专利名称：一种主动软开关半桥方法
技术领域：
本发明涉及开关电源的半桥拓扑，特别是一种主动软开关半桥方法。
背景技术：
传统半桥拓扑，大量应用在电力电子开关电源产品，例如，应用于电子荧光 灯镇流器、节能灯和电子变压器等产品之中。
传统半桥上下开关管切换时，由于电力电子开关元件本身有响应时间延迟， 以及产品内部存在各种谐波和寄生参数杂散电磁场影响，存在发生半桥直通危 害，往往在一瞬间烧坏了半桥电力开关管。
当半桥每一个电力电子开关元件从(OFF)转换到导通(ON)的瞬间，导通电流 的前峰AiON与开关电压的拖尾AuoN同时存在，形成接通开关损耗APoN;为 了降低APoN最常用办法是设法使AiON为零，例如，主开关串联电感就能实现 "零电流导通"条件。
当半桥每一个电力电子开关元件，从导通(ON)转换到断开(OFF)的瞬间At 切断电流的拖尾AiOff，与开关电压的前峰AuOff 同时存在，形成的切断开 关损耗AP0ff，为了降低APoff最常用办法是使Auoff为零；例如，主开关 并联电容就能实现"零电压断开"。并联电容所吸收(或贮存)的电荷，须在电 力电子开关下次断开之前，预先泄放(或回馈到负载)，为下次实现"零电压断开"做好准备。传统半桥就是用优化电路的电感Lr和电容Cr形成LLC软谐振， 实现某狭窄范围有条件的软开关(ZVZCS)。然而由于形成LLC谐振软开关的边 界条件有效范围不够宽广，当电源波动、负载变化、温度变化等扰动时，很容 易受到影响， 一旦软开关失效，半桥电力电子开关进入硬开关恶性循环而损坏。 为此，思考发明一种在各种因素波动时，均能够主动实现半桥软开关拓扑，广 泛应用于各种电力电子产品中，提高电力电子产品可靠性和一致性，有积极意 义。
发明内容
本发明目的在于提供一种主动软开关半桥方法，它可以实现半桥拓扑适应 各种因素波动时均能保持主动软开关ZVS，不仅仅依赖优化参数LLC谐振开关 才能被动软开关。
本发明采用的技术方案为 一种主动软开关半桥方法，用推挽式的BUCK拓 扑，分别用两电感Lol和Lo2，串联在半桥拓扑的主电路之中，用辅助开关VSll、 VS12分别执行CUK主动实现零电压断开ZVS软开关；主开关VSl和VS2分别各 串磁集成小电感Lol和Lo2形成零电流导通(ZCS)软开关，输出交流电经负载 R0，再串限流电感Lr，到半桥电容Cl和C2的中点P，构成推挽BUCK半桥拓扑， 在直流母线进线端子分别串入电感LD及其续流电路CD-Dl-D0-D2。
所述负载R0的一端接PCB内部低电位公共0点。
本发明采用的另一种技术方案是引用CUK拓扑的特征，用电容C串二极 管D，然后用来与电力电子开关并联，电容C吸收电力电子开关断路时零电压 软开关ZVS的能量，并在电力电子幵关导通时回馈给负载。 本发明的突出效果在于回收CUK的CZV电容贮能回馈给负载，本发明主动软 开关ZCZVS拓扑，比传统靠优化参数才可以实现LLC有条件的被动式软开关的 可靠性大为提升，电功效率也提升，而EMC干扰电平下降。
图1是本发明所述主动软开关半桥方法拓扑示意图。
图2是本发明所述主动软开关半桥方法应用于LED灯电源适配器产品的示 意图。
图3是本发明所述主动软开关半桥方法应用于电子荧光灯的示意图。 图4是本发明所述主动软开关半桥方法应用于HID灯的示意图。 图5是本发明所述主动软开关半桥方法应用于三相或多相负载的示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明
