專利名稱：一種主動軟開關半橋方法
技術領域：
本發(fā)明涉及開關電源的半橋拓撲，特別是一種主動軟開關半橋方法。
背景技術：
傳統(tǒng)半橋拓撲，大量應用在電力電子開關電源產品，例如，應用于電子熒光 燈鎮(zhèn)流器、節(jié)能燈和電子變壓器等產品之中。
傳統(tǒng)半橋上下開關管切換時，由于電力電子開關元件本身有響應時間延遲， 以及產品內部存在各種諧波和寄生參數雜散電磁場影響，存在發(fā)生半橋直通危 害，往往在一瞬間燒壞了半橋電力開關管。
當半橋每一個電力電子開關元件從(OFF)轉換到導通(ON)的瞬間，導通電流 的前峰AiON與開關電壓的拖尾AuoN同時存在，形成接通開關損耗APoN;為 了降低APoN最常用辦法是設法使AiON為零，例如，主開關串聯電感就能實現 "零電流導通"條件。
當半橋每一個電力電子開關元件，從導通(ON)轉換到斷開(OFF)的瞬間At 切斷電流的拖尾AiOff，與開關電壓的前峰AuOff 同時存在，形成的切斷開 關損耗AP0ff，為了降低APoff最常用辦法是使Auoff為零；例如，主開關 并聯電容就能實現"零電壓斷開"。并聯電容所吸收(或貯存)的電荷，須在電 力電子開關下次斷開之前，預先泄放(或回饋到負載)，為下次實現"零電壓斷開"做好準備。傳統(tǒng)半橋就是用優(yōu)化電路的電感Lr和電容Cr形成LLC軟諧振， 實現某狹窄范圍有條件的軟開關(ZVZCS)。然而由于形成LLC諧振軟開關的邊 界條件有效范圍不夠寬廣，當電源波動、負載變化、溫度變化等擾動時，很容 易受到影響， 一旦軟開關失效，半橋電力電子開關進入硬開關惡性循環(huán)而損壞。 為此，思考發(fā)明一種在各種因素波動時，均能夠主動實現半橋軟開關拓撲，廣 泛應用于各種電力電子產品中，提高電力電子產品可靠性和一致性，有積極意 義。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種主動軟開關半橋方法，它可以實現半橋拓撲適應 各種因素波動時均能保持主動軟開關ZVS，不僅僅依賴優(yōu)化參數LLC諧振開關 才能被動軟開關。
本發(fā)明采用的技術方案為 一種主動軟開關半橋方法，用推挽式的BUCK拓 撲，分別用兩電感Lol和Lo2，串聯在半橋拓撲的主電路之中，用輔助開關VSll、 VS12分別執(zhí)行CUK主動實現零電壓斷開ZVS軟開關；主開關VSl和VS2分別各 串磁集成小電感Lol和Lo2形成零電流導通(ZCS)軟開關，輸出交流電經負載 R0，再串限流電感Lr，到半橋電容Cl和C2的中點P，構成推挽BUCK半橋拓撲， 在直流母線進線端子分別串入電感LD及其續(xù)流電路CD-Dl-D0-D2。
所述負載R0的一端接PCB內部低電位公共0點。
本發(fā)明采用的另一種技術方案是引用CUK拓撲的特征，用電容C串二極 管D，然后用來與電力電子開關并聯，電容C吸收電力電子開關斷路時零電壓 軟開關ZVS的能量，并在電力電子幵關導通時回饋給負載。 本發(fā)明的突出效果在于回收CUK的CZV電容貯能回饋給負載，本發(fā)明主動軟 開關ZCZVS拓撲，比傳統(tǒng)靠優(yōu)化參數才可以實現LLC有條件的被動式軟開關的 可靠性大為提升，電功效率也提升，而EMC干擾電平下降。


圖1是本發(fā)明所述主動軟開關半橋方法拓撲示意圖。
圖2是本發(fā)明所述主動軟開關半橋方法應用于LED燈電源適配器產品的示 意圖。
圖3是本發(fā)明所述主動軟開關半橋方法應用于電子熒光燈的示意圖。 圖4是本發(fā)明所述主動軟開關半橋方法應用于HID燈的示意圖。 圖5是本發(fā)明所述主動軟開關半橋方法應用于三相或多相負載的示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細說明
