此時(shí)電路完全等效為圖1，AB兩點(diǎn)間的電壓波形和諧振電感Lrl的電流波形如圖4.3。圖5是當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管Ql和第四開(kāi)關(guān)管Q4移相角為180時(shí)，本發(fā)明的軟 開(kāi)關(guān)電路的部分電量的波形圖。當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管Ql和第四開(kāi)關(guān)管Q4移相角為 180時(shí)，則第一開(kāi)關(guān)管Ql和第三開(kāi)關(guān)管Q3同時(shí)導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管Q2和第四 開(kāi)關(guān)管Q4同時(shí)導(dǎo)通，如圖5.1、 5.2。圖5.3為UcD的電壓和輔助通路Ll的電 流波形。圖6是第一開(kāi)關(guān)管Ql和第三開(kāi)關(guān)管Q3導(dǎo)通，第二開(kāi)關(guān)管Q2和第四開(kāi) 關(guān)管Q4截止時(shí)，圖2的等效電路圖。這種改進(jìn)電路只需要簡(jiǎn)單的移相PWM 控制就可以使電路在任意移相角(0-180度)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的工作。在圖2中示出的本發(fā)明的軟開(kāi)關(guān)電路的一個(gè)實(shí)施例中，所述輔助電流通路 Ll是電感。這是由于電感器電阻很大，可以控制通過(guò)輔助電流通路L1的電流 并控制電路損耗，為開(kāi)關(guān)管電橋提供軟開(kāi)關(guān)的能量。在本發(fā)明的軟開(kāi)關(guān)電路的另一實(shí)施例中，所述輔助限流電路可以是LC電 路。在本發(fā)明的軟開(kāi)關(guān)電路的又一實(shí)施例中，所述輔助限流電路可以是LRC 電路。在本發(fā)明的軟開(kāi)關(guān)電路中，變壓器T1的副邊的輸出電路可以使用全橋整 流，也可采用全波整流。在圖2中示出的本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路的優(yōu)選實(shí)施例中，在變壓器Tl 的下端X和第四開(kāi)關(guān)管Q4的輸出端之間還連接有由第二諧振電容Cr2和第二 諧振電感Lr2串聯(lián)組成的第二串聯(lián)諧振電路。第一諧振電路和第二諧振電路更 有利于開(kāi)關(guān)管電橋的各開(kāi)關(guān)管的協(xié)調(diào)工作，使得電路完全對(duì)稱，更好地實(shí)現(xiàn)軟 開(kāi)關(guān)，控制輸出電壓。在本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路的簡(jiǎn)化實(shí)施例中，僅采用第一諧振電路，通過(guò) 調(diào)節(jié)電路的電流電壓，也能通過(guò)移向的方式實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)并控制輸出電壓。
權(quán)利要求
1. 一種軟開(kāi)關(guān)電路，包括全橋電路，其與一個(gè)具有分壓平衡點(diǎn)(C)的分壓電路串聯(lián)，并在其前橋中點(diǎn)(A)和后橋中點(diǎn)(B)之間連有串聯(lián)諧振電路和變壓器(T1)，其特征在于，在所述變壓器(T1)原邊的中間抽頭端(D)和所述分壓電路的分壓平衡點(diǎn)(C)之間連接有一個(gè)輔助限流電路(L1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，所述輔助限流電路 (Ll)包括一個(gè)電感。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，所述輔助限流電路 (Ll)是LC電路，其進(jìn)一步包括一個(gè)與所述電感相連的電容。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，所述輔助限流電路 (Ll)是LRC電路，其進(jìn)一步包括一個(gè)與所述電感、電容相連的電阻。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一權(quán)利要求所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于， 所述變壓器(Tl)原邊的下端(X)和后橋中點(diǎn)(B)之間還連接有由第二諧 振電容(Cr2)和第二諧振電感(Lr2)串聯(lián)形成的第二串聯(lián)諧振電路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，所述第一開(kāi)關(guān)管(Q1 )、第二開(kāi)關(guān)管(Q2)、第三開(kāi)關(guān)管(Q3)和第四開(kāi)關(guān)管(Q4)分別是三電平組 合。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，所述全橋電路采取 移相控制。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，還包括其正極和負(fù) 極分別與第一開(kāi)關(guān)管(Ql)的輸入端和輸出端相連的第一二極管(dl)，其正 極和負(fù)極分別與第二開(kāi)關(guān)管(Q2)的輸入端和輸出端相連的第二二極管(d2), 其正極和負(fù)極分別與第三開(kāi)關(guān)管(Q3)的輸入端和輸出端相連的第三二極管(d3)，其正極和負(fù)極分別與第四開(kāi)關(guān)管(Q4)的輸入端和輸出端相連的第四 二極管(d4)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，所述分壓電路的輸 入電壓的正極和負(fù)極分別施加在所述第一開(kāi)關(guān)管(Ql)的輸出端和第二開(kāi)關(guān)管(Q2)的輸入端。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的軟開(kāi)關(guān)電路，其特征在于，所述變壓器(Tl) 的輸出電路采用全橋整流或全波整流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軟開(kāi)關(guān)電路，包括全橋電路，其與一個(gè)具有分壓平衡點(diǎn)(C)的分壓電路串聯(lián)，并在其前橋中點(diǎn)(A)和后橋中點(diǎn)(B)之間連有串聯(lián)諧振電路和變壓器(T1)，其中，在所述變壓器(T1)原邊的中間抽頭端(D)和所述分壓電路的分壓平衡點(diǎn)(C)之間連接有一個(gè)輔助限流電路(L1)。實(shí)施本發(fā)明所述的軟開(kāi)關(guān)電路，通過(guò)增加了一條從變壓器到分壓電路的分壓平衡點(diǎn)的輔助通路，可簡(jiǎn)單方便地控制輸出電壓，損耗較小，且能在全工作范圍實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。
文檔編號(hào)H02M3/28GK101267160SQ200810066859
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者郭衛(wèi)農(nóng) 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司