专利名称：可实现软开关的igbt功率变换电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种功率变换电路，特别涉及一种基于IGBT器件的可实现软开关的功率变换电路，属于电力电子技术领域。
现有的大多数电源产品由于对工作频率要求较高，IGBT器件成为首选。它们所采用的软开关技术大多为边沿谐振软开关技术，利用移相控制方式来实现脉宽调制并达到边沿谐振软开关条件。采用这种技术的典型功率变换电路如
图1所示。
在图1所示电路中，T1为高频变压器，L1为谐振电感，1、2、3、4为IGBT器件，V1、V2为整流用的二极管。1、2与3、4各自串连后并接在一起，T1的原边接在串接的1、2和3、4中间，副边的两端各自接二极管V1和V2。V1和V2的阴极接在一起，与从副边中点处引出的线一起构成输出电压的两端。这种功率变换电路由于在IGBT器件的3E极间存在节电容，该电容会存储电荷，使IGBT器件很难实现零电压开通，因此，为了达到实现软开关技术的条件，需要在高频变压器T1的原边串入谐振电感L1，以便利用L1中存储的能量抽走IGBT器件中3E间结电容中存储的电荷，以创造该器件零电压开通的条件。若不串联L1谐振电感，也需要用增加高频变压器T1漏感的方法来实现软开关谐振所必须的条件。
现有技术存在的不足主要体现在谐振电感的设计上。由于实现软开关谐振的条件与谐振电感量及高频变压器T1原边的电流有关，因此负载的大小对能否实现软开关会产生较大的影响，如果增大谐振电感的电感量，可以减少负载对软开关条件的影响，但同时会增大谐振过渡过程中环流的损耗。另外，谐振电感的引入会在高频变压器副边整流二极管V1、V2上产生很高的反向尖峰，而且尖峰能量很高，会给副边的尖峰抑制吸收带来很大障碍，特别是在电力用高频开关电源模块中，由于输出直流电压较高，达到320伏直流电压，这一点体现得就更为明显。由于采用IGBT作为功率器件，其3E间结电容较大，对谐振能量要求更高，从而使引入较大的谐振电感成为必要，这使对V1、V2尖峰的抑制更加困难，同时也不易实现较宽的软开关工作负载范围。
为解决上述的技术问题，本实用新型采用下述的技术方案一种可实现软开关的IGBT功率变换电路，包括由IGBT器件1、2、3、4组成的整流桥，与串联的1、2和3、4分别并联的两个电容，高频变压器，其特征在于所述1、2的中点和3、4的中点之间只接有所述高频变压器的原边。
本实用新型所述的可实现软开关的IGBT功率变换电路解决了IGBT器件在应用中的拖尾问题及由于C、E间结电容大而难以采用通常的边沿移相谐振方法实现零电压开通的问题。同时，由于回路寄生电感、高频变压器漏感的大大减小，电磁干扰得到极大改善。另外，变压器副边整流用的快速恢复二极管的尖峰也大大降低。不仅如此，本IGBT功率变换电路可以实现软开关技术的工作范围也大大扩大，使电源产品中功率器件的开关条件得到进一步的优化。
图1为现有的典型功率变换电路的电路原理图。
图2为本实用新型所述的可实现软开关的IGBT功率变换电路的电路原理图。
图3为本IGBT功率变换电路实现软开关时的控制触发脉冲的时序图。
本IGBT功率变换电路是通过图3所示的控制触发脉冲的时序来实现零电压、零电流的软开关过程的，其具体的工作机理如下1.滞后桥臂的1、2两个IGBT器件的脉冲宽度始终保持最大宽度不变，即不做调节，而变压器原边的脉冲宽度通过超前臂4、3的调节来完成。
