專(zhuān)利名稱(chēng)：自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)關(guān)全橋直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)關(guān)全橋直流變換器。
背景技術(shù)：
移相控制軟開(kāi)關(guān)全橋變換器由于綜合了 PWM開(kāi)關(guān)和諧振型開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，利用諧振技術(shù)實(shí)現(xiàn)零電壓/零電流開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)過(guò)程結(jié)束后又回到普通的PWM狀態(tài)，它同時(shí)具備了開(kāi)關(guān)損耗小，通態(tài)損耗低及PWM調(diào)壓等優(yōu)點(diǎn)，因此在中大功率的直流變換場(chǎng)合受到廣泛的青睞。傳統(tǒng)的移相控制零電壓開(kāi)關(guān)全橋變換器在負(fù)載較輕時(shí)滯后臂會(huì)失去軟開(kāi)關(guān)，為此可以增加變壓器漏感或串聯(lián)諧振電感，但這會(huì)帶來(lái)變壓器二次側(cè)占空比的丟失，導(dǎo)致需要減小變壓器原副邊匝比來(lái)補(bǔ)償丟失的占空比，這又使得效率降低。同時(shí)變壓器漏感或串聯(lián)諧振電感的增大引發(fā)了變壓器二次側(cè)寄生振蕩。為了減小變壓器漏感或串聯(lián)諧振電感，加入輔助網(wǎng)絡(luò)成為一種趨勢(shì)。有文獻(xiàn)在滯后臂并聯(lián)有源輔助網(wǎng)絡(luò)，在輔助電感中存儲(chǔ)能量來(lái)幫助滯后臂實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，輔助開(kāi)關(guān)管的控制簡(jiǎn)單，但在全負(fù)載范圍內(nèi)輔助網(wǎng)絡(luò)中的能量恒定不變，負(fù)載較重時(shí)，變壓器漏感中存儲(chǔ)的能量已經(jīng)滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)滯后臂ZVS條件，輔助能量存在大量損耗，從而降低了效率。有文獻(xiàn)雖然可以實(shí)現(xiàn)有源輔助網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)的能量隨負(fù)載電流的變化而變化，減小了輔助網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)通損耗，但其對(duì)輔助開(kāi)關(guān)管的控制十分復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述變換器所存在的技術(shù)缺陷提供一種自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)關(guān)全橋直流變換器，輔助開(kāi)關(guān)管控制簡(jiǎn)單，輔助網(wǎng)絡(luò)能量隨負(fù)載的變化而自適應(yīng)的變化，且在較寬負(fù)載范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)主功率開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)，導(dǎo)通損耗降低，變換器效率得到提高。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)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(gè)逆變橋臂都包括二個(gè)開(kāi)關(guān)管、二個(gè)體二極管和二個(gè)寄生電容，第一開(kāi)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(kāi)關(guān)管的源極分別與第一體二極管陽(yáng)極、第一寄生電容的另一端、第二開(kāi)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(kāi)關(guān)管的源極分別與第二體二極管陽(yáng)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(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，隔離變壓器原邊繞組具有一中心抽頭，其特征在于還包括由輔助橋臂、輔助變壓器、輔助電容和輔助電感構(gòu)成的有源輔助網(wǎng)絡(luò)；其中輔助橋臂包括二個(gè)輔助開(kāi)關(guān)管和兩個(gè)輔助二極管，第一輔助開(kāi)關(guān)管的漏極接第一輔助二極管的陰極構(gòu)成輔助橋臂的正輸入端，第一輔助開(kāi)關(guān)管的源極分別接第一輔助二極管的陽(yáng)極、第二輔助開(kāi)關(guān)管的漏極、第二輔助二極管的陰極構(gòu)成輔助橋臂的輸出端，第二輔助開(kāi)關(guān)管的源極接第二輔助二極管的陽(yáng)極構(gòu)成輔助橋臂的負(fù)輸入端，直流電源的正負(fù)極分別接輔助橋臂的正負(fù)輸入端。