專利名稱：有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器，屬于恒頻、隔離的全橋直流變換器，可以有效抑制副邊整流二極管的電壓尖峰與振蕩，同時可以在寬的輸入電壓和負(fù)載電流的范圍內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)。
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)和采用恒定頻率控制而得到了廣泛的應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器在變壓器副邊具有嚴(yán)重的電壓尖峰和振蕩。這個電壓尖峰和振蕩是由整流二極管的結(jié)電容和變壓器的漏感以 及外部電感諧振引起的，增大了整流管的電壓應(yīng)力及輸出電壓噪聲。另外，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，滯后臂容易失去軟開關(guān)。副邊采用RCD吸收電路，其抑制電壓尖峰和振蕩的效果較好，但功率耗散問題嚴(yán)重，降低了變換器的整機效率。副邊采用有源或無源箝位的方式，箝位效果明顯，并很好的解決了功率耗散問題，但均需要較大的箝位電容，易引起一次側(cè)的電流尖峰。采用飽和電感的方法可以明顯增加滯后臂的軟開關(guān)范圍，占空比丟失小，且原邊換流結(jié)束后主功率傳輸路徑的電感值小可有效地抑制副邊的電壓尖峰和振蕩，但是飽和電感體積較大，不利于變換器的集成。Redl等人采用原邊加入箝位二極管的箝位方式，拓寬了軟開關(guān)范圍，并大大抑制了整流二極管的電壓尖峰和振蕩，但諧振電感的加入導(dǎo)致的占空比丟失仍然存在，并不能消除變壓器漏感引起的電壓振蕩，且箝位二極管的工作條件往往較差，降低了變換器工作可靠性及其效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器，可以抑制整流二極管的電壓尖峰和振蕩，同時使變換器在寬負(fù)載條件下實現(xiàn)零電壓開關(guān)，拓寬了變換器的工作范圍，提高了變換效率。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本發(fā)明的一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器，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路的輸入端，其特征在于還包括由輔助電感、輔助電容構(gòu)成的LC輔助網(wǎng)絡(luò)和換流電容，其中輔助電感的輸入端接第二逆變橋臂的輸出端，輔助電容的輸入端接輔助電感的輸出端，輔助電容的輸出端接第二逆變橋臂的負(fù)輸入端，換流電容的輸入端接第一逆變橋臂的輸出端，換流電容的輸出端接隔離變壓器原邊繞組的一端，隔離變壓器原邊繞組的另一端接第二逆變橋臂的輸出端。本發(fā)明披露了一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器，大大減小了輸出整流二極管電壓尖峰，并可以在寬負(fù)載范圍實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)。與原有技術(shù)相比其主要技術(shù)特點是，利用換流電容的電壓，實現(xiàn)原邊超前換流，同時采用LC輔助網(wǎng)絡(luò)幫助滯后橋臂開關(guān)管在全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)軟開關(guān)，輸出整流管上的電壓尖峰和振蕩大大減小，輸出整流管的電壓應(yīng)力也隨之減小，同時消除了副邊占空比丟失，提高變換器的效率。由于滯后橋臂主要依靠LC輔助網(wǎng)絡(luò)的能量實現(xiàn)零電壓開關(guān)，漏感取值可以很小，明顯減小了漏感對變換器的不利影響。


附圖I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)明的一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是本發(fā)明的一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器主要工作波形示意圖。附圖4 附圖9是本發(fā)明的一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器的各開關(guān)模態(tài)示意圖。附圖10是本發(fā)明的一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器部分簡化工作波形圖。上述附圖中的主要符號名稱Vin、電源電壓。Q1N Q4、功率開關(guān)管。& (；、寄生電容。D1-D4、體二極管。La、輔助電感。Ca、輔助電容。C。、換流電容。I；、隔離變壓器。DK1、Dk2、輸出整流二極管。CDK1、Cdk2、輸出整流二極管結(jié)電容。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(jìn)行詳細(xì)說明附圖I所示的是傳統(tǒng)的零電壓開關(guān)全橋變換器結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2所示的是一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器電路結(jié)構(gòu)示意圖。