專利名稱：一種基于t型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器，屬于恒頻、隔離 的全橋直流變換器技術領域。
背景技術：
直直變換作為電力電子技術領域的一個重要組成部分，近年來得到了大量的研 究。在中大功率的直流變換場合，全橋變換器由于開關管容易實現(xiàn)軟開關和采用恒定頻率 控制而得到了廣泛的應用。近二十年來，出現(xiàn)了很多全橋變換器軟開關控制策略和電路拓 撲。移相控制零電壓開關和移相控制零電壓零電流開關全橋變換器均可以實現(xiàn)開關管的軟 開關。傳統(tǒng)的移相控制零電壓開關全橋變換器在負載較輕時滯后臂會失去軟開關，甚至在 很輕載時，由于死區(qū)時間的限制，超前橋臂也會失去軟開關的條件。如果想拓寬原邊開關管 的軟開關范圍，可以將附加的諧振電感與變壓器串聯(lián)。如果選擇合適的諧振電感，即便在小 電流下也能實現(xiàn)超前臂開關的ZVS。不過，較大的諧振電感在全負載范圍均存儲較高的能 量，使得產生相當大的循環(huán)能量，使變換器效率變低。此外，和變壓器一次側串聯(lián)大電感延 長了一次電流從正變負或從負變正所需的時間。這個延長的換向時間引起變壓器二次側的 占空比丟失，這又使得效率降低。最后，值得指出的是在整流器的截止期間，在變壓器的二 次側具有嚴重的寄生振蕩。所謂寄生振蕩是由整流器的結電容和變壓器的漏感以及外部電 感引起的。為了控制寄生振蕩，需要在二次側使用大的緩沖電路，這同樣使得電路的變換效 率大為降低。

發(fā)明內容
發(fā)明目的 本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術存在的缺陷提供一種基于T型輔助 網絡零電壓開關全橋直流變換器，變換器工作在各種負載條件下都可以實現(xiàn)原邊開關管的 零電壓開關，且輔助網絡提供的能量可以隨著負載變化而自適應的變化，從而提高變換效率。 技術方案 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案 —種基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器，包括直流電源、結構相同的 第一逆變橋臂和第二逆變橋臂、隔離變壓器以及整流濾波電路；其中每個逆變橋臂都包括 二個開關管、二個體二極管和二個寄生電容；第一逆變橋臂中，第一開關管的漏極分別與第 一體二極管的陰極、第一寄生電容的一端連接構成第一逆變橋臂的正輸入端，第一開關管 的源極分別與第一體二極管的陽極、第一寄生電容的另一端、第三開關管的漏極、第三體二 極管的陰極、第三寄生電容的一端連接構成第一逆變橋臂的輸出端，第三開關管的源極分 別與第三體二極管的陽極、第三寄生電容的另一端連接構成第一逆變橋臂的負輸入端；第 二逆變橋臂中，第二開關管的漏極分別與第二體二極管的陰極、第二寄生電容的一端連接構成第二逆變橋臂的正輸入端，第二開關管的源極分別與第二體二極管的陽極、第二寄生 電容的另一端、第四開關管的漏極、第四體二極管的陰極、第四寄生電容的一端連接構成第 二逆變橋臂的輸出端，第四開關管的源極分別與第四體二極管的陽極、第四寄生電容的另 一端連接構成第二逆變橋臂的負輸入端；直流電源的正極分別接第一逆變橋臂和第二逆變 橋臂的正輸入端，直流電源的負極分別接第一逆變橋臂和第二逆變橋臂的負輸入端，隔離 變壓器副邊繞組的輸出端接整流濾波電路的輸入端， 還包括由第一輔助電容、第二輔助電容、輔助變壓器和輔助電感構成的T型輔助網 絡，其中第一輔助電容的輸入端接第一逆變橋臂的輸出端，第一輔助電容的輸出端分別接輔助 變壓器的原邊繞組的同名端和隔離變壓器原邊繞組的同名端，第二輔助電容的輸入端接第二 逆變橋臂的輸出端，第二輔助電容的輸出端分別接輔助變壓器副邊繞組的異名端和隔離變壓 器原邊繞組的異名端，輔助電感的輸入端接輔助變壓器原邊繞組的異名端和輔助變壓器副邊 繞組的同名端，輔助變壓器原邊繞組的異名端和輔助變壓器副邊繞組的同名端相連，輔助電感 的輸出端分別與直流電源的負極、第一逆變橋臂的負輸入端、第二逆變橋臂的負輸入端連接。
