专利名称：软性切换的移相式全桥电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种软性切换的移相式全桥电路，特别是涉及一种使超前桥臂、滞后桥臂均易于实现零电压切换，且有效解决输出整流二极管反向恢复问题的软性切换的移相式全桥电路。
背景技术：
请参阅图19所示，是一种既有的移相式全桥电路，其包括有一变压器70；一超前桥臂71，是由两电晶体M1、M2组成，该两电晶体M1、M2的连接节点是与变压器70一次侧的一端连接；一滞后桥臂72，是由两电晶体M3、M4组成，该两电晶体M3、M4的连接节点是与变压器70一次侧的另端连接；一谐振电感Ls，是串接于超前桥臂71中两电晶体M1、M2的连接节点与变压器70一次侧之间；一输出电路73，是设于变压器70的二次侧上，主要由整流二极管D5、D6、输出电感L5及输出电容C0等组成。
前述超前桥臂71中的两电晶体M1、M2与滞后桥臂72的两电晶体M3、M4均是以180度构成互补导通，而超前桥臂71与滞后桥臂72的导通是相差一个相位，故称为移相式。而超前桥臂71两电晶体M1、M2的驱动信号是分别领先于滞后桥臂72的两电晶体M3、M4。
与传统的全桥电路相较，前述的全桥电路在变压器70一次侧与超前桥臂71两电晶体M1、M2连接节点间串接有一谐振电感Ls。如是的设计可以使滞后桥臂72两电晶体M3、M4在宽负载范围实现零电压切换，然而衍生的问题是因加入的谐振电感Ls损耗大，且使电路的有效占空比损失严重，另变压器70二次侧整流二极管的反向恢复问题亦未获得解决。
请参阅图20所示，是又一种已知的移相式全桥电路，其基本架构与图19大致相同，不同处在于谐振电感Ls是串接于变压器70二次侧与整流二极管D5之间。此种变型设计存在问题与第十九图相同，都是加入电感后损耗大，且未解决整流二极管的反向恢复问题。
请参阅图21所示，是再一种已知的移相式全桥电路，其基本架构与图19大致相同，不同处在于变压器70一次侧上增加了两箝位二极管D7、D8。此种设计虽可有效地降低变压器70二次侧上整流二极管因反向恢复而产生的电压尖峰，但该线路依然存在所加电感损耗大、占空比损失严重等问题，且变压器70二次侧整流二极管的反向恢复亦未完全改善。
由上述可知，既有移相式全桥电路普遍存在加入谐振电感后线路损耗变大且整流二极管反向恢复问题未获完全改善等问题，除此以外，所述全桥电路的滞后桥臂72电晶体M3、M4实现零电压切换较为不易，原因在于电晶体截止后，变压器70二次侧被短路，反射至一次侧的负载电流并未参与对电晶体M3、M4上寄生电容C3、C4的充放电，仅仅依靠变压器70泄漏电感中储存的能量，两电晶体M3、M4即很难实现零电压切换。
上述现有的移相式全桥电路在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决移相式全桥电路存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的移相式全桥电路存在的缺陷，本设计人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的软性切换的移相式全桥电路，能够改进一般现有的移相式全桥电路，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服上述现有的移相式全桥电路存在的不便与缺陷，而提供一种新型结构的软性切换的移相式全桥电路，所要解决的技术问题是使其可有效降低线路损耗、易于实现零电压切换，且有效解决输出整流二极管反向恢复问题，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种软性切换的移相式全桥电路，其包括一变压器；一超前桥臂，由两电晶体组成，该两电晶体的连接节点是与变压器一次侧的一端连接；一滞后桥臂，由两电晶体组成，该两电晶体的连接节点是与变压器一次侧的另端连接；一阻断电容，串接于超前桥臂中两电晶体的连接节点与变压器一次侧之间；一辅助桥臂，由至少一电容与相连接的一电感组成，该电容一端与电源连接，另端通过电感与变压器一次侧连接；以及一输出电路，设于变压器的二次侧上。
