本實(shí)用新型涉及電源領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種全橋諧振變換器。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，功率變換器的高功率密度和小型化就越受到重視，而變換器開(kāi)關(guān)頻率的提高對(duì)實(shí)現(xiàn)高功率密度和小型化有著非常重要的作用。然而隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高，器件的開(kāi)關(guān)損耗極大的降低了變換器效率，也限制了變換器的高功率密度和小型化。為了提高變換器的轉(zhuǎn)換效率，通常采用在變換器上增加諧振網(wǎng)絡(luò)的辦法，使得變換器成為諧振變換器。一般來(lái)講，諧振變換器有自然的軟開(kāi)關(guān)特性，因此被廣泛應(yīng)用。在采用變頻控制的諧振變換器中，由于開(kāi)關(guān)頻率的變化使得控制方法設(shè)計(jì)復(fù)雜，磁性元件較難設(shè)計(jì)；而恒頻移相控制由于控制方式和參數(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單便成了業(yè)界的首選。然而恒頻移相控制的問(wèn)題就是不能夠在寬輸入電壓范圍和寬負(fù)載變化范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)，影響變換器效率的提升，還會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的EMI干擾。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，諧振變換器通常存在設(shè)計(jì)方法復(fù)雜、磁性元件較難設(shè)計(jì)、不能再較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述設(shè)計(jì)方法復(fù)雜、磁性元件較難設(shè)計(jì)、不能再較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的缺陷，提供一種設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單、磁性元件設(shè)計(jì)較為容易、能在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)的一種全橋諧振變換器。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種全橋諧振變換器，包括全橋逆變單元，所述全橋逆變單元將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為方波，所述方波依次經(jīng)過(guò)諧振網(wǎng)絡(luò)、高頻變壓器和整流濾波單元而得到輸出直流電壓，還包括設(shè)置在所述全橋逆變單元內(nèi)的、用于使所述全橋逆變單元的開(kāi)關(guān)管過(guò)零切換的無(wú)源輔助網(wǎng)絡(luò)。

更進(jìn)一步地，所述全橋逆變單元包括并接在兩個(gè)直流電壓輸入端上的第一半橋和第二半橋，所述第一半橋和第二半橋分別包括兩個(gè)通過(guò)其開(kāi)關(guān)端依次串接在所述直流輸入電壓端上的開(kāi)關(guān)管；所述輔助網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)端點(diǎn)，所述端點(diǎn)分別與所述第一半橋和第二半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)連接。

更進(jìn)一步地，所述輔助網(wǎng)絡(luò)包括輔助電感和隔直電容；所述輔助電感的一端和所述隔直電容的一端相連，所述輔助電感的另一端與所述第一半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)相連，所述隔直電容的另一端與所述第二半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)相連。

更進(jìn)一步地，所述諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感、第一諧振電容和第二諧振電容；所述諧振電感和所述第一諧振電容串接后再串接在所述全橋逆變單元與所述高頻變壓器繞組連接的信號(hào)回路上，所述第二諧振電容并接在所述高頻變壓器的原邊或副邊繞組上。

更進(jìn)一步地，所述第一諧振電容一端與所述第一半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)連接，其另一端與所述諧振電感一端連接；所述諧振電感另一端與所述高頻變壓器的原邊一端連接，所述原邊另一端與所述第二半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)連接；所述第二諧振電容并接在所述高頻變壓器的原邊或副邊上。

更進(jìn)一步地，所述高頻變壓器的原邊為一個(gè)繞組，其副邊為一個(gè)或多個(gè)繞組。

更進(jìn)一步地，一個(gè)半橋電路中兩個(gè)開(kāi)關(guān)管分別由其控制端輸入的、各自具有50%占空比且相位相差180度的脈沖調(diào)寬調(diào)制信號(hào)控制，且所述一個(gè)半橋的兩個(gè)控制信號(hào)在其相鄰的高低電平轉(zhuǎn)換時(shí)刻分別提前或延遲一個(gè)設(shè)定寬度，形成設(shè)定寬度的死區(qū)以防止所述兩個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通；所述兩個(gè)半橋電路中位于其拓?fù)鋵?duì)角線位置的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)之間具有設(shè)定的相位差或移相角，所述設(shè)定的相位差決定所述逆變單元輸出方波的脈沖寬度。