2.在t0时刻，1、4对角线的两个IGBT器件同时开通，建立起由正母线流经1→T1→4的半周工作电流。到t1时刻由于脉宽调制作用，4提前关断，此时正母线将继续通过上述路径给C2充电，而C1也处于同步放电状态。当C2两端电压达到母线电压值后，由于回路寄生电感的续流作用，电流将继续维持原方向给C2充电，由于3、4是选用没有反向并联续流二极管的IGBT器件，因此当C2电压充至高于正母线电压而达到3反向击穿电压，即大约20～30V时，3将发生反向雪崩击穿，此时其特性与稳压二极管近似，此雪崩过程将持续到电流衰减为零，漏感存储的能量大部分通过雪崩方式消耗在3上。在重载条件下，由于占空比较高，t1～t2暂态过渡时间短，上述电流衰减为零后，C2两端电压高于正母线电压20V-30V，此时1开始关断，2、3开通，这便可以保证1在无环流损耗的条件下完成零电流关断。而3开通时，高频变压器原边电流先由端电压高于正母线电压的C2提供，这样也就完成了3的零电流零电压开通过程。若在较轻负载条件下，由于t1～t2暂态过渡时间较长，当电流衰减为零后，C2将通过高频变压器T1原边→1的3极→正母线回馈能量，直到20V～30V的压差消除。在该情况下虽然3只始终保持了零电压开通的条件，但丧失了零电流开通的条件，由于1没有反向并联续流二极管的存在，C2回馈正母线的电流将反向流入1E极，从而通过复合管内留的少数载流子，达到彻底消除IGBT的拖尾损耗，为t2时刻2的开通创造更为有利的条件。另半周的工作模式与上述情况完全相同，在此不再赘述。
通过上述的软开关变换方式，可以实现超前臂3、4的零电压及有条件的零电流开通过程，又由于电容C1、C2的电压嵌位作用，可以保证超前臂3、4的零电压关断。而对于滞后臂1、2来说，由于超前臂的IGBT反向雪崩特性消除了开关过程的环流损耗，实现了零电流条件下的关断，同时有条件地实现了滞后臂IGBT拖尾损耗的消除。
本IGBT功率变换电路可以应用在开关电源产品中，经实验测得采用该电路的电源产品其满载工作效率可以达到93.5％，软开关工作范围达到1/4负载以上。另外由于高频变压器原边无需串联谐振电感，高频变压器的漏感可以绕制得很小，这样高频变压器次极的高频整流二极管的反向尖峰很小，可以不用采取加RC等吸收抑制措施，简化了电路结构。
需要声明的是，本实用新型的特定实施例已经对本实用新型的发明内容做了详尽的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，特别是对若干部件的等同替换，都构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
权利要求1.一种可实现软开关的IGBT功率变换电路，包括由IGBT器件(1)、(2)、(3)、(4)组成的整流桥，与串联的(1)、(2)和(3)、(4)分别并联的两个电容，高频变压器，其特征在于所述(1)、(2)的中点和(3)、(4)的中点之间只接有所述高频变压器的原边。
2.如权利要求1所述的可实现软开关的IGBT功率变换电路，其特征在于所述高频变压器副边的两端各接一个二极管，所述两个二极管的阴极接在一起。
3.如权利要求1或2所述的可实现软开关的IGBT功率变换电路，其特征在于所述接在一起的两个二极管的阴极接一个电感，所述电感与所述高频变压器副边中点之间接有一个电容。
4.如权利要求2或3所述的可实现软开关的IGBT功率变换电路，其特征在于所述二极管为快速恢复二极管。
5.如权利要求1所述的可实现软开关的IGBT功率变换电路，其特征在于所述高频变压器为漏感不大于5uH的变压器。
专利摘要本实用新型公开了一种可实现软开关的IGBT功率变换电路，包括由IGBT器件(1)、(2)、(3)、(4)组成的整流桥，与串联的(1)、(2)和(3)、(4)分别并联的两个电容，高频变压器，其中(1)、(2)的中点和(3)、(4)的中点之间只接有所述高频变压器的原边。本IGBT功率变换电路解决了IGBT器件在应用中的拖尾问题及由于CE间结电容大而难以采用通常的边沿移相谐振方法实现零电压开通的问题，而且变压器副边整流用的快速恢复二极管的尖峰也大大降低。另外，本IGBT功率变换电路可以实现软开关技术的工作范围也大大扩大，使电源产品中功率器件的开关条件得到进一步的优化。
文档编号H02M1/00GK2596655SQ0320045
公开日2003年12月31日 申请日期2003年1月8日 优先权日2003年1月8日
发明者邓旻, 刘福强 申请人:北京日佳电源有限公司