專利名稱：一種新型移相全橋軟開關(guān)變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軟開關(guān)電路，特別是一種新型移相全橋軟開關(guān)變換器。
背景技術(shù)：
普通開關(guān)的開通和關(guān)斷過程伴隨著電壓和電流的劇烈變化，產(chǎn)生較大的 開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，軟開關(guān)因此產(chǎn)生。所謂軟開關(guān)就是開關(guān)器件在開通過
程中端電壓很小，在關(guān)斷過程中其電流iil很小，這種開關(guān)過程的功率損耗不 大，稱之為軟開關(guān)。傳統(tǒng)變換器的軟開關(guān)是利用電感和電容來對(duì)開關(guān)的開關(guān) 軌跡進(jìn)行整形， 一般是采用有損緩沖電路來實(shí)現(xiàn)，從能量的角度來看，它是 將開關(guān)損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路消耗掉，從而改善開關(guān)管的開關(guān)條件。這種方 法對(duì)變換器的變換效率沒有提高，甚至?xí)阈视兴档汀?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型移相全橋軟開關(guān)變換器，它不采用有損緩 沖電路，可以減小開關(guān)損耗，而非開關(guān)損耗的轉(zhuǎn)移，可在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)實(shí) 現(xiàn)零電壓開關(guān)。
它包括第一變壓器Trl、第二變壓器Tr2、整流電路l、濾波電路2，和
一個(gè)至少由兩個(gè)電容構(gòu)成的電容支路3;
一個(gè)至少由兩個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成的滯后橋臂4;
一個(gè)至少由兩個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成的超前橋臂5;
電容支路、滯后橋臂和第一變壓器Tr 1原邊繞組構(gòu)成一個(gè)半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 所述第一變壓器Trl原邊繞組、第二變壓器Tr2原邊繞組、滯后橋臂和超前橋臂構(gòu)成一個(gè)全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，左橋臂上下開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為半個(gè)周期；
整流電路、濾波電路依次連接在第一變壓器Trl和第二變壓器Tr2的副 邊繞組之后。
滯后臂上的開關(guān)管工作在一個(gè)固定的工作頻率上且工作脈寬固定。與之 相連的高頻變壓器Tr2工作在半橋方式，其輸入電壓為輸入電壓的一半，輸 出功率只為輸出總功率的幾分之一，所以Tr2的激磁電流可以放大到一個(gè)合 適的范圍內(nèi)，以便與滯后臂開關(guān)管上并聯(lián)的電容諧振實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，因此 滯后臂上的開關(guān)管的零電壓開關(guān)與負(fù)載無關(guān)，因此整個(gè)變換器可在整個(gè)負(fù)載 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。


圖l為本發(fā)明電路原理框圖2為本發(fā)明電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l、圖2所示，它包括第一變壓器Trl、第二變壓器Tr2、整流電路 1、濾波電路2，和
一個(gè)至少由兩個(gè)電容構(gòu)成的電容支路3;
一個(gè)至少由兩個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成的滯后橋臂4;
一個(gè)至少由兩個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成的超前橋臂5;
電容支路、滯后橋臂和第一變壓器Trl原邊繞組構(gòu)成一個(gè)半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 所述第一變壓器Trl原邊繞組、第二變壓器Tr2原邊繞組、滯后橋臂和超前 橋臂構(gòu)成一個(gè)全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，左橋臂上下開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為半個(gè)周期；整流電路、濾波電路依次連接在第一變壓器Trl和第二變壓器Tr2的副 邊繞組之后。
具體來說，其中開關(guān)元件可以是M0SFET、 IGBT或IPM等半導(dǎo)體開關(guān)元 件，VD2、 VD3、 VD4、 VD5是這些開關(guān)元件的晶體二極管，C3、 C4、 C5、 C6 是相應(yīng)的開關(guān)元件的節(jié)電容或節(jié)電容與外部并聯(lián)電容的容量總和。
左橋臂是滯后橋臂，右橋臂是超前橋臂。左橋臂和左邊兩個(gè)電容(兩個(gè)電容 很大，可以看成是兩個(gè)電壓源)，變壓器Trl構(gòu)成一個(gè)半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；左右橋臂 和變壓器Tr2構(gòu)成一個(gè)全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，左橋臂上下開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為半個(gè)周期 (死區(qū)時(shí)間忽略不計(jì))。
而滯后臂上的開關(guān)管工作在一個(gè)固定的工作頻率上且工作脈寬固定。與 之相連的高頻變壓器Tr2工作在半橋方式，其輸入電壓為輸入電壓的一半， 輸出功率只為輸出總功率的幾分之一，所以Tr2的激磁電流可以奴大到一個(gè) 合適的范圍內(nèi)，以便與滯后臂開關(guān)管上并聯(lián)的電容諧振實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，因 此滯后臂上的開關(guān)管的零電壓開關(guān)與負(fù)載無關(guān)，因此整個(gè)變換器可在整個(gè)負(fù) 載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。
