專利名稱：采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器，屬于恒頻、隔離的全橋直流變換器，其利用増加的輔助電路在整個輸入電壓和負(fù)載電流的范圍內(nèi)工作。
背景技術(shù)：
直直變換作為電カ電子技術(shù)領(lǐng)域的ー個重要組成部分，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(guān)管容易實現(xiàn)軟開關(guān)和采用恒定頻率控制而得到了廣泛的應(yīng)用。近二十年來，出現(xiàn)了很多全橋變換器軟開關(guān)控制策略和電路拓?fù)洹Ｒ葡嗫刂屏汶妷洪_關(guān)和移相控制零電壓零電流開關(guān)全橋變換器均可以實現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)。傳統(tǒng)的移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器在負(fù)載較輕時滯后臂會失去軟開關(guān)，甚至在很輕載吋，由于死區(qū)時間的限制，超前橋臂也會失去軟開關(guān)的條件。如果想拓寬原邊開關(guān)管的軟開關(guān)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(guān)的ZVS。不過，較大的諧振電感在全負(fù)載范圍均存儲較高的能量，使得產(chǎn)生相當(dāng)大的循環(huán)能量，使變換器效率變低。此外，和變壓器一次側(cè)串聯(lián)大電感延長了一次電流從正變負(fù)或從負(fù)變正所需的時間。這個延長的換向時間引起變壓器二次側(cè)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，在變壓器的ニ次側(cè)具有嚴(yán)重的寄生振蕩。所謂寄生振蕩是由整流器的結(jié)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(cè)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(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器，變換器工作在各種負(fù)載條件下都可以實現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓開關(guān)，且輔助電路提供的能量可以隨著負(fù)載變化而自適應(yīng)的變化，從而提高變換效率。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案一種采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器，包括直流電源(Vin)、結(jié)構(gòu)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ニ個開關(guān)管、ニ個體ニ極管和ニ個寄生電容，第一開關(guān)管的漏極分別與第一體ニ極管陰極、第一寄生電容的一端連接構(gòu)成逆變橋臂的正輸入端，第一開關(guān)管的源極分別與第一體ニ極管陽極、第一寄生電容的另一端、第ニ開關(guān)管的漏極、第二體ニ極管陰極、第二寄生電容的一端連接構(gòu)成逆變橋臂的輸出端，第ニ開關(guān)管的源極分別與第二體ニ極管陽極、第二寄生電容的另一端連接構(gòu)成逆變橋臂的負(fù)輸入端，直流電源(Vin)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(Vin)的負(fù)極分別接第一逆變橋臂和第二逆變橋臂的負(fù)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，其創(chuàng)新點在于還包括由輔助電感、第一輔助電容、第二輔助電容構(gòu)成的無源輔助電路，其中輔助電感的輸入端接第一逆變橋臂的輸出端，輔助電感的輸出端與第二逆變橋臂的輸出端相連接，第一輔助電容的輸入端接直流電源(Vin)的正極，第一輔助電容的輸出端和第二輔助電容的輸入端相連接，第二輔助電容的輸出端接直流電源(Vin)的負(fù)極，隔離變壓器(3)兩個副邊繞組的異名端相連接。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器，基本消除了變壓器二次側(cè)的寄生振蕩，并可以在全負(fù)載范圍實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)。與原有技術(shù)相比的主要技術(shù)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(guān)管在輕載甚至空載時實現(xiàn)軟開關(guān)，且儲存于輔助電路的能量隨著負(fù)載的變化而自適應(yīng)的變化，由于變壓器漏感取值小，輸出整流ニ極管因反向恢復(fù)引起的損耗大大減小，輸出整流管的電壓應(yīng)力也隨之減小，變換器的效率可以提尚。