輔助變壓器原邊繞組的輸入端接隔離變壓器原邊繞組的中心抽頭端，輔助變壓器原邊繞組的輸出端接輔助電容的輸入端，輔助變壓器包括兩個(gè)匝數(shù)相同的 副邊繞組，其中第一副邊繞組與輔助變壓器原邊繞組的輸入端是異名端的一端接第一輔助開(kāi)關(guān)管的柵極，第一副邊繞組的另一端接第一輔助開(kāi)關(guān)管的源極，第二副邊繞組與輔助變壓器原邊繞組的輸入端是同名端的一端接第二輔助開(kāi)關(guān)管的柵極，第二副邊繞組的另一端接第二輔助開(kāi)關(guān)管的源極，輔助電容的輸出端接直流電源的負(fù)極，輔助電感的輸入端接第二逆變橋臂的輸出端，輔助電感的輸出端接輔助橋臂的輸出端。本發(fā)明披露了自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)關(guān)全橋直流變換器，其可以在寬負(fù)載范圍實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)，并基本消除了變壓器二次側(cè)的寄生振蕩。與原有技術(shù)相比其主要技術(shù)特點(diǎn)是，利用所述輔助變壓器的副邊繞組電壓作為輔助開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓，控制簡(jiǎn)單，且輔助開(kāi)關(guān)管工作在零電流開(kāi)通條件，輔助開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓占空比隨負(fù)載電流的變化而自適應(yīng)的變化，存儲(chǔ)于輔助電感的能量可以隨負(fù)載的變化而自適應(yīng)的變化，不僅能幫助滯后管在輕載甚至空載時(shí)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，并且降低了輔助網(wǎng)絡(luò)在重載時(shí)的導(dǎo)通損耗，由于隔離變壓器漏感取值小，輸出整流管因反向恢復(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，變換器的效率得到提高。


附圖I是傳統(tǒng)的零電壓開(kāi)關(guān)全橋變換器結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)關(guān)全橋直流變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)關(guān)全橋直流變換器主要工作波形示意圖。附圖4 附圖10是本發(fā)明的自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)關(guān)全橋直流變換器的各開(kāi)關(guān)1旲態(tài)不意圖。上述附圖中的主要符號(hào)名稱(chēng)Vin、電源電壓。Q1 Q4、功率開(kāi)關(guān)管。& (；、寄生電容。D1-D4、體二極管。Tka、輔助變壓器。Ca、輔助電容。La、輔助電感。Qal Qa2、輔助開(kāi)關(guān)管。Dal、Da2、輔助二極管。Tk、隔離變壓器。Lk、隔離變壓器漏感。Dki、Dk2、輸出整流二極管。Lf、濾波電感。Cf、濾波電容。Rw、負(fù)載。V。、輸出電壓。vAB、A與B兩點(diǎn)間電壓。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明附圖I所示的是傳統(tǒng)的零電壓開(kāi)關(guān)全橋變換器結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2所示的是自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)關(guān)全橋直流變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。由直流電源Vin、兩個(gè)逆變橋臂I和2、輔助橋臂3、隔離變壓器4、輔助變壓器5、輔助電容6、輔助電感7及整流濾波電路8組成。