本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的软性切换的移相式全桥电路，其中所述的辅助桥臂是由两电容及一电感组成，两电容是相互连接且跨接于电源端上，其二者的连接节点通过电感与变压器一次侧连接。
前述的软性切换的移相式全桥电路，其中所述的辅助桥臂是由一电容与电感组成，电容一端与电源端连接，另端通过电感与变压器一次侧连接。
前述的软性切换的移相式全桥电路，其中所述的辅助桥臂进一步设有一另一电感，其连接于两电容连接节点及阻断电容之间。
前述的软性切换的移相式全桥电路，其中所述的输出电路是由两整流二极管、一输出电感、一输出电容等组成的全波整流电路。
前述的软性切换的移相式全桥电路，其中所述的输出电感是串接于变压器二次侧与输出端正端之间。
前述的软性切换的移相式全桥电路，其中所述的输出电感是串接于变压器二次侧与输出端负端之间。
前述的软性切换的移相式全桥电路，其中所述的输出电路是由一桥式整流器、一输出电感、一输出电容等组成。
前述的软性切换的移相式全桥电路，其中所述的变压器一次侧与阻断电容之间串接有一谐振电感。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明所运用的技术手段在于提供一种软性切换的移相式全桥电路，包括有一变压器；一超前桥臂，是由两电晶体组成，该两电晶体的连接节点是与变压器一次侧的一端连接；一滞后桥臂，是由两电晶体组成，该两电晶体的连接节点是与变压器一次侧的另端连接；一阻断电容，是串接于超前桥臂中两电晶体的连接节点与变压器一次侧之间；一谐振电感，是串接于变压器一次侧与阻断电容之间，一辅助桥臂，是由至少一电容与相连接的一电感组成，该电容一端与电源连接，另端通过电感与变压器一次侧连接；一输出电路，是设于变压器的二次侧上，由至少两整流二极管、一输出电感、一输出电容等组成。
在前述电路设计中，是利用辅助桥臂储存能量在滞后桥臂电晶体截止后对其寄生电容进行充放电，以便更易于实现零电压切换；再者，由于阻断电容的加入，除可防止变压器偏磁外，且在环流开始阶段提供一个电压迫使一整流二极管导通，从而将变压器二次侧绕组短路，阻断电容与谐振电感开始谐振，使一次侧电流转换负。而二次侧电流由一整流二极管向另一整流二极管转移，在转移完成后，转移电流的整流二极管实现零电流切换，从而可有效抑制变压器二次侧整流二极管的反向恢复问题。
前述的辅助桥臂是由两电容及一电感组成，两电容是相互连接且跨接于电源端上，其二者的连接节点通过电感与变压器一次侧连接。
前述谐振电感为一独立电感元件。
前述谐振电感是利用变压器的泄漏电感构成。
前述输出电路为一全波整流电路。
前述输出电路为一桥式整流器。
借由上述技术方案，本发明软性切换的移相式全桥电路至少具有下列优点本发明本发明关于一种软性切换的移相式全桥电路，包括有一变压器、一连接于变压器一次侧一端的超前桥臂、一连接于变压器一次侧另端的滞后桥臂、一连接于电源端的辅助桥臂、一串接于变压器一次侧与超前桥臂之间的阻断电容及一设于变压器二次侧的输出电路；其中，该辅助桥臂是由令两电容跨接于电源端，两电容问的连接节点是通过一电感连接至变压器的一次侧。前述电路设计除超前桥臂易于达成零电压切换外，利用辅助桥臂提供的电流可使滞后桥臂亦易于达成零电压切换；又阻断电容的加入，不仅可防止变压器偏磁，亦可与辅助桥臂共同作用，使得输出电路中输出整流二极管实现零电流关断，从而更加适于实用。
综上所述，本发明特殊结构的软性切换的移相式全桥电路，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的移相式全桥电路具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
图1是本发明第一较佳实施例的详细电路图。
图2是本发明第一较佳实施例的工作周期时序图。
图3-图12是本发明第一较佳实施例标示有工作周期中电流流动方向符号的详细电路图。
图13是本发明第二较佳实施例的详细电路图。
图14是本发明第三较佳实施例的详细电路图。
图15是本发明第四较佳实施例的详细电路图。