本發(fā)明的基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器的整流濾波電路采用半 波整流電路、全波整流電路、全橋整流電路或倍流整流電路。
有益效果 本發(fā)明披露了一種基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器，其基本消除了 變壓器二次側的寄生振蕩，并可以在全負載范圍實現(xiàn)開關管的零電壓開關。與原有技術相 比的主要技術特點是，由于加入了輔助電路，使得在輕載時一部分能量儲存于輔助電路中， 存儲于輔助電路的能量可以幫助原邊開關管在輕載甚至空載時實現(xiàn)軟開關，且儲存于輔助 電路的能量隨著負載的變化而自適應的變化，由于變壓器漏感取值小，輸出整流管因反向 恢復引起的損耗大大減小，輸出整流管的電壓應力也隨之減小，變換器的效率可以提高。


圖1是傳統(tǒng)的零電壓開關全橋變換器結構示意圖。 圖2是本發(fā)明的一種基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器電路結構示意 圖。 圖3是本發(fā)明的一種基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器主要工作波形 示意圖。 圖4一圖8是本發(fā)明的一種基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器的各開 關模態(tài)示意圖。 上述附圖中的主要符號名稱Vin代表電源電壓A (^代表第一至第四功率開關 管A Q代表第一至第四寄生電容A D4代表第一至第四體二極管；k代表輔助電感； T^代表輔助變壓器；C^代表第一輔助電容；C^代表第二輔助電容；i;代表隔離變壓器；DK1、 D^代表第一至第二輸出整流二極管；Lf代表濾波電感；Cf代表濾波電容；Rw代表負載；V。代 表輸出電壓；VAB代表A與B兩點間電壓。
具體實施例方式
下面結合附圖對發(fā)明的技術方案進行詳細說明
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附圖1所示的是傳統(tǒng)的零電壓開關全橋變換器結構示意圖。 包括直流電源V吣結構相同的第一逆變橋臂1和第二逆變橋臂2、隔離變壓器3以 及整流濾波電路8 ;其中每個逆變橋臂都包括二個開關管、二個體二極管和二個寄生電容； 第一逆變橋臂1中，第一開關管Qi的漏極分別與第一體二極管D工的陰極、第一寄生電容Q 的一端連接構成第一逆變橋臂1的正輸入端，第一開關管Qi的源極分別與第一體二極管D工 的陽極、第一寄生電容Q的另一端、第三開關管Q3的漏極、第三體二極管D3的陰極、第三寄 生電容C3的一端連接構成第一逆變橋臂1的輸出端，第三開關管Q3的源極分別與第三體二 極管D3的陽極、第三寄生電容C3的另一端連接構成第一逆變橋臂1的負輸入端；第二逆變 橋臂2中，第二開關管Q2的漏極分別與第二體二極管D2的陰極、第二寄生電容C2的一端連 接構成第二逆變橋臂2的正輸入端，第二開關管Q2的源極分別與第二體二極管D2的陽極、 第二寄生電容G的另一端、第四開關管94的漏極、第四體二極管04的陰極、第四寄生電容 C4的一端連接構成第二逆變橋臂2的輸出端，第四開關管Q4的源極分別與第四體二極管D4 的陽極、第四寄生電容Q的另一端連接構成第二逆變橋臂2的負輸入端；直流電源Vin的正 極分別接第一逆變橋臂1和第二逆變橋臂2的正輸入端，直流電源Vin的負極分別接第一逆 變橋臂1和第二逆變橋臂2的負輸入端，隔離變壓器3副邊繞組的輸出端接整流濾波電路 8的輸入端。 附圖2所示的是一種基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器電路結構示意 圖。 由直流電源V吣兩個逆變橋臂1和2、隔離變壓器3、第一輔助電容4、第二輔助電 容5、輔助變壓器6、輔助電感7及整流濾波電路8組成。