通過調(diào)節(jié)右橋臂與左橋臂開通和關(guān)斷信號(hào)的相位，實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)。 在開關(guān)過程中，超前臂的一個(gè)開關(guān)管(假設(shè)為S4)提前關(guān)斷，由于開關(guān)管上 的并聯(lián)電容存在，開關(guān)管上的電壓緩慢上升，從而實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷。此后高頻 變壓器Trl的漏感、輸出電感及超前臂上的電容諧振，S4上的電壓繼續(xù)上升值 直流電源電壓，而S3上的電壓降為0，此時(shí)開通S3，從而實(shí)現(xiàn)超前臂上的開關(guān) 管的零電壓開通和關(guān)斷。然后滯后臂上的S1關(guān)斷，與S4同樣的道理，可實(shí)現(xiàn) 零電壓關(guān)斷。此后高頻變壓器Trl和Tr2的漏感與滯后臂上的電容諧振，Sl上
的電壓繼續(xù)上升至直流電源電壓，而S2上的電壓降為0，此時(shí)開通S2，從而實(shí) 現(xiàn)滯后臂上的開關(guān)管的零電壓開通和關(guān)斷。由于輸出濾波電感很大，超前臂上 的開關(guān)管幾乎在全負(fù)載范圍內(nèi)都可實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。其滯后橋臂零電壓開關(guān)主 要通過變壓器Trl和變壓器Tr2的勵(lì)磁電流來實(shí)現(xiàn)，幾乎與負(fù)載無關(guān)。因此該 變換器的零電壓開關(guān)幾乎與負(fù)載無關(guān)，可實(shí)現(xiàn)全范圍內(nèi)的零電壓軟開關(guān)。為減 少占空比的丟失，將兩個(gè)變壓器的漏感取得比較小，因此，變壓器Tr2的勵(lì)磁 電流的增大不會(huì)引起占空比的丟失，而變壓器Trl的勵(lì)磁電流的增大會(huì)引起開 關(guān)導(dǎo)通損耗增加。為了降低占空比損失，避免引起過多的開通損耗，將變壓器 Tr2的勵(lì)磁電流取得比較大，第二變壓器Tr2的勵(lì)磁電流大于第一變壓器Trl的 勵(lì)磁電流，將變壓器Trl的勵(lì)磁電流和兩變壓器的漏感取得比較小。由于輸出 電壓等于變壓器Trl和變壓器Tr2的副邊電壓值之和，當(dāng)兩個(gè)變壓器副邊電壓 和變?yōu)榱銜r(shí)，開關(guān)S1上的電壓已抽走了一部分，在原邊被副邊鉗位后，Sl上的 電壓不是Vin，而是低于Vin，使實(shí)現(xiàn)滯后橋臂開關(guān)管的零電壓開通更加容易。 由于兩個(gè)變壓器同時(shí)傳送能量，該電路的輸出電壓的紋波也很小，這樣輸出濾 波電感可以設(shè)計(jì)得很小，從而減少了設(shè)計(jì)成本和變換器的體積。
副邊采用兩個(gè)整流橋串聯(lián)的模式，整流電路1包括兩個(gè)串聯(lián)的整流橋，每 個(gè)整流橋的輸入端口分別與所述第一變壓器Trl、第二變壓器Tr2的副邊繞組相 連。這一方面可方便的同時(shí)輸出兩個(gè)不同的電壓，如圖中所示的24V和IIOV， 實(shí)際應(yīng)用中也可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)兩個(gè)變壓器的變比實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同電壓的同時(shí) 輸出。另一方面，兩個(gè)整流橋串聯(lián)可避免變壓器原副邊的電流環(huán)流，提高轉(zhuǎn)換 效率。
權(quán)利要求
1、一種新型移相全橋軟開關(guān)變換器，它包括第一變壓器(Tr1)、第二變壓器(Tr2)、整流電路(1)、濾波電路(2)，和一個(gè)至少由兩個(gè)電容構(gòu)成的電容支路(3)；一個(gè)至少由兩個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成的滯后橋臂(4)；一個(gè)至少由兩個(gè)開關(guān)元件構(gòu)成的超前橋臂(5)；其特征在于所述電容支路(3)、滯后橋臂和第一變壓器(Tr1)的原邊繞組構(gòu)成一個(gè)半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述第一變壓器(Tr1)的原邊繞組、第二變壓器(Tr2)原邊繞組、滯后橋臂和超前橋臂構(gòu)成一個(gè)全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，左橋臂上下開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為半個(gè)周期；所述整流電路(1)、濾波電路(3)依次連接在第一變壓器(Tr1)和第二變壓器(Tr2)的副邊繞組之后。
2、 如權(quán)利要求1的一種新型移相全橋軟開關(guān)變換器，其特征在于所述整流電路(1)包括兩個(gè)串聯(lián)的整流橋，每個(gè)整流橋的輸入端口分別與所述 第一變壓器(Trl)、第二變壓器(Tr2)的副邊繞組相連。
3、 如權(quán)利要求1或2的一種新型移相全橋軟開關(guān)變換器，其特征在于所述開關(guān)元件包括M0SFET。
4、 如權(quán)利要求1或2的一種新型移相全橋軟開關(guān)變換器，其特征在于所述開關(guān)元件包括IGBT。
5、 如權(quán)利要求1或2的一種新型移相全橋軟開關(guān)變換器，其特征在于所述開關(guān)元件包括IPM。
6、 如權(quán)利要求1或2的一種新型移相全橋軟開關(guān)變換器，其特征在于所述第二變壓器(Tr2)的勵(lì)磁電流大于第一變壓器(Trl)的勵(lì)磁電流。
全文摘要
一種新型移相全橋軟開關(guān)變換器，它包括第一變壓器、第二變壓器、整流電路、濾波電路和電容支路；滯后橋臂；超前橋臂；電容支路、滯后橋臂和第一變壓器的原邊繞組構(gòu)成一個(gè)半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；第一變壓器的原邊繞組、第二變壓器原邊繞組、滯后橋臂和超前橋臂構(gòu)成一個(gè)全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，左橋臂上下開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為半個(gè)周期；整流電路、濾波電路依次連接在第一變壓器1和第二變壓器的副邊繞組之后。其紋波小、轉(zhuǎn)換效率高，可在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。
文檔編號(hào)H02M7/00GK101202507SQ200710192569
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者云 李 申請(qǐng)人:株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司;株洲時(shí)代電子技術(shù)有限公司