由直流電源Vin、兩個逆變橋臂I和2、隔離變壓器3、輔助電感4、輔助電容5、換流電容6及整流濾波電路7組成。Q1 Q4是四只功率開關(guān)管，D1 D4分別是開關(guān)管Q1 Q4的體二極管，C1 C4分別是開關(guān)管Q1 Q4的寄生電容，La是輔助電感，Ca是輔助電容，C。是換流電容，Tr是隔離變壓器，其原副邊匝比為n，Dei, De2是輸出整流二極管，Lf是輸出濾波電感，Cf是輸出濾波電容，Rw為負(fù)載。本變換器米用移相控制，開關(guān)管Q1和Q3分別超前于開關(guān)管Q4和Q2 —個相位，稱開關(guān)管Q1和Q3組成的第一逆變橋臂為超前橋臂，開關(guān)管Q2和Q4組成的第二逆變橋臂則為滯后橋臂。下面以附圖2為主電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合附圖3 附圖9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12種開關(guān)模態(tài)，分別是[tftj、[trt2], [t2-t3]、、[七4 tg]、[ 5 tg]、[ β 七7]、[ 7 tg]、[ § tg]、[ 9 ο]、[tio]、[^11 2]，中，為前半周期，[t6_t12]為后半周期。下面對各開關(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所有開關(guān)管為理想器件，考慮其體二極管以及寄生電容，C1 = C3 = C2 = C4 = Coss ;②整流二極管視為理想器件，考慮其結(jié)電容，以模擬其反向恢復(fù)；③所有電感、電容均為理想元件；④輔助電容、濾波電容足夠大，都可以等效為電壓源；I.開關(guān)模態(tài)I [tftj [對應(yīng)于附圖4]Q1和Q4導(dǎo)通，Q2和Q3截止，原邊電流近似不變，vAB = Vin,整流二極管Dk2流過全部負(fù)載電流，Dki截止，原邊給負(fù)載供電。同時，原邊電流、給(；充電，C。電壓線性上升。由于vCa電壓穩(wěn)定在Vin/2，B點電壓為零，加在輔助電感上的電壓為Vin/2，輔助電流ia線性上升。2.開關(guān)模態(tài)2 [t「t2][對應(yīng)于附圖5]h時刻關(guān)斷Q1,電流ip從Q1中轉(zhuǎn)移到C1和C3支路中，在這個時段里，儲存在Llk和Lf中的能量給C1充電，同時給C3放電，由于Lf很大，ip近似不變，可以看作恒流源，因此C3電壓線性下降，vAB下降，變壓器副邊電壓也相應(yīng)下降，整流二極管結(jié)電容Cdki開始放電。從而有
權(quán)利要求
1.一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器，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(3)以及整流濾波電路(7);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(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(I)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(7)的輸入端，其特征在于 還包括由輔助電感(4)、輔助電容(5)構(gòu)成的LC輔助網(wǎng)絡(luò)和換流電容(6)。其中輔助電感(4)的輸入端接第二逆變橋臂(2)的輸出端，輔助電容(5)的輸入端接輔助電感(4)的輸出端，輔助電容(5)的輸出端接第二逆變橋臂(2)的負(fù)輸入端，換流電容￠)的輸入端接第一逆變橋臂(I)的輸出端，換流電容(6)的輸出端接隔離變壓器(3)原邊繞組的一端，隔離變壓器(3)原邊繞組的另一端接第二逆變橋臂(2)的輸出端。
2.如權(quán)利要求I所述的一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器，其特征在于，所述的整流濾波電路(7)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。
3.換流電容(6)也可以串聯(lián)在隔離變壓器(3)副邊繞組的輸出端和整流濾波電路(7)的輸入端之間，整流濾波電路(7)可以采用權(quán)利要求2中所涉及的全橋整流電路或倍流整流電路。
4.如權(quán)利要求3所述的換流電容，其特征在于，原邊電流在換流電容的作用下需在零狀態(tài)期間實現(xiàn)原邊完全換流。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種有效抑制副邊電壓尖峰的寬負(fù)載范圍零電壓開關(guān)全橋變換器，包括直流電源、第一逆變橋臂和第二逆變橋臂、輔助電容、輔助電感、換流電容、隔離變壓器及整流濾波電路。本發(fā)明采用移相控制方式，通過加入換流電容以及LC輔助網(wǎng)絡(luò)，輸出整流二極管電壓尖峰和振蕩得到很好的抑制，可以在寬負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)，同時消除了副邊占空比的丟失。
文檔編號H02M3/335GK102931844SQ20111022647
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者陳仲, 劉沙沙, 史良辰, 季鋒 申請人:南京航空航天大學(xué)