其中第一輔助電容4的輸入端接 第一逆變橋臂1的輸出端，第一輔助電容4的輸出端分別接輔助變壓器6的原邊繞組的同 名端和隔離變壓器3原邊繞組的同名端，第二輔助電容5的輸入端接第二逆變橋臂2的輸 出端，第二輔助電容5的輸出端分別接輔助變壓器6副邊繞組的異名端和隔離變壓器3原 邊繞組的異名端，輔助電感7的輸入端接輔助變壓器6原邊繞組的異名端和輔助變壓器6 副邊繞組的同名端，輔助變壓器6原邊繞組的異名端和輔助變壓器6副邊繞組的同名端相 連，輔助電感7的輸出端分別與直流電源Vin的負極、第一逆變橋臂1的負輸入端、第二逆變 橋臂2的負輸入端連接。 Q4是四只功率開關管，D工 D4分別是開關管 Q4的體二 極管，Q Q分別是開關管(^ Qj勺寄生電容，Tra是輔助變壓器，匝比為l : l，k是輔 助電感，Cal、Ca2是輔助電容，L是隔離變壓器，DK1、DR2是輸出整流二極管，Lf是輸出濾波電 感，Cf是輸出濾波電容，Rw為負載。本變換器采用移相控制，開關管Qi和Q3分別超前于開 關管Q2和Q4 —個相位，稱開關管和Q3組成的第一逆變橋臂為超前橋臂，開關管Q2和Q4 組成的第二逆變橋臂則為滯后橋臂。其中分壓電容Cal、 Ca2的電壓為輸入電壓Vin的一半， 即vcal = vca2 = Vin/2，可看作為Vin/2的電壓源。 下面以附圖2為主電路結構，結合附圖3—附圖8敘述本發(fā)明的具體工作原理。由 附圖3可知整個變換器一個開關周期有IO種開關模態(tài)，分別是[t。-tj、 [t「tj、 [t2_t3]、 [t3-t4]、 [t4-t5]、 [t5-t6]、 [t6-t7]、 [t7-t8]、 [t8-t9]、 [t9-tl0]，其中，[t「ts]為前半周期， [t5_t1Q]為后半周期。下面對各開關模態(tài)的工作情況進行具體分析。 在分析之前，先作如下假設①所有開關管和二極管均為理想器件；②濾波電容 足夠大，因此副邊輸出可等效為電壓源，所有電感、電容均為理想元件；③Q = C3 = ClMd，C2<formula>formula see original document page 6</formula>
1.開關模態(tài)1 [t。-tj [對應于附圖4] 在t。時刻之前，Q工和Q4導通，Q2和Q3截止，原邊電流近似不變，Vab = Vin，上整流
二極管DK1流過全部負載電流，D^截止，原邊給負載供電。t。時刻關斷電流^從Q工中轉
移到Q和C3支路中，vAB由Vin逐漸變?yōu)榱?，在這個時段里，儲存在La和Lf中的能量給Q充
電，同時給Q放電。在^時刻，Q的電壓下降到零，93的反并聯(lián)二極管03自然導通，93可
實現(xiàn)零電壓開通，該模態(tài)結束。 2.開關模態(tài)2[trt2][對應于附圖5] D3導通后，開通Q3， 和Q3驅動信號之間的死區(qū)時間td(lMd) > tQ1。 A點電位下降 為零，所以vAB = O，原邊不向負載提供能量。此時輔助電感k承受的電壓為_l/2Vin，因此 L不斷減小。在t2時刻，La中的電流下降為最小值-I^。輔助電感儲存的能量與負載電流 具有一定的關系，當負載電流減小時，1^的幅值增大，儲存在輔助電感中的能量增加；當負 載電流增大時，L的幅值減小，儲存在輔助電感中的能量降低。
3.開關模態(tài)3[t2_t3][對應于附圖6] 在t2時亥lj，關斷Q4，電流i2給C4充電，同時給C2放電，La儲存的能量可供實現(xiàn)軟
開關。由于(:2和(；的緩沖作用，94是零電壓關斷。在^時刻，(]2上的電壓下降到零，92的
反并二極管02自然導通。此時副邊整流二極管同時導通。
4.開關模態(tài)4[t3_t4][對應于附圖7] D2導通后，可以零電壓開通Q" 92、94驅動信號之間的死區(qū)時間td(lag) > t23。 Q2開 通后，v^ = -Vin。此時副邊兩個整流管仍然同時導通，因此變壓器原邊繞組電壓為零，輸入 電壓Vin直接加在漏感Lk上，原邊電流ip由線性下降再反向線性上升。