Q1 Q4是四只功率開(kāi)關(guān)管，D1 D4分別是開(kāi)關(guān)管Q1 Q4的體二極管，C1 C4分別是開(kāi)關(guān)管Q1 Q4的寄生電容，Tea是輔助變壓器，nA是輔助變壓器的原副邊匝比，La是輔助電感，Ca是輔助電容，Tk是隔離變壓器，Lk是隔離變壓器的漏感，Qal Qa2、輔助開(kāi)關(guān)管，Dal、Da2是輔助二極管，Dki、Dk2是輸出整流二極管，Lf是輸出濾波電感，Cf是輸出濾波電容，RLd為負(fù)載。本變換器米用移相控制，開(kāi)關(guān)管Q4和Q2分別滯后于開(kāi)關(guān)管Q1和Q3 —個(gè)相位，稱(chēng)開(kāi)關(guān)管Q1和Q3組成的第一逆變橋臂為超前橋臂，開(kāi)關(guān)管Q2和Q4組成的第二逆變橋臂則為滯后橋臂。輔助開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由輔助變壓器兩個(gè)副邊繞組提供，兩輔助開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相反。輔助電容Ca的電壓為輸入電壓 Vin的一半，即=Vin/2，可看作為Vin/2的電壓源。下面以附圖2為主電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合附圖3 附圖10敘述本發(fā)明的具體工作原理。由附圖3可知整個(gè)變換器一個(gè)開(kāi)關(guān)周期有14種開(kāi)關(guān)模態(tài)，分別是[tftj、[trt2]、[t2-t3]、、[七4 tg]、[ 5 tg]、[ β t，]、[ 7 tg]、[七8 tg]、[ 9 tio]、[tio ^lll、[ χι 12]、1-^12 ^13]、其中，[t0-t7]為前半周期，[t7_t14]為后半周期。下面對(duì)各開(kāi)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(kāi)關(guān)管和二極管均為理想器件；②濾波電感足夠大，因此副邊輸出可等效為恒流源，所有電感、電容均為理想元件^C1 = C3 = Clead7C2—C4 — Clag。I.開(kāi)關(guān)模態(tài)I [tftj [對(duì)應(yīng)于附圖4]在h時(shí)刻之前，Q1和Q4導(dǎo)通，Q2和Q3截止，原邊電流近似不變，Vab = Vin,上整流二極管Dki流過(guò)全部負(fù)載電流，De2截止，原邊給負(fù)載供電。h時(shí)刻關(guān)斷Q1,電流ip從Q1中轉(zhuǎn)移到C1和C3支路中，Vab由Vin逐漸變?yōu)榱?，在這個(gè)時(shí)段里，儲(chǔ)存在Lk和Lf中的能量給C1充電，同時(shí)給仏放電。在C1和C3的緩沖下，Q1近似零電壓關(guān)斷。由于原邊電流近似不變，在h時(shí)刻，C3的電壓線(xiàn)性下降到零,Q3的反并聯(lián)二極管D3自然導(dǎo)通，Q3可實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通。該模態(tài)的持續(xù)時(shí)間可以表示為(I)其中K為隔離變壓器原副邊匝比2.開(kāi)關(guān)模態(tài)2 [trt2][對(duì)應(yīng)于附圖5]D3導(dǎo)通后，開(kāi)通Q3, Q1和Q3驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的死區(qū)時(shí)間td(lead) > t01o A點(diǎn)電位下降為零，所以vAB = 0，原邊不向負(fù)載提供能量。此時(shí)輔助變壓器副邊繞組電壓為Vin/2nA，輔助開(kāi)關(guān)管Qal柵源極承受正向電壓Vin/2nA而導(dǎo)通，此前輔助電感電流為零，在輔助電感的緩沖下，此時(shí)輔助開(kāi)關(guān)管Qal近似零電流開(kāi)通，輔助開(kāi)關(guān)管Qa2柵源極承受反向電壓_Vin/2nA而截止，此時(shí)U從零開(kāi)始增加，輔助電感電流可表示為=(2)
Lat2時(shí)刻，輔助電感La儲(chǔ)存的能量可以表示為4 =去4 . Iu = -1TTp--(3)
1式中D為電路工作占空比，Ts表示開(kāi)關(guān)周期。從上式可以看出，輔助電感La儲(chǔ)存的能量取決于輔助電感、輸入電壓和電路工作占空比D的大小。輔助電感儲(chǔ)存的能量與負(fù)載電流有一定的關(guān)系，負(fù)載電流減小時(shí)，電路工作占空比D也隨著減小，輔助電感儲(chǔ)存的能量反而增加，因此輔助電感儲(chǔ)存的能量可以隨著負(fù)載電流的變化而自適應(yīng)的變化。3.開(kāi)關(guān)模態(tài)3 [t2-t3][對(duì)應(yīng)于附圖6]在t2時(shí)刻關(guān)斷Q4，流入滯后橋臂的電流給C4充電，同時(shí)給C2放電，Q4為零電壓關(guān)斷。原邊電流下降，并且不足以提供負(fù)載電流，副邊整流管DK1、De2同時(shí)導(dǎo)通，變壓器原、副邊繞組端電壓都為零，vAB直接加在隔離變壓器漏感Lk上。漏感Lk、輔助電感1^與電容C2、C4諧振工作。原邊電流、、輔助電流込、和開(kāi)關(guān)管Q4兩端的電壓可以表示為
