專利名稱：基于π型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(guān)全橋直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種基于7T型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(guān)全橋直流變換器，屬于恒頻、隔離的全橋直流變換器，其利用增加的輔助網(wǎng)絡(luò)在寬的輸入電壓和負(fù)載電流的范圍內(nèi)工作。
背景技術(shù)：
直直變換作為電力電子技術(shù)領(lǐng)域的一個重要組成部分，近年來得到了大量的研究。在中大功率的直流變換場合，全橋變換器由于開關(guān)管容易實現(xiàn)軟開關(guān)和釆用恒定頻率控制而得到了廣泛的應(yīng)用。近二十年來，出現(xiàn)了很多全橋變換器軟開關(guān)控制策略和電路拓樸。移相控制零電壓開關(guān)和移相控制零電壓零電流開關(guān)全橋變換器均可以實現(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)。傳統(tǒng)的移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器在負(fù)載較輕時滯后臂會失去軟開關(guān)，甚至在4艮輕載時，由于死區(qū)時間的限制，超前橋臂也會失去軟開關(guān)的條件。如果想拓寬原邊開關(guān)管的軟開關(guān)范圍，可以將附加的諧振電感與變壓器串聯(lián)。如果選擇合適的諧
振電感，即便在小電流下也能實現(xiàn)超前臂開關(guān)的zvs。不過，4交大的諧振電感在全負(fù)載范圍均存儲較高的能量，使得產(chǎn)生相當(dāng)大的循環(huán)能量，使變換器效率變低。此外，和變壓器一次側(cè)串聯(lián)大電感延長了一次電流從正變負(fù)或從負(fù)變正所需的時間。這個延長的換向時間引起變壓器二次側(cè)的占空比丟失，這又使得效率P條低。最后，值得指出的是在整流器的截止期間，在變壓器的二次側(cè)具有嚴(yán)重的寄生振蕩。所謂寄生振蕩是由整流器的結(jié)電容和變壓器的漏感以及外部電感引起的。為了控制寄生振蕩，需要在二次側(cè)使用大的緩沖電路，這同樣使得電路的變換效率大為降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種基于兀型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(guān)全橋直流變換器，變換器工作在各種負(fù)載條件下都可以實現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓開關(guān)，提高變換效率。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明基于71型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(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(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^各的輸入端，其特征在于
還包括由第一輔助電感、第一輔助電容、第二輔助電感和第二輔助電容構(gòu)成的71型輔助網(wǎng)絡(luò),其中第 一輔助電容的輸入端接第 一逆變橋臂的輸出端，第一輔助電容的輸出端分別接第一輔助電感的輸入端和隔離變壓器原邊繞組的同名端，第二輔助電容的輸入端接第二逆變橋臂的輸出端，第二輔助電容的輸出端分別接第二輔助電感的輸入端和隔離變壓器原邊繞組的異名端，第一輔助電感和第二輔助電感的輸出端分別4妄直流電源的負(fù)極。
本發(fā)明披露了一種基于7I型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(guān)全橋直流變換器，其基
本消除了變壓器二次側(cè)的寄生振蕩，并可以在全負(fù)載范圍實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)。與原有技術(shù)相比的主要技術(shù)特點是，由于加入了輔助電路，使得在輕載時一部分能量儲存于輔助電感中，存儲于輔助電感的能量可以幫助原邊開關(guān)管在輕載甚至空載時實現(xiàn)軟開關(guān)，由于變壓器漏感取值小，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，變換器的效率可以提高。


附圖l是傳統(tǒng)的零電壓開關(guān)全橋變換器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是本發(fā)明的一種基于兀型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(guān)全橋直流變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3是本發(fā)明的一種基于71型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(guān)全橋直流變換器主要工作波形示意圖。
附圖4~附圖8是本發(fā)明的一種基于兀型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(guān)全橋直流
變換器的各開關(guān)模態(tài)示意圖。
上述附圖中的主要符號名稱K. 、直流電源。g廣"、功率開關(guān)管。d~C4、寄生電容。D廣D4、體二極管。丄。7、第一輔助電感。Cfll、第一輔助電容。丄。2、第二輔助電感。丄。2、第二輔助電感。7;、隔離變壓器。Aei、 Aq、輸出整流二極管。丄,濾波電感。Cy、濾波電容。i w、負(fù)載。V。、輸出電壓。v^、A與B兩點間電壓。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明關(guān)全橋變換器結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2所示的是一種基于兀型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(guān)全橋直流變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。由直流電源J^、兩個逆變橋臂1和2、隔離變壓器3、第一輔助電感4、第一輔助電容5、第二輔助電感6、第二輔助電容7及整流濾波電路8組成。Q廣^是四只功率開關(guān)管，D廣D4分別是開關(guān)管Q廣&的體二極管，C廣G分別是開關(guān)管Q廣^的寄生電容，^、丄。2是輔助電感，C。7、 C。2是輔助電容，7;是隔離變壓器，DR1、 DR2是輸出整流二極管，丄/是輸出濾波電感，C,是輸出濾波電容，i w為負(fù)載。本變換器采用移相控制，開關(guān)管^和込分別超前于開關(guān)管込和g^—個相位，稱開關(guān)管g;和込組成的第一逆變橋臂為超前橋臂，開關(guān)管込和^組成的第二逆變橋臂則為滯后橋臂。其