图16是本发明第五较佳实施例的详细电路图。
图17是本发明第六较佳实施例的详细电路图。
图18是本发明第七较佳实施例的详细电路图。
图19是一种已知移相式全桥电路的详细电路图。
图20是又一种已知移相式全桥电路的详细电路图。
图21是再一种已知移相式全桥电路的详细电路图。
10变压器11超前桥臂12滞后桥臂 13输出电路20辅助桥臂70变压器71超前桥臂72滞后桥臂 73输出电路具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的软性切换的移相式全桥电路其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
如图1所示，揭示有本发明一较佳实施的详细电路图，其包括有一变压器10图中符号NP为一次侧的绕组匝数，NS1、NS2为二次侧绕组匝数，且n＝NP/NS1＝NP/NS2；一超前桥臂11，是由两电晶体M1、M2组成，该两电晶体M1、M2的连接节点是与变压器10一次侧的一端连接；一滞后桥臂12，是由两电晶体M3、M4组成，该两电晶体M3、M4的连接节点是与变压器10一次侧的另端连接；一阻断电容C8，是串接于超前桥臂11中两电晶体M1、M2的连接节点与变压器10一次侧之间；一谐振电感Ls，是串接于变压器10一次侧与阻断电容C8之间；一辅助桥臂20，是由两电容C6、C7及一电感L7组成，两电容C6、C7是相互连接且跨接于电源端Vin上，两电容C6、C7的连接节点是通过电感L7与变压器10一次侧连接；一输出电路13，是设于变压器10的二次侧上，主要由整流二极管D5、D6、输出电感L5及输出电容C0等组成。
又如图2所示，是前述全桥电路主要元件在一个工作周期内的理论波形，以下谨就前述全桥电路在该周期内各个阶段的工作原理进一步说明如后t0～t1阶段请配合参阅图3所标示的电流方向，在t0之前，电晶体M1、电晶体M3的本体二极管D3导通(iL7＞iP)，电晶体M3源泄极两端的电压箝位在0V。在t0时刻，电晶体M3零电压开通，此时施加在辅助桥臂20上电感L7两端的电压Vac为Vin/2，使iL7开始减小并反向增大，流经电晶体M3的电流iD(M3)＝iP-iL7变压器10一次侧电流通过变压器10、输出电路13的整流二极管D5向负载传递功率。
t1～t2阶段如图4所示。在t1时，电晶体M1在超前桥臂10中两电容C1、C2的作用下达成零电压关断，此时反射至变压器10一次侧的电流Io/n与变压器10的激磁电流开始共同对超前桥臂11中的电容C1进行充电，并对另一电容C2进行放电，而电晶体M1源泄极两端的电压开始上升，电晶体M2源泄极两端的电压(b点电压)开始下降。
t2～t3阶段如图5所示。在t2时，电晶体M1源泄极两端的电压上升到Vin，电晶体M2源泄极两端的电压下降到0V，同时箝位在0V(忽略电晶体M2上本体二极管D2的导通压降)，为电晶体M2零电压开通建立条件。从t2开始，整流二极管D5、D6开始换流，变压器10二次侧被短路，而切断变压器10二次侧反射到变压器10一次侧的电感n2L5，变压器10一次侧电流iP在VC8作用下，以VC8/LS的速率开始降低。
t3～t4阶段如图6、图7所示。在t3时，电晶体M2零电压开通，变压器变压器10二次侧依然被短路，变压器10一次侧电流继续以VC8/LS的速率下降并反向增大。
t4～t5阶段如图8所示。在t4时，变压器10一次侧电流反向增大到Io/n，流经整流二极管D5的电流减小到零并开始反向增大，另一整流二极管D6的电流增大到Io；变压器10一次侧电流下降率为VC8/LS，整流二极管D5的电流下降率为(n/2)×(VC8/LS)，另一整流二极管D6的电流上升率为(n/2)×(VC8/LS)。
在前揭先前技术中，图19所示输出电路73的整流二极管D5、D6各别的电流下降率与上升率为(n/2)×(Vin/LS)，而Vin＞＞VC8，致使整流二极管D5的反向恢复和相对应的负面效应较强，通过本发明的改良设计，输出电路13中整流二极管D5的电流下降率已降低，其意味着反向恢复效应已得到有效的抑制。