如圖1所示，主開關VS1和VS2與磁集成Lr、 Lol Lo2對負載R0而言， 是兩個BUCK構成半橋推挽拓撲，C1和C2構成電容半橋，交流負荷RO，串聯交 流限流電感Lr，接在電容半橋中點P，與主開關半橋輸出端O點之間。在主開 關未推挽工作之前，CZV1和CZV2分別貯存一半UH電壓，輔助開關VS11 (與 主開關VS1同步)與輔助開關VS21 (與主開關VS2同步)，分別把CZV1、 CZV2 電容貯能經主開關及Lol Lo2回收能量，與主開關同相位電流匯合，回饋給交 流負載R0，于是把主開關零電壓斷開時CZV1、 CZV2電容貯能無損回收，既實 現主開關ZVZCS軟開關有效提升可靠性，又把主開關CUK主動軟開關ZVS時電 容貯能，回饋給交流負載，有效提升電功效率。另外，由于CZV1、 CZV2的電容 量很小，在主開關VS1和VS2導通(ON)時段，未斷開(OFF)之前，電容就已經放電完畢，所以，兩只主開關，兩只輔助開關，共四只電力電子開關，均全
部是主動式ZVZCS軟開關，這是本發(fā)明的精粹。圖1的拓撲體現低EMC的特征-其一是交流負載R0 —端可以接地，對于HID燈一類電弧負載可以大幅度降低 EMC電平。其二是由于電源母線中串入LD 、 CD、 Dl、 D0禾Q D2，可以回收PCB 雜散電磁場能量，回饋到直流電源母線，于是有效阻尼雜波電平。其三是LD作 用，提升本拓撲抗浪涌能力。由于LD、 Lol 、 Lo2與主開關串聯，降解傳統(tǒng)半 橋LLC有可能直通造成危害的不可靠性。
圖2是本發(fā)明所述主動軟開關半橋方法應用于LED燈電源適配器產品的示 意圖。與傳統(tǒng)半橋LLC拓撲相比較，電路的可靠性大為提升，效率也較高，EMC 電平較低。圖2可以是他激(由推挽信號(Q和5 )驅動)也可以由Lr正反 饋自激驅動。輔助開關由Rb鎖相自適應同步驅動，也可以他激鎖相驅動。
圖3是所述主動軟開關半橋方法應用于電子熒光燈的示意圖。是高可靠性、 高功率因數、高光效、低諧波、全面達標的低成本方案之一。
圖4是所述主動軟開關半橋方法應用于HID燈的示意圖，是高可靠性、高
功率因數、高光效低諧波、全面達標的低成本方案之一。
圖5是所述主動軟開關半橋方法應用于三相(或多相)負載的示意圖，所 有主開關和輔助幵關全部是主動型ZVZCS軟開關。這也是本發(fā)明的特色之一。 可用于電機變頻調速、電力電子變壓器、不隔離型或隔離型大功率LED燈，和 多相不閃爍熒光燈等等電力電子產品。
本發(fā)明可以用于熒光燈、HID燈、LED燈、電力電子變壓器、電機變頻器主 拓撲等，具有寬闊產業(yè)化應用前景。
權利要求
1、一種主動軟開關半橋方法，其特征是，用推挽式的BUCK拓撲，分別用兩電感Lo1和Lo2，串聯在半橋拓撲的主電路之中，用輔助開關VS11、VS12分別執(zhí)行CUK主動實現零電壓斷開ZVS軟開關；主開關VS1和VS2分別各串磁集成小電感Lo1和Lo2形成零電流導通ZCS軟開關，輸出交流電經負載RO，再串限流電感Lr，到半橋電容C1和C2的中點P，構成推挽BUCK半橋拓撲，在直流母線進線端子分別串入電感LD及其續(xù)流電路CD-D1-D0-D2。
2、 根據權利要求1所述的主動軟開關半橋方法，其特征是，所述負載R0的一端接PCB內部低電位公共0點。
3、 根據權利要求1所述的主動軟開關半橋方法，其特征是，引用CUK拓撲的特征，用電容C串二極管D，然后用來與電力電子開關并聯，電容C吸收電力電子開關斷路時零電壓軟開關ZVS的能量，并在電力電子開關導通時回饋給負載。
全文摘要
一種主動軟開關半橋方法，用推挽式的BUCK拓撲，分別用兩電感Lo1和Lo2，串聯在半橋拓撲的主電路之中，用輔助開關VS11、VS12分別執(zhí)行CUK主動實現零電壓斷開ZVS軟開關；主開關VS1和VS2分別各串磁集成小電感Lo1和Lo2形成零電流導通ZCS軟開關，輸出交流電經負載RO，再串限流電感Lr，到半橋電容C1和C2的中點P，構成推挽BUCK半橋拓撲。采用本發(fā)明可以根除傳統(tǒng)半橋電路可能發(fā)生直通的危害，有效提升可靠性和電效率，降低EMC干擾電平，可廣泛應用于LED燈、HID燈、單相或兩相或者三相無閃爍熒光燈；單相或兩相、三相電力電子變壓器、無刷直流電機或兩相、三相電機的變頻器等各種負載。
文檔編號H02M7/44GK101494423SQ20091011387
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權日2009年2月18日
發(fā)明者王希天, 申莉萌 申請人:南寧常萌電子科技有限公司