专利名称：一种具有改进结构的全桥移相零压零流装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及开关电源领域，带辅助谐振网络的尤其涉及大功率开关电源主电路装置。零压零流(ZVZCS)拓扑电路。
目前大功率开关电源的应用越来越广泛，而其中一个核心的部分就是主电路中的功率变换单元，功率变换单元性能的好坏直接影响着整个电源的稳定性和效率，目前，在大功率开关电源主电路中功率变换单元大都采用移相全桥零压拓扑电路，存在着占空比丢失严重、轻载时滞后臂难以实现软开关问题。为此有人提出一种零压零流拓扑电路，即在两个滞后臂上分别串联一个二极管，实现超前臂零压开关、滞后臂零流开关，以解决占空比丢失问题，拓宽滞后臂的软开关负载范围。但实际应用中，为提高满载效率，超前臂并的电容一般都很大，从而产生另外的两个问题，一是超前臂轻载不能实现软开关，开关过程中承受的电压电流应力大，软开关范围窄；二是开关管的稳定性和可靠性低，由于滞后臂串联二极管的存在，超前臂的开通会造成其斜对角滞后臂两端产生很高的电压尖峰，影响滞后臂开关管可靠性，特别是在输入电压很高，超前臂电容很大，输出空载时，电压尖峰可能会超过开关管正向耐压，损坏滞后臂开关管，从而使整个开关电源无法正常工作。
本实用新型的目的是解决上述问题，在现有的全桥移相零压零流拓扑结构基础上构造一个辅助谐振网络，以拓宽超前臂的的软开关范围，并提高轻载效率和开关管的可靠性。
为了实现上述目的，本实用新型构造了一种带辅助谐振网络的零压零装置，其特征是在现有的全桥移相零压零流电路拓扑的基础上，加上了一个辅助谐振网络，一种结构为第一个电容C3、第二个电容C4、电感L1、第一个二极管VD3和第二个二极管VD4组成谐振网络，第一个二极管VD3、第二个二极管VD4分别和第一个电容C3、第二个电容C4并联，第一个电容C3和第二个电容C4串联，电感L1一端与其串联点相连，电感L1另一端与全桥移相电路的超前臂中点相连，第一个电容C3另一端与输入正端相连，第二个电容C4另一端与输入负端相连。
另外一种结构为，第一个电容C3、第二个电容C4、电感L1组成谐振网络，第一个电容C3和第二个电容C4串联，L1一端与其串联点相连，L1另一端与全桥移相电路的超前臂中点相连，第一个电容C3另一端与输入正端相连，第二个电容C4另一端与输入负端相连。
第三种结构为，电容C3、电感L1组成谐振网络，电容C3和电感L1串联，电感L1一端与电容C3相连，电感L1另一端与全桥移相电路的超前臂中点相连，电容C3另一端与输入负端相连。
采用本方案后，由于辅助网络的加入，与单一采用滞后串联二极管的零压零流电路相比，有效地拓宽了超前臂的软开关范围，提高了超前臂和滞后臂开关管的可靠性，从而使得整个开关电源的工作得到充分的保证。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明；
图1是常用的全桥移相电路示意图。
图2是现有的全桥移相零压零流电路示意图。
图3是本实用新型的一个带有辅助谐振网络的全桥移相零压零流电路示意图。
图4到图7是图3所示电路的工作示意图。
图8是本实用新型的另一个带有辅助谐振网络的全桥移相零压零流电路示意图。
图9是本实用新型的第三个带有辅助谐振网络的全桥移相零压零流电路示意图。
图1是作为现有技术的全桥移相电路示意图，从该图可以看出，这种电路的四个开关管工作在硬开关状态，具有开关损耗大，可靠性差，效率低的缺点。
