專利名稱：改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及大功率開關(guān)電源裝置領(lǐng)域，尤其是一種三電平半橋移相零電壓設(shè) 備。
背景技術(shù)：
三電平半橋移相零電壓開關(guān)變換器保留了全橋移相零電壓開關(guān)變換器的恒頻控 制、零電壓開關(guān)的優(yōu)勢，同時使開關(guān)管耐壓要求減半，特別適合應(yīng)用于高壓輸入的大、中功 率DC/DC變換場合，但傳統(tǒng)的全橋移相零電壓開關(guān)變換器的缺陷在三電平半橋移相零電壓 開關(guān)變換器也同樣存在，其主要表現(xiàn)在1)如附圖1所示，輕載時，諧振電感Lr貯能不足，無法實現(xiàn)滯后管Q2、Q3的零電 壓開通，損耗大，能量轉(zhuǎn)換效率不高；2)滯后管開通時，副邊二極管D7 DlO反向恢復(fù)存在強(qiáng)烈振蕩，二極管上電壓應(yīng) 力較大，對二極管的電參數(shù)要求高，降低系統(tǒng)可靠性，滯后管的開通損耗很大；3)諧振電感Lr的存在會引起副邊占空比丟失，同樣會降低變換器轉(zhuǎn)換效率。發(fā)明內(nèi)容為了克服已有三電平半橋移相零電壓變換器的滯后管零壓困難、能量轉(zhuǎn)換效率 低、可靠性差、開通損耗大、占空比流失較重的不足，本實用新型提供一種有效改善滯后管 零壓條件、提高能量轉(zhuǎn)換效率、增強(qiáng)可靠性、降低開通損耗、減少占空比流失的改進(jìn)型三電 平半橋移相零電壓變換器。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器，包括兩個分壓電容(C5、C6)、兩個箝 位二極管(D5、D6)、上開關(guān)橋臂、下開關(guān)橋臂、變壓器(Tl)、輸出整流濾波電路和負(fù)載IU，其 中，所述上開關(guān)橋臂包括第一上橋臂支路和第二上橋臂支路，第一上橋臂支路和第二上橋 臂支路串聯(lián)，所述下開關(guān)橋臂包括包括第一下橋臂支路和第二下橋臂支路，第一下橋臂支 路和第二下橋臂支路串聯(lián)；兩個分壓電容(C5、C6 )之間串聯(lián)，兩個箝位二極管(D5、D6 )之間串聯(lián)，所述兩個分 壓(C5、C6)之間的中間節(jié)點和兩個箝位二極管(D5、D6)之間的連接節(jié)點連接，所述兩個箝 位二極管(D5、D6)之間的連接節(jié)點與變壓器(Tl)的原邊的一端連接，一個分壓電容(C5) 與第一上橋臂支路連接，一個箝位二極管(D5)與第一上橋臂支路和第二上橋臂支路之間的 中間節(jié)點連接，所述第二上橋臂支路與變壓器(Tl)的原邊的另一端連接；另一個分壓電容 (C6 )與第一下橋臂支路連接，另一個箝位二極管(D5 )與第一下橋臂支路和第二下橋臂支路 之間的中間節(jié)點連接，所述第一下橋臂支路與變壓器(Tl)的原邊的另一端連接；變壓器(Tl)的副邊與輸出整流濾波電路連接，所述整流濾波電路輸出接負(fù)載&; 所述的改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器還包括輔助支路，所述輔助支路包括第一附加 電容(C7)、第二附加電容(C7a)和附加電感(Li)，其中，第一附加電容(C7)的一端與第一上3橋臂支路和第二上橋臂支路之間的中間節(jié)點連接，第一附加電容(C7)另一端與第二附加電 容(C7a)連接，第二附加電容(C7a)的另一端與第一下橋臂支路和第二下橋臂支路之間的 中間節(jié)點連接，附加電感(Li)的一端與變壓器(Tl)的原邊的另一端連接，附加電感(Li)的 另一端與第一附加電容(C7)和第二附加電容(C7a)之間的中間節(jié)點連接。進(jìn)一步，所述的輸出整流濾波電路為全橋整流濾波電路?；蛘呤撬龅妮敵稣?濾波電路為半橋整流濾波電路。進(jìn)一步，第一上橋臂支路路包括相互并聯(lián)的第一上開關(guān)管(Q1)、第一上二極管 (Dl)和第一上開關(guān)電容(Cl)，第二上橋臂支路包括相互并聯(lián)的第二上開關(guān)管(Q2)、第二 上二極管(D2)和第二上開關(guān)電容(C2)；第一下橋臂支路路包括相互并聯(lián)的第一下開關(guān)管 (Q3)、第一下二極管(D3)和第一下開關(guān)電容(C3)，第二上橋臂支路包括相互并聯(lián)的第二下 開關(guān)管(Q4)、第二下二極管(D4)和第二下開關(guān)電容(C4)。