權(quán)利要求
1.自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)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(4)以及整流濾波電路(8);其中每個(gè)逆變橋臂都包括二個(gè)開(kāi)關(guān)管、二個(gè)體二極管和二個(gè)寄生電容，第一開(kāi)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(kāi)關(guān)管的源極分別與第一體二極管陽(yáng)極、第一寄生電容的另一端、第二開(kāi)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(kāi)關(guān)管的源極分別與第二體二極管陽(yáng)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⑴和第二逆變橋臂⑵的負(fù)輸入端，隔離變壓器⑷副邊繞組的輸出端接整流濾波電路(8)的輸入端，隔離變壓器(4)原邊繞組具有一中心抽頭，其特征在于 還包括由輔助橋臂(3)、輔助變壓器(5)、輔助電容(6)和輔助電感(7)構(gòu)成的有源輔助網(wǎng)絡(luò)；其中輔助橋臂(3)包括二個(gè)輔助開(kāi)關(guān)管和兩個(gè)輔助二極管，第一輔助開(kāi)關(guān)管的漏極接第一輔助二極管的陰極構(gòu)成輔助橋臂的正輸入端，第一輔助開(kāi)關(guān)管的源極分別接第一輔助二極管的陽(yáng)極、第二輔助開(kāi)關(guān)管的漏極、第二輔助二極管的陰極構(gòu)成輔助橋臂的輸出端，第二輔助開(kāi)關(guān)管的源極接第二輔助二極管的陽(yáng)極構(gòu)成輔助橋臂的負(fù)輸入端，直流電源的正負(fù)極分別接輔助橋臂的正負(fù)輸入端。輔助變壓器(5)原邊繞組的輸入端接隔離變壓器(4)原邊繞組的中心抽頭端，輔助變壓器(5)原邊繞組的輸出端接輔助電容(6)的輸入端，輔助變壓器(5)包括兩個(gè)匝數(shù)相同的副邊繞組，其中第一副邊繞組與輔助變壓器原邊繞組的輸入端是異名端的一端接第一輔助開(kāi)關(guān)管的柵極，第一副邊繞組的另一端接第一輔助開(kāi)關(guān)管的源極，第二副邊繞組與輔助變壓器原邊繞組的輸入端是同名端的一端接第二輔助開(kāi)關(guān)管的柵極，第二副邊繞組的另一端接第二輔助開(kāi)關(guān)管的源極，輔助電容(6)的輸出端接直流電源(Vin)的負(fù)極，輔助電感(7)的輸入端接第二逆變橋臂的輸出端，輔助電感(7)的輸出端接輔助橋臂的輸出端。
2.如權(quán)利要求I所述的自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)關(guān)全橋直流變換器，其特征在于，所述輔助變壓器的兩副邊繞組匝數(shù)Nsl = Ns2，且原副邊匝比nA = Npl/Nsl = Np1/Ns2需滿(mǎn)足輔助開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了自驅(qū)動(dòng)有源輔助網(wǎng)絡(luò)的軟開(kāi)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、輔助橋臂、輔助變壓器、輔助電容、輔助電感、隔離變壓器及整流濾波電路。本發(fā)明采用移相控制方式，由于加入了由輔助橋臂、輔助電感、輔助變壓器和輔助電容組成的有源輔助網(wǎng)絡(luò)，該變換器可以在較寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)，且輔助網(wǎng)絡(luò)的能量隨負(fù)載的變化而自適應(yīng)的變化，減小了重載時(shí)輔助網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的損耗，同時(shí)輔助橋臂控制簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H02M3/335GK102931843SQ20111022647
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者陳仲, 史良辰, 季鋒, 劉沙沙 申請(qǐng)人:陳仲