图2是现有的滞后臂串联二极管的全桥移相零压零流电路示意图，两个滞后臂上分别串联了一个二极管，实现超前臂零压开关、滞后臂零流开关。解决了占空比丢失问题，拓宽了滞后臂的软开关负载范围，提高了满载时的效率。但实际应用中，为提高满载效率，超前臂并的电容一般都很大，这样这种拓扑仍存在两个问题，一是高效率的软开关工作范围不够宽，超前臂轻载时不能实现软开关，开关过程中承受的电压电流应力大；二是可靠性低，超前臂不能实现软开关时，由于滞后臂串联二极管的存在，超前臂的开通会造成其斜对角滞后臂两端产生很高的电压尖峰，影响滞后臂开关管可靠性，特别是输入电压很高，超前臂电容很大，输出空载时，电压尖峰可能会超过开关管正向耐压，损坏滞后臂开关管。
图3为本实用新型的一种电路示意图C3、C4、L1、VD3、VD4组成谐振网络，二极管VD3、VD4分别和C3、C4并联，C3和C4串联，L1一端与其串联点相连，L1另一端与全桥移相电路的超前臂中点相连，C3另一端与输入正端相连，C4另一端与输入负端相连；全桥相移电路为在滞后臂各串联一个二极管的全桥电路。
当超前臂在开关时，漏感电流和辅助谐振网络的电感电流同时给超前臂的并联电容充放电，从而在较宽的负载范围内实现超前臂的零压软开关。由于辅助谐振网络与主功率回路是并联的，因此谐振电感和谐振电容中的电流与负载大小无关，并且电流较小。这样就拓宽了超前臂的软开关工作范围，提高了超前臂和滞后臂开关管的可靠性和稳定性。输入直流640V时，采用耐压1200VIGBT作为滞后臂开关管，长时间空载工作无损坏。
图3所示电路的工作过程如下由于超前臂上下管电路结构对称，工作状态相似，所以以下解释以超前臂下管的零压软开关为例。各开关管状态、AB点之间的电压、电流波形以及谐振电感L1的电流波形见图4到图7。1、状态0[t0时刻]在t0时刻，VT1和VT4已经导通。电流如图4所示，此时谐振电感L1对C4充电，当C4充电到达Vin+时，通过二极管VD3持续L1中的电流。2、状态1[t0，t1]，见图4。
在t0时刻关断VT1，原边电流从VT1中转移到C1、C2和谐振回路中，由C2放电，提供原边电流和L1中的电流，由于谐振网络的参与，使得在小负载时，即使原边电流很小，也能通过L1把C2中的电流抽光，使C2的电压降到0，保证了下一个状态VT2的导通为零电压开通。从而拓宽了超前臂的软开关工作范围，提高了超前臂和滞后臂开关管的可靠性和稳定性。
当C2的电压线性下降到0后，VT2的反并二极管自然导通。3、状态2 [t1，t2]，见图5。
VT2的反并二极管导通后，开通VT2，VT2为零电压开通。同时，谐振网络的C4通过L1和VT2放电，C3充电，L1中的电流反转，准备为下一次VT1的开通抽光C1的能量。
在这段时间内，原边电流线性减小，并下降到0。4、状态3[t2，t3]，见图6。
在此段时间内，变压器原边电流为0，副边整流管导通，分担负载电流。5、状态4[t3，t4]，见图7。
在t3时刻，关断VT4，此时因为原边电流为0，所以VT4是零电流关断。在很小的一段延时后，开通VT3，因为漏感的存在，原边电流不能突变，VT3是零电流开通。原边电流开始反方向线性增加到负载电流。
