一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器，包括直流電源Vin、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，由于加入了輔助電感、輔助變壓器和輔助電容組成的輔助網(wǎng)絡(luò)，該變換器的原邊電流在輔助變壓器提供的電壓源作用下提前換向，副邊整流輸出電壓振蕩得到了很好的抑制，且在較寬負載范圍內(nèi)實現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓開關(guān)，不存在副邊占空比的丟失，濾波電感電流紋波小，降低了輸出噪聲。
【專利說明】一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]移相控制軟開關(guān)全橋變換器由于綜合了 PWM開關(guān)和諧振型開關(guān)的優(yōu)點，在開關(guān)過程中，利用諧振技術(shù)實現(xiàn)零電壓/零電流開關(guān)，開關(guān)過程結(jié)束后又回到普通的PWM狀態(tài)，它同時具備了開關(guān)損耗小，通態(tài)損耗低及PWM調(diào)壓等優(yōu)點，因此在中大功率的直流變換場合受到廣泛的青睞。
[0003]而傳統(tǒng)的移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器因副邊整流二極管存在反向恢復問題，原邊漏感與整流二極管寄生電容的諧振使得副邊整流輸出電壓存在嚴重的尖峰電壓及振蕩，因而顯著提高了整流管的電壓應力及輸出電壓噪聲。為了解決上述問題，國內(nèi)外學者做了大量研究工作。副邊采用RCD吸收電路，如附圖1所示，其抑制尖峰電壓和振蕩的效果較好，但吸收電路功率耗散問題嚴重，降低了變換器的整機效率。副邊采用有源或無損耗無源箝位的方式抑制副邊電壓振蕩，抑制效果明顯，并很好地解決了功率耗散問題，但此類方法均需要較大的箝位電容，易引起一次側(cè)的電流尖峰，另外有源箝位的方式需要引入額外的開關(guān)，這就需增加額外的控制電路及驅(qū)動電路，增加了系統(tǒng)的成本及復雜度。原邊串飽和電感的方法可以明顯增加滯后臂的軟開關(guān)范圍，占空比丟失小，且原邊換流結(jié)束后主功率傳輸路徑的等效串聯(lián)電感值小可有效地抑制副邊的電壓尖峰和振蕩，但是飽和電感工作于雙象限，其磁芯體積大，發(fā)熱嚴重，不利于變換器的集成。RichardRedl等人在原邊加入兩個箝位二極管和一個較大的諧振電感，如附圖2所示，拓寬了軟開關(guān)范圍，并大大抑制了整流二極管的電壓尖峰和振蕩，但較大的諧振電感的加入導致的占空比丟失嚴重，且并不能消除變壓器漏感引起的電壓振蕩，而箝位二極管的工作條件往往較差，降低了變換器工作可靠性及其效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述變換器所存在的技術(shù)缺陷提供一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器，基于原邊超前換流思想，由輔助變壓器引入換流電壓源，輔助耦合電感提供實現(xiàn)原邊開關(guān)管軟開關(guān)的能量，大大拓寬了變換器軟開關(guān)范圍，副邊整流輸出電壓振蕩得到了很好的抑制，且副邊不存在占空比的丟失，同時濾波電感電流紋波減小，降低了導通損耗和輸出噪聲。
[0005]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明的一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器，包括直流電源、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，其特征在于:[0007]還包括由輔助電感、輔助變壓器和輔助電容構(gòu)成的輔助網(wǎng)絡(luò)；其中輔助電感為耦合電感，原邊繞組的一端接第一橋臂的輸出端，原邊繞組的另一端接耦合電感副邊繞組與之異名的一端構(gòu)成耦合電感的中點，副邊繞組的另一端接第二逆變橋臂的輸出端。輔助變壓器原邊繞組的一端接輔助耦合電感的中點，另一端接輔助電容的一端，輔助電容的另一端接直流電源的負極，輔助變壓器副邊繞組中與輔助變壓器原邊繞組接輔助電容的一端是同名端的一端接第一逆變橋臂的輸出端，輔助變壓器副邊繞組的另一端接隔離變壓器原邊繞組的一端，隔離變壓器原邊繞組的另一端接第二逆變橋臂的輸出端。
[0008]本發(fā)明披露了一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器，其可以有效抑制副邊整流電壓存在的尖峰及振蕩，并在寬負載范圍實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)。與原有技術(shù)相比其主要技術(shù)特點是，基于原邊超前換流思想，利用所述輔助變壓器的副邊繞組電壓作為換流電壓源，原邊電流在環(huán)流階段即實現(xiàn)換向，副邊不存在占空比的丟失，存儲于所述輔助耦合電感的能量可以在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓開關(guān)。由于輔助變壓器的引入，使得隔離變壓器在傳統(tǒng)的零狀態(tài)階段由輔助電容向副邊提供能量，濾波電感電流紋波小，降低了濾波電路的導通損耗及輸出噪聲，變換器的性能得到提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]附圖1是副邊加RCD吸收電路的移相全橋變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]附圖2是原邊加箝位二極管的移相全橋變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]附圖3是本發(fā)明的一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]附圖4是本發(fā)明的一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器中輔助耦合電感等效后的電路結(jié)構(gòu)不意圖。