更進(jìn)一步地，所述整流濾波電路包括整流部分和濾波部分；所述整流部分由整流器件構(gòu)成，所述整流器件的連接拓?fù)浒ū读髡?、全波整流形式或全橋整流形式?/p>

更進(jìn)一步地，在倍流整流時(shí)，所述整流器件為采用共陽(yáng)極或共陰極倍流整流電路的二極管或?yàn)椴捎猛秸麟娐返腗OSFET；其濾波部分為L(zhǎng)C組合濾波電路。

更進(jìn)一步地，在全波整流時(shí)，所述整流器件為采用共陽(yáng)極或共陰極整流電路的二極管；其濾波部分為L(zhǎng)C組合濾波電路。

實(shí)施本實(shí)用新型的一種全橋諧振變換器，具有以下有益效果：由于在逆變單元（即開(kāi)關(guān)單元）內(nèi)設(shè)置有輔助網(wǎng)絡(luò)，使得該輔助網(wǎng)絡(luò)中存在隨開(kāi)關(guān)器件的狀態(tài)變化而變化的電流，這些電流在開(kāi)關(guān)器件狀態(tài)變化時(shí)，為其提供有益的補(bǔ)充，和連接在開(kāi)關(guān)器件輸出的諧振網(wǎng)絡(luò)配合，使得變換器的磁性元件的利用率較高、設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，同時(shí)保證了大范圍內(nèi)的開(kāi)關(guān)器件過(guò)零切換。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一種全橋諧振變換器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是所述實(shí)施例中一種情況下的電路圖；

圖3是所述實(shí)施例中的波形示意圖；

圖4是所述實(shí)施例中另一種情況下的變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，在本實(shí)用新型的一種全橋諧振變換器實(shí)施例中，該全橋諧振變換器，包括全橋逆變單元，該全橋逆變單元將輸入的直流電壓（通常是由輸入電源提供的）轉(zhuǎn)換為方波，所述方波依次經(jīng)過(guò)諧振網(wǎng)絡(luò)、高頻變壓器和整流濾波單元而得到輸出直流電壓，還包括設(shè)置在所述全橋逆變單元內(nèi)的（即連接在所述逆變單元上的）、用于使所述全橋逆變單元的開(kāi)關(guān)管過(guò)零切換的無(wú)源輔助網(wǎng)絡(luò)。

在本實(shí)施例中，變換器的逆變單元為包括4個(gè)開(kāi)關(guān)管，這4個(gè)開(kāi)關(guān)管按照全橋拓?fù)溥B接在一起，構(gòu)成逆變單元。更具體而言，上述全橋逆變單元包括并接在兩個(gè)直流電壓輸入端上的第一半橋和第二半橋，所述第一半橋和第二半橋分別包括兩個(gè)通過(guò)其開(kāi)關(guān)端依次串接在所述直流輸入電壓端上的開(kāi)關(guān)管；所述輔助網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)端點(diǎn)，所述端點(diǎn)分別與所述第一半橋和第二半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)連接。也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，上述輔助網(wǎng)絡(luò)是連接在全橋逆變單元中的另個(gè)半橋之間的，和每個(gè)半橋的連接點(diǎn)就是該半橋兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)端之間的連接點(diǎn)。在本實(shí)施例中，所述輔助網(wǎng)絡(luò)包括輔助電感和隔直電容；所述輔助電感的一端和所述隔直電容的一端相連，所述輔助電感的另一端與所述第一半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)相連，所述隔直電容的另一端與所述第二半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)相連。

在本實(shí)施例中，所述諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感、第一諧振電容和第二諧振電容；所述諧振電感和所述第一諧振電容串接后再串接在所述全橋逆變單元與所述高頻變壓器繞組連接的信號(hào)回路上，所述第二諧振電容并接在所述高頻變壓器的繞組上。更具體地，所述第一諧振電容一端與所述第一半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)連接，其另一端與所述諧振電感一端連接；所述諧振電感另一端與所述高頻變壓器的原邊一端連接，所述原邊另一端與所述第二半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的連接點(diǎn)連接；所述第二諧振電容并接在所述高頻變壓器的原邊或副邊上。