图8是本实用新型的另一个带有辅助谐振网络的全桥移相零压零流电路示意图。其结构为C3、C4、L1组成谐振网络，C3和C4串联，L1一端与其串联点相连，L1另一端与全桥移相电路的超前臂中点相连，C3另一端与输入正端相连，C4另一端与输入负端相连；全桥相移电路为在滞后臂各串联一个二极管的全桥电路。其工作过程为在VT1和VT4已经导通时。电流从VT1流经L1、C4，此时谐振电感L1对C4充电，C3放电，L1和C3、C4通过VT1和VT2构成谐振回路。在关断VT1时，原边电流从VT1中转移到C1、C2和谐振回路中，由C2放电，提供原边电流和L1中的电流，由于谐振网络的参与，使得在小负载时，即使原边电流很小，也能通过L1把C2中的电流抽光，使C2的电压降到0，保证了下一个状态VT2的导通为零电压开通。从而拓宽T超前臂的软开关工作范围，提高了超前臂和滞后臂开关管的可靠性和稳定性。
图9是本实用新型的第三个带有辅助谐振网络的全桥移相零压零流电路示意图。其结构为C3、L1组成谐振网络，C3和L1串联，L1一端与C3相连，L1另一端与全桥移相电路的超前臂中点相连，C3另一端与输入负端相连；全桥相移电路为在滞后臂各串联一个二极管的全桥电路。其工作过程为在VT1和VT4已经导通时。电流从VT1流经L1、C3，此时谐振电感L1对C3充电，L1和C3通过VT1和VT2构成谐振回路。在关断VT1时，原边电流从VT1中转移到C1、C2和谐振回路中，由C2放电，提供原边电流和L1中的电流，由于谐振网络的参与，使得在小负载时，即使原边电流很小，也能通过L1把C2中的电流抽光，使C2的电压降到0，保证了下一个状态VT2的导通为零电压开通。从而拓宽了超前臂的软开关工作范围，提高了超前臂和滞后臂开关管的可靠性和稳定性。
本实用新型所公开的带辅助谐振网络的零压零流拓扑可广泛用于各类大功率开关电源系统中，特别是高输入电压而开关管最高耐压受到限制的场合。
权利要求1.一种具有改进结构的全桥移相零压零流装置，包括一个全桥移相零压零流电路，其特征在于还包括一个辅助谐振网络，第一个电容C3、第二个电容C4、电感L1、第一个二极管VD3和第二个二极管VD4组成谐振网络，第一个二极管VD3、第二个二极管VD4分别和第一个电容C3、第二个电容C4并联，第一个电容C3和第二个电容C4串联，电感L1一端与其串联点相连，电感L1另一端与全桥移相电路的超前臂中点相连，第一个电容C3另一端与输入正端相连，第二个电容C4另一端与输入负端相连。
2.一种具有改进结构的全桥移相零压零流装置，包括一个全桥移相零压零流电路，其特征在于还包括一个辅助谐振网络，第一个电容C3、第二个电容C4、电感L1组成谐振网络，第一个电容C3和第二个电容C4串联，L1一端与其串联点相连，L1另一端与全桥移相电路的超前臂中点相连，第一个电容C3另一端与输入正端相连，第二个电容C4另一端与输入负端相连。
3.一种具有改进结构的全桥移相零压零流装置，包括一个全桥移相零压零流电路，其特征在于还包括一个辅助谐振网络，电容C3、电感L1组成谐振网络，电容C3和电感L1串联，电感L1一端与电容C3相连，电感L1另一端与全桥移相电路的超前臂中点相连，电容C3另一端与输入负端相连。
专利摘要一种具有改进结构的全桥移相零压零流装置,在现有的全桥移相零压零流电路基础上,构造一个辅助谐振网络:C3、C4、L1、VD3、VD4组成谐振网络,VD3、VD4分别和C3、C4并联,C3和C4串联,L1一端与其串联点相连,L1另一端与全桥移相电路的超前臂中点相连,C3另一端与输入正端相连,C4另一端与输入负端相连。从而解决了现有全桥移相零压零流电路中超前臂的软开关范围过窄,轻载效率和开关管的可靠性低的问题。
文档编号H02M7/5387GK2476898SQ0024975
公开日2002年2月13日 申请日期2000年10月18日 优先权日2000年10月18日
发明者崔万恒, 甘旭, 高晓光, 孙威威 申请人:深圳市中兴通讯股份有限公司