5.開關模態(tài)5[t4_t5][對應于附圖8] 在t4時刻，原邊電流折算等于副邊電流，DR1關斷，DR2流過全部負載電流。電源 給負載供電。 t5時刻，Q3關斷，變換器開始另一半個周期[t5， t1Q]，其工作情況類似于上述的周 期[t。_t5]。 從以上的描述可以得知，本發(fā)明提出的一種基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直 流變換器具有以下幾方面的優(yōu)點 1)增加的輔助網絡使得漏感取值很小，可以有效的消除輸出整流管上的電壓尖峰 和電壓振蕩，降低輸出整流二極管的電壓應力。 2)利用儲存在輔助電感的能量在全負載范圍內實現(xiàn)開關管的零電壓開關，并且儲 存于輔助電感的能量隨著負載條件自適應的變化。 本發(fā)明改善變換器在輕載時工作條件，提高系統(tǒng)的可靠性，減輕EMI。
權利要求
一種基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器，包括直流電源(Vin)、結構相同的第一逆變橋臂(1)和第二逆變橋臂(2)、隔離變壓器(3)以及整流濾波電路(8)；其中每個逆變橋臂都包括二個開關管、二個體二極管和二個寄生電容；第一逆變橋臂(1)中，第一開關管Q1的漏極分別與第一體二極管D1的陰極、第一寄生電容C1的一端連接構成第一逆變橋臂(1)的正輸入端，第一開關管Q1的源極分別與第一體二極管D1的陽極、第一寄生電容C1的另一端、第三開關管Q3的漏極、第三體二極管D3的陰極、第三寄生電容C3的一端連接構成第一逆變橋臂(1)的輸出端，第三開關管Q3的源極分別與第三體二極管D3的陽極、第三寄生電容C3的另一端連接構成第一逆變橋臂(1)的負輸入端；第二逆變橋臂(2)中，第二開關管Q2的漏極分別與第二體二極管D2的陰極、第二寄生電容C2的一端連接構成第二逆變橋臂(2)的正輸入端，第二開關管Q2的源極分別與第二體二極管D2的陽極、第二寄生電容C2的另一端、第四開關管Q4的漏極、第四體二極管D4的陰極、第四寄生電容C4的一端連接構成第二逆變橋臂(2)的輸出端，第四開關管Q4的源極分別與第四體二極管D4的陽極、第四寄生電容C4的另一端連接構成第二逆變橋臂(2)的負輸入端；直流電源Vin的正極分別接第一逆變橋臂(1)和第二逆變橋臂(2)的正輸入端，直流電源Vin的負極分別接第一逆變橋臂(1)和第二逆變橋臂(2)的負輸入端，隔離變壓器(3)副邊繞組的輸出端接整流濾波電路(8)的輸入端，其特征在于還包括由第一輔助電容(4)、第二輔助電容(5)、輔助變壓器(6)和輔助電感(7)構成的T型輔助網絡，其中第一輔助電容(4)的輸入端接第一逆變橋臂(1)的輸出端，第一輔助電容(4)的輸出端分別接輔助變壓器(6)的原邊繞組的同名端和隔離變壓器(3)原邊繞組的同名端，第二輔助電容(5)的輸入端接第二逆變橋臂(2)的輸出端，第二輔助電容(5)的輸出端分別接輔助變壓器(6)副邊繞組的異名端和隔離變壓器(3)原邊繞組的異名端，輔助電感(7)的輸入端接輔助變壓器(6)原邊繞組的異名端和輔助變壓器(6)副邊繞組的同名端，輔助變壓器(6)原邊繞組的異名端和輔助變壓器(6)副邊繞組的同名端相連，輔助電感(7)的輸出端分別與直流電源(Vin)的負極、第一逆變橋臂(1)的負輸入端、第二逆變橋臂(2)的負輸入端連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器，其特征 在于所述的整流濾波電路(8)采用半波整流電路、全波整流電路、全橋整流電路或倍流整 流電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于T型輔助網絡零電壓開關全橋直流變換器，包括直流電源、第一逆變橋臂和第二逆變橋臂、輔助電感、輔助變壓器、輔助電容、隔離變壓器及整流濾波電路。本發(fā)明采用移相控制方式，由于加入了由輔助電感、輔助變壓器和輔助電容組成的輔助網絡，可以在全負載范圍內實現(xiàn)開關管的零電壓開關，并且儲存在輔助網絡中的能量能隨著負載變化而自適應的變化，同時副邊電壓尖峰和振蕩得到很好的抑制。
文檔編號H02M3/335GK101771350SQ20101902603
公開日2010年7月7日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權日2010年2月4日
發(fā)明者季飚, 石磊, 陳仲 申請人:南京航空航天大學