圖I是傳統(tǒng)的零電壓開關(guān)全橋變換器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器主要工作波形示意圖。圖4 圖8是本發(fā)明采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器的各開關(guān)模態(tài)示意圖。其中Vin為電源電壓；Qi Q4為功率開關(guān)管A C4為寄生電容辦 D4為體ニ極管；La為輔助電感；Cal為第一輔助電容；Ca2為第二輔助電容；T,為隔離變壓器；DK1、De2,De3>De4為輸出整流ニ極管；Lf為濾波電感；Cf為濾波電容；RU為負(fù)載；V。為輸出電壓；vAB為A與B兩點間電壓。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。這些實施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。圖I所示的是傳統(tǒng)的零電壓開關(guān)全橋變換器結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明優(yōu)選實施例提供的采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器由直流電源Vin、兩個逆變橋臂I和2、隔離變壓器3、輔助電感4、第一輔助電容5、第二輔助電容6及整流濾波電路7組成。Q1 Q4是四只功率開關(guān)管，D1 D4分別是開關(guān)管Q1 Q4的體ニ極管，C1 C4分別是開關(guān)管Q1 Q4的寄生電容，La是輔助電感，Cal、Ca2是輔助電容，Tr是隔離變壓器，Dki、Dk2、Dk3、Dk4是輸出整流ニ極管，Lf是輸出濾波電感，Cf是輸出濾波電容，RLd為負(fù)載。本變換器采用移相控制，開關(guān)管Q1和Q3分別超前于開關(guān)管Q2和Q4 —個相位，稱開關(guān)管Q1和Q3組成的第一逆變橋臂為超前橋臂，開關(guān)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vMl = vca2 = N J2,可看作為Vin/2的電壓源。
下面以圖2為主電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖3 圖8敘述本發(fā)明的具體工作原理。由圖3可知整個變換器一個開關(guān)周期有10種開關(guān)模態(tài),分別是[tftj、[ !- 2]、[t2-t3]、[t3-t4]、[t4-t5]、[t5-t6]、[t6-t7]、[t7-t8]、[t8-t9]、[t9-t1(l],其中，[t「t5]為iu半周期，[t5-t10]為后半周期。下面對各開關(guān)模態(tài)的工作情況進(jìn)行具體分析。在分析之前，先作如下假設(shè)①所有開關(guān)管和ニ極管均為理想器件；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^C1 = C3 = Clead7C2
—C4 — ^IagOI.開關(guān)模態(tài)I [tftj [對應(yīng)于圖4]在、時刻之前，Q1和Q2導(dǎo)通，Q4和Q3截止，原邊電流近似不變，vAB = O,原邊給負(fù)載供電。to時刻關(guān)斷Q1,電流I1從Q1中轉(zhuǎn)移到C1和C3支路中，Vab由零逐漸變?yōu)?Vin，在這個時段里，儲存在La和Lf中的能量給C1充電，同時給C3放電。在、時刻，C3的電壓下降到零，Q3的反并聯(lián)ニ極管D3自然導(dǎo)通，Q3可實現(xiàn)零電壓開通，該模態(tài)結(jié)束。 2.開關(guān)模態(tài)2 [trt2][對應(yīng)于圖5]D3導(dǎo)通后，開通Q3, Q1和Q3驅(qū)動信號之間的死區(qū)時間td(lead) > t01o A點電位下降為零，所以vAB = -Vin，原邊不向負(fù)載提供能量。此時輔助電感La承受的電壓為-Vin，因此La不斷減小。在セ2時刻，La中的電流下降為最小值-Iy輔助電感儲存的能量與負(fù)載電流具有一定的關(guān)系，當(dāng)負(fù)載電流減小吋，Iu的幅值增大，儲存在輔助電感中的能量増加；當(dāng)負(fù)載電流增大時，ILa的幅值減小，儲存在輔助電感中的能量降低。 