再進(jìn)一步，所述第一上二極管(Dl)為第一上開關(guān)管(Ql)的寄生二極管，所述第二 上二極管(D2)為第二上開關(guān)管(Q2)的寄生二極管，所述第一下二極管(D3)為第一下開關(guān) 管(Q3)的寄生二極管，所述第二下二極管(D4)為第二下開關(guān)管(Q4)的寄生二極管。本實用新型的技術(shù)構(gòu)思為在普通的三電平半橋移相電路基礎(chǔ)上構(gòu)建了一條輔助 支路。參見圖3，把普通的三電平半橋移相電路中電容C7改成C7和C7a串聯(lián)，電感Ll與 C7、C7a串聯(lián)點E和上、下橋臂連接點A相連，去掉普通的三電平半橋移相電路中的諧振電 感Lr。由于輔助支路Li、C7、C7a的作用使得變換器的滯后臂能夠在輕載實現(xiàn)零電壓開 關(guān)。去掉與變壓器Tl相連的諧振電感Lr后，使得占空比丟失的問題得到很大改善，僅變壓 器Tl的漏感Lik在起作用，而變壓器漏感Lik是很小的。本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、在不增加額外功率器件的條件下，改善了 開關(guān)管的全負(fù)載范圍零電壓開關(guān)條件；2、減少占空比丟失；3、很好的抑制住副邊二極管 D7 D10的反向恢復(fù)電壓尖峰，同時由于開關(guān)管在副邊二極管完成反向恢復(fù)后才開通，開通 損耗大幅下降，使得器件工作更可靠穩(wěn)定，提高了整機(jī)效率，減少了電磁輻射。
圖1是普通三電平半橋移相零電壓變換器示意圖。圖2是本實用新型的三電平半橋移相零電壓變換器的示意圖(輸出整流采用全橋 整流方式)。圖3是本實用新型的三電平半橋移相零電壓變換器的示意圖(輸出整流采用全波 整流方式)。圖4是IcTt1階段的工作模式示意圖。圖5是、、2階段的工作模式示意圖。圖6是tf t3階段工作模式示意圖。圖7是tft4階段工作模式示意圖。圖8是t:t5階段工作模式示意圖。圖9是t5 階段工作模式示意圖。圖10是本實用新型實施方式的工作波形圖，其中[0027]Vgl、Vg2、Vg3、Vg4*Ql、Q2、Q3、Q4 的驅(qū)動波形；Vdsl、Vds2、Vds3、Vds4 為 Q1Q2Q3Q4 的漏、源極電壓波形；Vpl為變壓器Tl原邊電壓波形；Ipl為變壓器Tl原邊電流波形；Idl、Id2、Id3、Id4 為 D1、D2、D3、D4 的電流波形；111為Ll的電流波形。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述。參照圖1 圖10，一種改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器，包括兩個分壓電容 (C5、C6)、兩個箝位二極管(D5、D6)、上開關(guān)橋臂、下開關(guān)橋臂、變壓器(Tl)、輸出整流濾波 電路和負(fù)載R1，其中，所述上開關(guān)橋臂包括第一上橋臂支路和第二上橋臂支路，第一上橋 臂支路和第二上橋臂支路串聯(lián)，所述下開關(guān)橋臂包括包括第一下橋臂支路和第二下橋臂支 路，第一下橋臂支路和第二下橋臂支路串聯(lián)；兩個分壓電容(C5、C6 )之間串聯(lián)，兩個箝位二極管(D5、D6 )之間串聯(lián)，所述兩個分 壓(C5、C6)之間的中間節(jié)點和兩個箝位二極管(D5、D6)之間的連接節(jié)點連接，所述兩個箝 位二極管(D5、D6)之間的連接節(jié)點與變壓器(Tl)的原邊的一端連接，一個分壓電容(C5) 與第一上橋臂支路連接，一個箝位二極管(D5)與第一上橋臂支路和第二上橋臂支路之間的 中間節(jié)點連接，所述第二上橋臂支路與變壓器(Tl)的原邊的另一端連接；另一個分壓電容 (C6 )與第一下橋臂支路連接，另一個箝位二極管(D5 )與第一下橋臂支路和第二下橋臂支路 