對(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)而言，在本實(shí)施例中，一個(gè)半橋電路中兩個(gè)開(kāi)關(guān)管分別由其控制端輸入的、各自具有50%占空比且相位相差180度的脈沖調(diào)寬調(diào)制信號(hào)控制，且所述一個(gè)半橋的兩個(gè)控制信號(hào)在其相鄰的高低電平轉(zhuǎn)換時(shí)刻分別提前或延遲一個(gè)設(shè)定寬度，形成設(shè)定寬度的死區(qū)以防止所述兩個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通；所述兩個(gè)半橋電路中位于其拓?fù)鋵?duì)角線位置的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)之間具有設(shè)定的相位差或移相角，所述設(shè)定的相位差決定所述逆變單元輸出方波的脈沖寬度。

此外，在本實(shí)施例中，上述高頻變壓器的原邊為一個(gè)繞組，其副邊為一個(gè)或多個(gè)繞組。而第二諧振電容在本實(shí)施例中既可以連接在高頻變壓器的原邊繞組上，也可以連接在高頻變壓器的副邊繞組上。在本實(shí)施例中，上述第二諧振電容連接在高頻變壓器的原邊繞組上的情況請(qǐng)參見(jiàn)圖2，在圖2中，該第二諧振電容就是并接在高頻變壓器的原邊繞組上述的。而在第二諧振電容連接在上述高頻變壓器副邊，且該副邊具有多個(gè)繞組的情況下，第二諧振電容可以連接在副邊的一個(gè)繞組上或等效為多個(gè)較小電容分別連接在所述副邊的多個(gè)繞組或多個(gè)繞組中間的部分繞組上。請(qǐng)參見(jiàn)圖4，圖4給出了本實(shí)施例中，一種情況下變換器的結(jié)構(gòu)示意圖，在圖4中，諧振網(wǎng)絡(luò)的第二諧振電容就是連接在高頻變壓器的副邊繞組上的。

圖2示出了在本實(shí)施例中一種情況下，該全橋諧振變換器的具體電路圖。圖2中的第二諧振電容并接在高頻變壓器的原邊繞組上。具體來(lái)講，在圖2中，逆變單元包括開(kāi)關(guān)管S1、S2、S3、S4及其附屬元件，輔助網(wǎng)絡(luò)包括輔助電感L_a和隔直電容C_g，諧振網(wǎng)絡(luò)包括諧振電感L_r、第一電容C_s和第二電容C_p，整流濾波單元包括二極管D1、二極管D2，電感L_f1、電感L_f2以及電容C_f，T1為高頻變壓器。

在圖2中，逆變單元包括由第一開(kāi)關(guān)管S1和第二開(kāi)關(guān)管S2組成的第一半橋電路以及由第三開(kāi)關(guān)管S3和第四開(kāi)關(guān)管S4組成的第二半橋電路；直流輸入的一端分別依次通過(guò)第一開(kāi)關(guān)管S1和第三開(kāi)關(guān)管S3的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端以及第二開(kāi)關(guān)管S2和第四開(kāi)關(guān)管S4的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端連接到直流輸入的另一端；換句話說(shuō)，上述兩個(gè)半橋并聯(lián)在直流輸入的兩端；一個(gè)半橋電路中兩個(gè)開(kāi)關(guān)管分別由其控制端輸入的、各自具有50%占空比且相位相差180度的脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)控制；兩個(gè)半橋電路組合在一起形成一個(gè)全橋電路，位于該全橋電路的拓?fù)鋵?duì)角線位置的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)之間具有設(shè)定的相位差或移相角，該設(shè)定的相位差決定所述逆變單元輸出方波的脈沖寬度；調(diào)節(jié)該相位差或移相角就能夠調(diào)節(jié)所述DC/DC全橋諧振變換器輸出的直流電平；所述逆變單元兩橋臂上的開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM1、PWM2、PWM3、PWM4與輸出逆變電壓波形V_AB以及流過(guò)諧振網(wǎng)絡(luò)與輔助網(wǎng)絡(luò)的電流波形i_r、i_La如圖3所示。