如图1所示，主开关VS1和VS2与磁集成Lr、 Lol Lo2对负载R0而言， 是两个BUCK构成半桥推挽拓扑，C1和C2构成电容半桥，交流负荷RO，串联交 流限流电感Lr，接在电容半桥中点P，与主开关半桥输出端O点之间。在主开 关未推挽工作之前，CZV1和CZV2分别贮存一半UH电压，辅助开关VS11 (与 主开关VS1同步)与辅助开关VS21 (与主开关VS2同步)，分别把CZV1、 CZV2 电容贮能经主开关及Lol Lo2回收能量，与主开关同相位电流汇合，回馈给交 流负载R0，于是把主开关零电压断开时CZV1、 CZV2电容贮能无损回收，既实 现主开关ZVZCS软开关有效提升可靠性，又把主开关CUK主动软开关ZVS时电 容贮能，回馈给交流负载，有效提升电功效率。另外，由于CZV1、 CZV2的电容 量很小，在主开关VS1和VS2导通(ON)时段，未断开(OFF)之前，电容就已经放电完毕，所以，两只主开关，两只辅助开关，共四只电力电子开关，均全
部是主动式ZVZCS软开关，这是本发明的精粹。图1的拓扑体现低EMC的特征-其一是交流负载R0 —端可以接地，对于HID灯一类电弧负载可以大幅度降低 EMC电平。其二是由于电源母线中串入LD 、 CD、 Dl、 D0禾Q D2，可以回收PCB 杂散电磁场能量，回馈到直流电源母线，于是有效阻尼杂波电平。其三是LD作 用，提升本拓扑抗浪涌能力。由于LD、 Lol 、 Lo2与主开关串联，降解传统半 桥LLC有可能直通造成危害的不可靠性。
图2是本发明所述主动软开关半桥方法应用于LED灯电源适配器产品的示 意图。与传统半桥LLC拓扑相比较，电路的可靠性大为提升，效率也较高，EMC 电平较低。图2可以是他激(由推挽信号(Q和5 )驱动)也可以由Lr正反 馈自激驱动。辅助开关由Rb锁相自适应同步驱动，也可以他激锁相驱动。
图3是所述主动软开关半桥方法应用于电子荧光灯的示意图。是高可靠性、 高功率因数、高光效、低谐波、全面达标的低成本方案之一。
图4是所述主动软开关半桥方法应用于HID灯的示意图，是高可靠性、高
功率因数、高光效低谐波、全面达标的低成本方案之一。
图5是所述主动软开关半桥方法应用于三相(或多相)负载的示意图，所 有主开关和辅助幵关全部是主动型ZVZCS软开关。这也是本发明的特色之一。 可用于电机变频调速、电力电子变压器、不隔离型或隔离型大功率LED灯，和 多相不闪烁荧光灯等等电力电子产品。
本发明可以用于荧光灯、HID灯、LED灯、电力电子变压器、电机变频器主 拓扑等，具有宽阔产业化应用前景。
权利要求
1、一种主动软开关半桥方法，其特征是，用推挽式的BUCK拓扑，分别用两电感Lo1和Lo2，串联在半桥拓扑的主电路之中，用辅助开关VS11、VS12分别执行CUK主动实现零电压断开ZVS软开关；主开关VS1和VS2分别各串磁集成小电感Lo1和Lo2形成零电流导通ZCS软开关，输出交流电经负载RO，再串限流电感Lr，到半桥电容C1和C2的中点P，构成推挽BUCK半桥拓扑，在直流母线进线端子分别串入电感LD及其续流电路CD-D1-D0-D2。
2、 根据权利要求1所述的主动软开关半桥方法，其特征是，所述负载R0的一端接PCB内部低电位公共0点。
3、 根据权利要求1所述的主动软开关半桥方法，其特征是，引用CUK拓扑的特征，用电容C串二极管D，然后用来与电力电子开关并联，电容C吸收电力电子开关断路时零电压软开关ZVS的能量，并在电力电子开关导通时回馈给负载。
全文摘要
一种主动软开关半桥方法，用推挽式的BUCK拓扑，分别用两电感Lo1和Lo2，串联在半桥拓扑的主电路之中，用辅助开关VS11、VS12分别执行CUK主动实现零电压断开ZVS软开关；主开关VS1和VS2分别各串磁集成小电感Lo1和Lo2形成零电流导通ZCS软开关，输出交流电经负载RO，再串限流电感Lr，到半桥电容C1和C2的中点P，构成推挽BUCK半桥拓扑。采用本发明可以根除传统半桥电路可能发生直通的危害，有效提升可靠性和电效率，降低EMC干扰电平，可广泛应用于LED灯、HID灯、单相或两相或者三相无闪烁荧光灯；单相或两相、三相电力电子变压器、无刷直流电机或两相、三相电机的变频器等各种负载。
文档编号H02M7/44GK101494423SQ20091011387
公开日2009年7月29日 申请日期2009年2月18日 优先权日2009年2月18日
发明者王希天, 申莉萌 申请人:南宁常萌电子科技有限公司