之間的中間節(jié)點連接，所述第一下橋臂支路與變壓器(Tl)的原邊的另一端連接；變壓器(Tl)的副邊與輸出整流濾波電路連接，所述整流濾波電路輸出接負(fù)載& ； 所述的改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器還包括輔助支路，所述輔助支路包括第一附加 電容(C7)、第二附加電容(C7a)和附加電感(Li)，其中，第一附加電容(C7)的一端與第一上 橋臂支路和第二上橋臂支路之間的中間節(jié)點連接，第一附加電容(C7)另一端與第二附加電 容(C7a)連接，第二附加電容(C7a)的另一端與第一下橋臂支路和第二下橋臂支路之間的 中間節(jié)點連接，附加電感(Li)的一端與變壓器(Tl)的原邊的另一端連接，附加電感(Li)的 另一端與第一附加電容(C7)和第二附加電容(C7a)之間的中間節(jié)點連接。參照圖2，所述的輸出整流濾波電路為全橋整流濾波電路?；蛘呤菂⒄請D3，所述 的輸出整流濾波電路為半橋整流濾波電路。第一上橋臂支路路包括相互并聯(lián)的第一上開關(guān)管(Q1)、第一上二極管(Dl)和第 一上開關(guān)電容(Cl)，第二上橋臂支路包括相互并聯(lián)的第二上開關(guān)管(Q2)、第二上二極管 (D2)和第二上開關(guān)電容(C2)；第一下橋臂支路路包括相互并聯(lián)的第一下開關(guān)管(Q3)、第 一下二極管(D3)和第一下開關(guān)電容(C3)，第二上橋臂支路包括相互并聯(lián)的第二下開關(guān)管 (Q4)、第二下二極管(D4)和第二下開關(guān)電容(C4)。所述第一上二極管(Dl)為第一上開關(guān)管(Ql)的寄生二極管，所述第二上二極管 (D2)為第二上開關(guān)管(Q2)的寄生二極管，所述第一下二極管(D3)為第一下開關(guān)管(Q3)的 寄生二極管，所述第二下二極管(D4)為第二下開關(guān)管(Q4)的寄生二極管。在移相控制中第一上開關(guān)管(Q1)、第二下開關(guān)管(Q4)作為超前管，第二上開關(guān)管5(Q2)、第一下開關(guān)管(Q3)作為滯后管。圖4至圖10為圖2的工作模式圖，圖3的工作模式也可以作類似分析。其中實體 器件為相應(yīng)模式下電流實際所走路徑，虛體元件則在該模式下不參與工作。圖10則是對應(yīng) 于各模式階段所形成的波形。為了方便分析，假設(shè)沒有特殊說明的器件均為理想器件；Ll 足夠大，其電流為線性變化，在滯后管開關(guān)過程中其電流保持不變；第一附加電容(C7)、第 二附加電容(C7a)足夠大，其電壓保持不變。兩個箝位二極管(D5、D6)的作用是在第一上開關(guān)管(Q1)、第二下開關(guān)管(Q4)開通 時對第一附加電容(C7)和第二附加電容(C7a)充電以實現(xiàn)第一附加電容(C7)和第二附加 電容(C7a)串聯(lián)后的電壓箝位在輸入電壓的一半，在后續(xù)分析中不再涉及。初始狀態(tài)，第一上開關(guān)管(Q1)、第二上開關(guān)管(Q2)處于導(dǎo)通狀態(tài)，第一附加電容 (C7)的電壓通過第二上開關(guān)管(Q2)加在附加電感(Li)兩端，附加電感(Li)的電流線性增 加，變壓器副邊通過整流電路的整流二極管(D7、D10)、整流電感(Lf)向負(fù)載Rl饋能。參照圖4、圖10，模式1 (t(Ttl階段)，在t0時刻，第一上開關(guān)管(Ql)零電壓關(guān)斷 (C1、C4的作用)。第一上電容開關(guān)(Cl)被負(fù)載電流充電，第二下開關(guān)電容(C4)通過第二附 加電容(C7a)、第一附加電容(C7)、第二上開關(guān)管(Q2)、變壓器(Tl)向負(fù)載放電，第一上電 容開關(guān)(Cl)、第二下開關(guān)電容C4)電壓分別線性上升和下降，變壓器(Tl)副邊電壓也線性 下降；附加電感(Li)電流繼續(xù)線性增加。