中分壓電容C。/、 Cw的電壓為輸入電壓F^的一半，即Vc。尸Vc。2-^/2,可看
作為FJ2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8敘述本發(fā)明的具體工作原理。由附圖3可知整個變換器一個開關(guān)周期有10種開關(guān)^f莫態(tài)，分別是[t。-ti]、 [tr t2]、 [t2-t3]、 [t3-t4]、 [t4-15]、 [t5-16]、 [t6-t7]、 [t7-t8]、 [t8-t9]、 [t9-110]，其中，[trt5]為前半周期，[t5-t,o]為后半周期。下面對各開關(guān)才莫態(tài)的工作情況進行具體分析。
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濾波電容足夠大，因此副邊輸出可等效為電壓源，所有電感、電容均為理想元件； ③C產(chǎn)C3《fe。d, C2=C4=C,。g。
1. 開關(guān)模態(tài)l[t0-td [對應(yīng)于附圖4]
在to時刻之前，g!和g4導(dǎo)通，込和込截止，原邊電流近似不變，Vab= ^，上整流二極管D!u流過全部負(fù)載電流，Dr2截止，原邊給負(fù)載供電。fo時刻關(guān)斷込，電流Z、從^中轉(zhuǎn)移到G和C3支路中，vab由^逐漸變?yōu)榱?，在這個時段里，儲存在丄。!和々中的能量給d充電，同時給C3放電。在^時刻，C3的電壓下降到零，込的反并聯(lián)二極管A自然導(dǎo)通，込可實現(xiàn)零電壓開通，該才莫態(tài)結(jié)束。
2. 開關(guān)模態(tài)2[trt2][對應(yīng)于附圖5]
A導(dǎo)通后，開通込，^和込驅(qū)動信號之間的死區(qū)時間。—《>^。 A點
電位下降為零，所以Vab:O,原邊不向負(fù)載提供能量。此時輔助電感丄。2承受的電壓為-l/2F;"，因此4。2不斷減小。在t2時刻，丄。2中的電流上升為最小值
3. 開關(guān)模態(tài)3[t2-t3][對應(yīng)于附圖6]
在？2時刻，關(guān)斷"，電流/2給Ct充電，同時給C2放電，Z。2儲存的能量可供實現(xiàn)軟開關(guān)。由于C2和C4的緩沖作用，g4是零電壓關(guān)斷。在6時刻，C2上的電壓下降到零，込的反并二極管A自然導(dǎo)通。此時副邊整流二極管同時導(dǎo)通。
4. 開關(guān)模態(tài)4[trt4][對應(yīng)于附圖7]
D2導(dǎo)通后，可以零電壓開通込。込、仏驅(qū)動信號之間的死區(qū)時間
込開通后，Vab二^。此時副邊兩個整流管仍然同時導(dǎo)通，因此變壓器原邊
繞組電壓為零，輸入電壓F,"直接加在漏感Z^上，原邊電流^由線性下降再反向線性上升。
5. 開關(guān)模態(tài)5[t4-t5][對應(yīng)于附圖8]
在U時刻，原邊電流折算等于副邊電流，Diu關(guān)斷，DR2流過全部負(fù)載電
流o 電源給負(fù)載供電。
^時刻，込關(guān)斷，變換器開始另一半個周期[t5, t1Q]，其工作情況類似于上述的周期[Vt5]。
從以上的描述可以得知，本發(fā)明提出的一種基于Tl型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開
關(guān)全橋直流變換器具有以下幾方面的優(yōu)點
1) 增加的輔助網(wǎng)絡(luò)使得漏感取值很小，可以有效的消除輸出整流管上的電壓尖峰和電壓振蕩，p條低輸出整流二極管的電壓應(yīng)力。
2) 利用儲存在輔助電感的能量在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)。
3) 改善變換器在輕載時工作條件，提高系統(tǒng)的可靠性，減輕EMI。
權(quán)利要求
1、一種基于π型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(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(1)和第二逆變橋臂(2)、隔離變壓器(3)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(fù)輸入端，直流電源(Vin)的正極分別接第一逆變橋臂(1)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(1)和第二逆變橋臂(2)的負(fù)輸入端，隔離變壓器(3)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第一輔助電感(4)、第一輔助電容(5)、第二輔助電感(6)和第二輔助電容(7)構(gòu)成的π型輔助網(wǎng)絡(luò)，其中第一輔助電容(5)的輸入端接第一逆變橋臂(1)的輸出端，第一輔助電容(5)的輸出端分別接第一輔助電感(4)的輸入端和隔離變壓器(3)原邊繞組的同名端，第二輔助電容(7)的輸入端接第二逆變橋臂(2)的輸出端，第二輔助電容(7)的輸出端分別接第二輔助電感(6)的輸入端和隔離變壓器(3)原邊繞組的異名端，第一輔助電感(4)和第二輔助電感(6)的輸出端分別接直流電源(Vin)的負(fù)極。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種基于7U型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(guān)全橋直流變 換器，其特征在于，所述的整流濾波電路(8)采用半波整流電路、全波整流電 路、全橋整流電路或倍流整流電路。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于π型輔助網(wǎng)絡(luò)零電壓開關(guān)全橋直流變換器，包括直流電源、第一逆變橋臂和第二逆變橋臂、第一/第二輔助電感、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，由于加入了由輔助電感和輔助電容組成的輔助網(wǎng)絡(luò)，可以在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)，同時副邊電壓尖峰和振蕩得到很好的抑制。
文檔編號H02M3/24GK101604916SQ20091003175
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者飚 季, 磊 石, 仲 陳 申請人:南京航空航天大學(xué)