輔助網(wǎng)絡(luò)單元的輔助電感L_a和隔直電容C_g，在其串聯(lián)之后得到兩端，該兩端分別與第一逆變半橋的第一開(kāi)關(guān)管S1、第二開(kāi)關(guān)管S2的公共連接端和第二逆變半橋的第三開(kāi)關(guān)管S3、第四開(kāi)關(guān)管S4的公共連接端連接。如圖3所示，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管S1和第四開(kāi)關(guān)管S4導(dǎo)通時(shí)，即[t₁-t₂]時(shí)間段，輔助網(wǎng)絡(luò)與輸入源正向并聯(lián)，此時(shí)輔助網(wǎng)絡(luò)中電流i_La線性增大；當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)管S1和第三開(kāi)關(guān)管S3導(dǎo)通時(shí)，即[t₂-t₃]時(shí)間段，輔助網(wǎng)絡(luò)與輸入源斷開(kāi)，此時(shí)輔助網(wǎng)絡(luò)中電流i_La恒定不變；當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)管S2和第三開(kāi)關(guān)管S3導(dǎo)通時(shí)，即[t₃-t₄]時(shí)間段，輔助網(wǎng)絡(luò)與輸入源反向并聯(lián)，此時(shí)輔助網(wǎng)絡(luò)中電流i_La線性減??；當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)管S2和第四開(kāi)關(guān)管S4導(dǎo)通時(shí)，即[t₄-t₅]時(shí)間段，輔助網(wǎng)絡(luò)與輸入源斷開(kāi)，此時(shí)輔助網(wǎng)絡(luò)中電流i_La恒定不變。

換句話說(shuō)，本實(shí)施例中，在所述第一逆變半橋與所述第二逆變半橋之間加入的輔助網(wǎng)絡(luò)，在工作時(shí)與所述諧振網(wǎng)絡(luò)的相互作用，使得該諧振網(wǎng)絡(luò)對(duì)于其所在的變換器的性能改進(jìn)得到進(jìn)一步的提高。具體來(lái)講，在本實(shí)施例中，通過(guò)引入輔助網(wǎng)絡(luò)，使得全橋電路后級(jí)的阻抗網(wǎng)絡(luò)中感性成分得以增加，于是在實(shí)際的工作過(guò)程中，流過(guò)原邊開(kāi)關(guān)管的電流相位更加滯后于全橋電路輸出電壓相位，保證了所述變換器更大范圍內(nèi)的開(kāi)關(guān)器件過(guò)零切換。這樣，不僅保證了該變換器在較大的范圍內(nèi)的性能的一致性，使得其使用范圍較為寬廣，同時(shí)，在某種程度上，還降低了該變換器電路或磁路參數(shù)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。

在本實(shí)施例中，諧振網(wǎng)絡(luò)從第一開(kāi)關(guān)管S1與第二開(kāi)關(guān)管S2的連接點(diǎn)、第三開(kāi)關(guān)管S3與第四開(kāi)關(guān)管S4的連接點(diǎn)中取得逆變單元輸出的方波電壓，參見(jiàn)圖3中v_AB電壓波形。諧振網(wǎng)絡(luò)提取該方波電壓中的基波分量，傳遞至高頻變壓器進(jìn)行電氣隔離，并經(jīng)整流濾波單元進(jìn)行整流濾波后傳遞至負(fù)載。

此外，在本實(shí)施例中，所述整流濾波電路包括整流部分和濾波部分；所述整流部分由整流器件構(gòu)成，這些整流器件可以采用多種拓?fù)溥B接在一起而完成整流，例如，倍流整流、全波整流或全橋整流的拓?fù)溥B接形式。

在倍流整流時(shí)，所述整流器件可以為采用共陽(yáng)極或共陰極倍流整流電路的二極管或?yàn)椴捎猛秸麟娐返腗OSFET；其濾波部分為L(zhǎng)C組合濾波電路。在全波整流時(shí)，所述整流器件可以為采用共陽(yáng)極或共陰極整流電路的二極管；其濾波部分為L(zhǎng)C組合濾波電路。

值得一提的是，在本實(shí)施例中，除了上述涉及的倍流整流、全波整流或全橋整流的具體電路結(jié)構(gòu)外，倍流整流、全波整流或全橋整流還可以是現(xiàn)有技術(shù)中的符合上述整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的任何具體的電路結(jié)構(gòu)。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專(zhuān)利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專(zhuān)利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。