參照圖5、圖10，模式2 (t^t2階段)，在、時刻，第一上電容開關(guān)(Cl)充電到 Vin/2，第二下開關(guān)電容(C4)放電到0，變壓器(Tl)副邊電壓也降為0，被整流電路的整流 二極管(D8、D9)短路，第二下開關(guān)管(Q4)的第二下二極管(D4)導(dǎo)通，變壓器(Tl)原邊電 流沿變壓器(Tl)、分壓電容(C6)、第二下二極管(D4)、第二附加電容(C7a)、第一附加電容 (C7)、第二上開關(guān)管(Q2)、變壓器漏感(Lk)、變壓器(Tl)作環(huán)流；附加電感(Li)電流繼續(xù)線 性增加。在此階段開通第二下開關(guān)管(Q4)，第二下開關(guān)管(Q4)為零電壓開通。參照圖6、圖10，模式3 (tft3階段)，在、時刻，第二上開關(guān)管(Q2)零電壓關(guān)斷第 二上開關(guān)電容(C2)、第一下開關(guān)電容(C3)的作用)。由于變壓器(Tl)副邊被短路，第一下開 關(guān)電容(C3)、第二上開關(guān)電容(C2)和漏感(Lk)發(fā)生諧振，由于附加電感(Li)的電流參與， 第一下開關(guān)電容(C3)、第二上開關(guān)電容(C2)分別被充、放電，漏感(Lk)電流迅速反向，變 壓器副邊的整流電路的整流二極管(D7、D10)開始和其他兩個整流二極管(D8、D9)換流。參照圖7、圖10，模式4 (tft4階段)，在t3時刻，變壓器副邊的整流電路的整流二 極管(D7、D10)電流降為零，換流結(jié)束。變壓器原邊電壓開始上升，整流電路的整流二極管 (D7、D10)開始承受反向電壓，出現(xiàn)反向恢復(fù)現(xiàn)象，當(dāng)整流電路的整流二極管(D7、D10)的 反向恢復(fù)電流與負(fù)載電流兩者之和折算到原邊大于附加電感(Li)的電流，第一下開關(guān)電 容(C3)充電、第二上開關(guān)電容(C2)放電從而使第一下開關(guān)電容(C3)的電壓出現(xiàn)短暫的上 升，當(dāng)D7、DlO反向恢復(fù)結(jié)束后，反向截止，第一下開關(guān)電容(C3)繼續(xù)放電、第二上開關(guān)電 容(C2)繼續(xù)充電，第一下開關(guān)電容(C3)電壓繼續(xù)下降。此階段由于附加電感(Li)電流的 限制，抑制了其他兩個整流二極管(D8、D9)的反向恢復(fù)電流和電壓尖峰。參照圖8、圖10，模式5 (Ct5階段)，在t4時刻，第一下開關(guān)電容(C3)放電到零 伏，第二上開關(guān)電容(C2)充電到Vin/2，第一下開關(guān)管(Q3)的第一下二極管(D3)導(dǎo)通。電 感附加電感(Li)的電流一部分向負(fù)載供電，一部分通過第一下二極管(D3)走環(huán)流，附加電感(Li)的電流開始線性下降；此時開通，第一下開關(guān)管(Q3)為零電壓開通。由于附加電感 (Li)電流的作用，很容易把第一下開關(guān)電容(C3)放電到0，實現(xiàn)，第一下開關(guān)管(Q3)的零電 壓開通，由于主變不串諧振電感(Lr)且附加電感(Li)向負(fù)載預(yù)供電，使得占空比丟失問題 得到解決，另外其他兩個整流二極管(D8、D9)的反向恢復(fù)發(fā)生在，第一下開關(guān)管(Q3)開通 前，因此，第一下開關(guān)管(Q3)沒有反向恢復(fù)引起的額外損耗。 參照圖9、圖10，模式6 (tf階段)，隨著附加電感(Li)電流的下降，第一下二極管 (D3)電流也跟著下降，在t5時刻第一下二極管(D3)電流下降為零，，第一下開關(guān)管(Q3)開 始走正向電流，進(jìn)入另外半個工作周期。重復(fù)模式、至t5的過程，不再累述。
權(quán)利要求1.一種改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器，包括兩個分壓電容(C5、C6)、兩個箝位 二極管(D5、D6)、上開關(guān)橋臂、下開關(guān)橋臂、變壓器(Tl)、輸出整流濾波電路和負(fù)載R1，其 中，所述上開關(guān)橋臂包括第一上橋臂支路和第二上橋臂支路，第一上橋臂支路和第二上橋 臂支路串聯(lián)，所述下開關(guān)橋臂包括包括第一下橋臂支路和第二下橋臂支路，第一下橋臂支 路和第二下橋臂支路串聯(lián)；兩個分壓電容(C5、C6)之間串聯(lián)，兩個箝位二極管(D5、D6)之間串聯(lián)，所述兩個分壓 (C5、C6)之間的中間節(jié)點和兩個箝位二極管(D5、D6)之間的連接節(jié)點連接，所述兩個箝位 二極管(D5、D6)之間的連接節(jié)點與變壓器(Tl)的原邊的一端連接，一個分壓電容(C5)與第 一上橋臂支路連接，一個箝位二極管(D5)與第一上橋臂支路和第二上橋臂支路之間的中間 節(jié)點連接，所述第二上橋臂支路與變壓器(Tl)的原邊的另一端連接；另一個分壓電容(C6) 與第一下橋臂支路連接，另一個箝位二極管(D5)與第一下橋臂支路和第二下橋臂支路之間 的中間節(jié)點連接，所述第一下橋臂支路與變壓器(Tl)的原邊的另一端連接；變壓器(Tl)的副邊與輸出整流濾波電路連接，所述整流濾波電路輸出接負(fù)載RL ；其特 征在于所述的改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器還包括輔助支路，所述輔助支路包括 第一附加電容(C7)、第二附加電容(C7a)和附加電感(Li)，其中，第一附加電容(C7)的一端 與第一上橋臂支路和第二上橋臂支路之間的中間節(jié)點連接，第一附加電容(C7)另一端與第 二附加電容(C7a)連接，第二附加電容(C7a)的另一端與第一下橋臂支路和第二下橋臂支 路之間的中間節(jié)點連接，附加電感(Li)的一端與變壓器(Tl)的原邊的另一端連接，附加電 感(Li)的另一端與第一附加電容(C7)和第二附加電容(C7a)之間的中間節(jié)點連接。
2.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器，其特征在于所述的輸 出整流濾波電路為全橋整流濾波電路。
3.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器，其特征在于所述的輸 出整流濾波電路為半橋整流濾波電路。
4.如權(quán)利要求1一3之一所述的改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器，其特征在于第 一上橋臂支路路包括相互并聯(lián)的第一上開關(guān)管(Q1)、第一上二極管(Dl)和第一上開關(guān)電 容(Cl)，第二上橋臂支路包括相互并聯(lián)的第二上開關(guān)管(Q2)、第二上二極管(D2)和第二上 開關(guān)電容(C2);第一下橋臂支路路包括相互并聯(lián)的第一下開關(guān)管(Q3)、第一下二極管(D3) 和第一下開關(guān)電容(C3)，第二上橋臂支路包括相互并聯(lián)的第二下開關(guān)管(Q4)、第二下二極 管(D4)和第二下開關(guān)電容(C4)。
5.如權(quán)利要求4所述的改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器，其特征在于所述第一 上二極管(Dl)為第一上開關(guān)管(Ql)的寄生二極管，所述第二上二極管(D2)為第二上開關(guān) 管(Q2)的寄生二極管，所述第一下二極管(D3)為第一下開關(guān)管(Q3)的寄生二極管，所述第 二下二極管(D4)為第二下開關(guān)管(Q4)的寄生二極管。
專利摘要一種改進(jìn)型三電平半橋移相零電壓變換器，包括兩個分壓電容(C5、C6)、兩個箝位二極管(D5、D6)、上開關(guān)橋臂、下開關(guān)橋臂、變壓器(T1)、輸出整流濾波電路和負(fù)載Rl，還包括輔助支路，第一附加電容(C7)的一端與上橋臂支路連接，第一附加電容(C7)另一端與第二附加電容(C7a)連接，第二附加電容(C7a)的另一端與下橋臂支路連接，附加電感(L1)的一端與變壓器(T1)的原邊的另一端連接，附加電感(L1)的另一端與第一附加電容(C7)和第二附加電容(C7a)之間的中間節(jié)點連接。本實用新型能有效改善滯后管零壓條件、提高能量轉(zhuǎn)換效率、增強(qiáng)可靠性、降低開通損耗、減少占空比流失。
文檔編號H02M3/28GK201830143SQ201020552158
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者袁明祥 申請人:杭州中恒電氣股份有限公司