[0013]附圖5是本發(fā)明的一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器主要工作波形示意圖。
[0014]附圖6~附圖11是本發(fā)明的一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器在半個工作周期內(nèi)的各開關(guān)模態(tài)示意圖。
[0015]附圖12是本發(fā)明的一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器與傳統(tǒng)全橋變換器副邊整流輸出電壓和輸出電壓V。簡化波形示意圖。
[0016]上述附圖中的主要符號名稱:Vin、電源電壓。Q1NQ4、功率開關(guān)管。(^~(]4、寄生電容。D1-D4、體二極管。Tm、輔助變壓器。Ca、輔助電容。La、輔助耦合電感。T,、隔離變壓器。Lk、隔離變壓器漏感。Lr、串聯(lián)諧振電感。Lm、激磁電感。DK1、DK2、輸出整流二極管。Cdei,Cdk2、輸出整流二極管結(jié)電容。0。、(；、1?。、分別為RCD吸收電路中的二極管、吸收電容、吸收電阻。Dal、Da2、箝位二極管。、整流輸出電壓。Lf、濾波電感。Cf、濾波電容。Rw、負載。Va、輸出電壓。Vab、A與B兩點間電壓。Vtff、輔助變壓器原邊繞組O與P兩點間電壓。vAC；、輔助變壓器副邊繞組A與C兩點間電壓?！揪唧w實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細說明:
[0018]附圖3所示的是一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。由直流電源1、兩個逆變橋臂2和3、隔離變壓器4、輔助耦合電感5、輔助變壓器6、輔助電容7及整流濾波電路8組成。Q1~Q4是四只功率開關(guān)管，D1~D4分別是開關(guān)管Q1~Q4的體二極管，C1~C4分別是開關(guān)管Q1~Q4的寄生電容，Tra是輔助變壓器，La是輔助耦合電感，Ca是輔助電容，Tr是隔離變壓器，Lk是隔離變壓器的漏感，Dei, De2是輸出整流二極管，Cdk1、Cde2分別是整流二極管Dk1、De2的結(jié)電容，Lf是輸出濾波電感，Cf是輸出濾波電容，RLd為負載。其中La為匝比Ika = I的耦合電感，而耦合電感類似于一個具有特定激磁電感的理想變壓器，為了便于分析，可將附圖3等效為附圖4所示的電路。本變換器采用移相控制，開關(guān)管Q4和Q2分別滯后于開關(guān)管Q1和Q3 —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。輔助電容Ca的電壓為輸入電壓Vin的一半，即vCa = Vin/2，可視為一電壓源。
[0019]為了分析方便，下面以附圖4所示的等效后的主電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合附圖6~附圖11敘述本發(fā)明的具體工作原理。由附圖5可知整個變換器一個開關(guān)周期有12種開關(guān)模態(tài)，分別是[t0_ti]、、[t2_t3]、[t3_t4]、[t4-t5]、[t5-t6]、[t6-t7]、[t7-tg]、[tg-tg]、[tg-t10]、[t1(rtn]、[tn-t12],其中，[tQ-t6]為前半周期，[t6-t12]為后半周期。下面對各開關(guān)模態(tài)的工作情況進行具體分析。
[0020]在分析之前，先作如下假設(shè):①所有開關(guān)管和二極管均為理想器件；②濾波電感足夠大，因此隔離變壓器副邊輸出可等效為恒流源，輔助電容足夠大，可視為恒壓源，且電壓為Vin/2,所有電感、電容均為理想元件C1 = C3 = Clead, C2 = C4 = Clag0 1.開關(guān)模態(tài)UttTt1][對應于附圖6]
[0021]QjP Q4導通，QjPQ3截止，原邊電流近似不變，ip = ItA (其中η為隔離變壓器原副邊阻比)，Vab = Vin,上整流二極管Dki流過全部負載電流，De2截止,原邊給負載供電。由于輔助電容電壓穩(wěn)定在Vin/2，輔助變壓器原副邊繞組電壓均為零。輔助耦合電感等效勵磁電感Lin兩端電壓為Vin，勵磁電流im線性上升，同時超前臂輔助電流I1和滯后臂輔助電流i2也線性上升?？抓認)及込⑴可表示為
【權(quán)利要求】
1.一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器，包括直流電源(I)、結(jié)構(gòu)相同的第一逆變橋臂(2)和第二逆變橋臂(3)、隔離變壓器(4)以及整流濾波電路(8);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)成逆變橋臂的負輸入端，直流電源(I)的正極分別接第一逆變橋臂(2)和第二逆變橋臂(3)的正輸入端，直流電源(I)的負極分別接第一逆變橋臂(2)和第二逆變橋臂(3)的負輸入端，隔離變壓器(4)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: 還包括由輔助電感(5)、輔助變壓器(6)、和輔助電容(7)構(gòu)成的輔助網(wǎng)絡(luò)；其中輔助電感為耦合電感，原邊繞組的一端接第一逆變橋臂的輸出端，原邊繞組的另一端接耦合電感副邊繞組與之異名的一端構(gòu)成輔助耦合電感的中點，副邊繞組的另一端接第二逆變橋臂的輸出端。輔助變壓器(6)原邊繞組的一端接輔助耦合電感的中點，另一端接輔助電容的一端，輔助電容的另一端接直流電源(I)的負極，輔助變壓器副邊繞組中與輔助變壓器原邊繞組接輔助電容的一端是同名端的一端接第一逆變橋臂的輸出端，輔助變壓器副邊繞組的另一端接隔離變壓器原邊繞組的一端，隔離變壓器原邊繞組的另一端接第二逆變橋臂的輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的一種抑制副邊電壓振蕩的軟開關(guān)全橋直流變換器，其特征在于，所述輔助變壓器的原副邊繞組匝比為1: 1，所述輔助耦合電感原副邊繞組匝比為I: 1
【文檔編號】H02M3/335GK103546038SQ201210247494
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月18日
【發(fā)明者】陳仲, 史良辰 申請人:南京航空航天大學