3.開關(guān)模態(tài)3 [t2-t3][對應(yīng)于圖6]在t2時刻,關(guān)斷Q2,電流i2給C2充電，同時給C4放電，La儲存的能量可供實現(xiàn)軟開關(guān)。由于C2和C4的緩沖作用，Q2是零電壓關(guān)斷。在セ3時刻，C4上的電壓下降到零，Q4的反并ニ極管D4自然導(dǎo)通。此時副邊整流ニ極管同時導(dǎo)通。4.開關(guān)模態(tài)4[t3_t4][對應(yīng)于圖7]D4導(dǎo)通后，可以零電壓開通Q4。Q2、Q4驅(qū)動信號之間的死區(qū)時間
td(lag) > t23o Q4開
通后，Vab = O。此時副邊四個整流管仍然同時導(dǎo)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，副邊電流is由線性下降再反向線性上升。5.開關(guān)模態(tài)5 [t4-t5][對應(yīng)于圖8]在t4時刻，原邊電流折算等于副邊電流，副邊換流成功。電源給負(fù)載供電。t5時刻，Q3關(guān)斷，變換器開始另一半個周期[t5，t1(l]，其工作情況類似于上述的周期[t0_t5]。從以上的描述可以得知，本發(fā)明提出的采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器具有以下幾方面的優(yōu)點(I)増加的輔助電路使得漏感取值很小，可以有效的消除輸出整流管上的電壓尖峰和電壓振蕩，降低輸出整流ニ極管的電壓應(yīng)力。(2)利用儲存在輔助電感的能量在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)，并且儲存于輔助電感的能量隨著負(fù)載條件自適應(yīng)的變化。(3)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(quán)利要求
1.一種采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器，包括直流電源(Vin)、結(jié)構(gòu)相同的第一逆變橋臂(I)和第二逆變橋臂(2)、隔離變壓器(3)以及整流濾波電路(7);其中每個逆變橋臂都包括二個開關(guān)管、二個體二極管和二個寄生電容，第一開關(guān)管的漏極分別與第一體二極管陰極、第一寄生電容的一端連接構(gòu)成逆變橋臂的正輸入端，第一開關(guān)管的源極分別與第一體二極管陽極、第一寄生電容的另一端、第二開關(guān)管的漏極、第二體二極管陰極、第二寄生電容的一端連接構(gòu)成逆變橋臂的輸出端，第二開關(guān)管的源極分別與第二體二極管陽極、第二寄生電容的另一端連接構(gòu)成逆變橋臂的負(fù)輸入端，直流電源(Vin)的正極分別接第一逆變橋臂(I)和第二逆變橋臂(2)的正輸入端，直流電源(Vin)的負(fù)極分別接第一逆變橋臂(I)和第二逆變橋臂(2)的負(fù)輸入端，隔離變壓器(3)副邊繞組的輸出端接整流濾波電路(7)的輸入端，其特征在于 還包括由輔助電感(4)、第一輔助電容(5)、第二輔助電容(6)構(gòu)成的無源輔助電路，其中輔助電感(4)的輸入端接第一逆變橋臂(I)的輸出端，輔助電感(4)的輸出端接第二逆變橋臂(2)的輸出端，第一輔助電容(5)的輸入端接直流電源(Vin)的正極，第一輔助電容(5)的輸出端和第二輔助電容(6)的輸入端相連接，第二輔助電容(6)的輸出端接直流電源 (Vin)的負(fù)極，隔離變壓器(3)兩個副邊繞組的異名端相連接。
2.如權(quán)利要求I所述的采用無源輔助電路零電壓開關(guān)全橋直流變換器，其特征在于，所述的整流濾波電路(7)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)明公開了一種采用無源輔助電路零電壓開關(guān)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和輔助電容組成的輔助網(wǎng)絡(luò)，可以在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)，并且儲存在輔助電路中的能量能隨著負(fù)載變化而自適應(yīng)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H02M3/335GK102857106SQ20111018234
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者季飚, 黃海燕, 張麗平, 高俊麗, 胡華榮, 遲亮 申請人:上?？臻g電源研究所