t5～t6阶段如图9所示。在t5时，流经整流二极管D5的反向恢复电流达到最大值并开始迅速下降，整流二极管D5开始恢复阻断，其电流下降率di/dt，并在线路中的寄生电感(一般感量较小)上产生一个电压尖峰，此电压尖峰与2×(VC8/n)相迭加，形成整流二极管D5的反向电压。在此时段，线路中的电流流向与t4～t5阶段完全一致，只是变压器10一次侧电流从峰值迅速回落，最后达到Io/n，从而整流二极管D5与D6换流结束。
在前揭先前技术中的图19所示，因整流二极管D5的电流下降率较高，所产生的电压尖峰也较高，此电压尖峰再与2×(Vin/n)(非2×(VC8/n))相迭加，致使整流二极管D5的反向电压较高。而经过本发明提出的技术方案，输出电路13中整流二极管D5的电压应力已显著降低而获得改善。
t6～t7阶段如图10所示。t6时，滞后桥臂12电晶体M3在滞后桥臂12的电容C3、C4作用下达成零电压关断，此时电流(iL7-iP)开始对电容C3进行充电、对电容C4进行放电，电晶体M3源泄极两端的电压(c点电压)开始上升，电晶体M4源泄极两端的电压开始下降。
t7～t8阶段如图11所示。t7时，电晶体M3源泄极两端的电压上升到Vin，电晶体M4源泄极两端的电压下降到0V，同时箝位在0V(忽略电晶体M4本体二极管D4的导通压降)，为电晶体M4零电压开通建立条件；储存在辅助桥臂20电感L7中的能量开始通过电晶体M4本体二极管D4回馈至输入电源Vin，流经电晶体M4本体二极管D4的电流为(iL7-iP)。
t8以后如图12所示，t8时，电晶体M4零电压开通，流经电晶体M4的电流依然为(iL7-iP)，iL7在Vac＝-Vin/2的作用下开始减小并反向增大，当iL7下降到小于iP时，流经电晶体M4的电流正向上升，此后电路进入下半周期的工作过程。由于下半周期的工作过程与上半周期类似，故不再详述。
由上述说明可了解本发明一较佳实施例的具体电路构造及其详细的工作原理，而经进一步归纳本发明的特点是如下列超前桥臂11的电晶体M1、M2实现零电压切换在电晶体关断后，由于有反射至变压器10一次侧的负载电流(Io/n，Io为负载电流)参与对电晶体M1、M2的寄生电容C1、C2进行充放电，对于电晶体M1、M2而言，即可很容易地实现零电压切换，此为移相全桥电路的基本优势。
滞后桥臂12的电晶体M3、M4实现零电压切换在电晶体M3、M4关断后，因变压器10二次侧被短路，反射至一次侧的负载电流并未能对电晶体M3、M4的寄生电容C3、C4进行充放电，单纯利用变压器10漏感中储存的能量，很难使电晶体M3、M4实现零电压切换。本发明经由增加辅助桥臂20，利用辅助桥臂20中电容C6、C7、电感L7提供的电流，对电晶体M3、M4的寄生电容C3、C4进行充放电，因而可以实现电晶体M3、M4的零电压切换。。
阻断电容C8的作用与一般移相式全桥电路不同的是，阻断电容C8不仅可防止变压器10偏磁，而且在环流开始阶段提供一个电压迫使整流二极管D6导通(假设先前为另一整流二极管D5导通传递功率)，从而使变压器二次侧绕组短路，阻断电容C8与谐振电感Ls随即开始谐振，使变压器一次侧电流iP由Io/n转变为-Io/n。二次侧电流由整流二极管D5向D6转移，当转移完成后，整流二极管D5实现了零电流关断，从而抑制变压器10二次侧上整流二极管的反向恢复问题。
辅助桥臂20的作用在环流阶段，变压器10一次侧电流iP在由Io/n(或-Io/n)转变为-Io/n(或Io/n)的过程中，提供一电流通路，以防止该电流流经滞后桥臂12中电晶体M3、M4的本体二极管D3、D4。
而如前揭所述，在滞后桥臂12电晶体M3、M4切换期间，辅助桥臂20提供电流而对电晶体M3、M4的寄生电容C3、C4充放电，滞后桥臂12电晶体M3、M4得以实现零电压切换。
除前述第一实施例外，本发明得以其他变化设计予以实现如图13所示，其基本架构与第一实施例相同，欲强调说明的是变压器10一次侧上串接的谐振电感Ls可以是一个独立的电感元件，亦可由变压器10的泄漏电感所等效取代，原因在于谐振电感Ls为一感值较很小的电感。
如图14所示，是本发明第三较佳实施例，其基本架构仍与第一实施例相同，不同处在于该辅助桥臂20是仅由单一的电容C7与电感L7组成，由于辅助桥臂20的电容值较大(指电容C6、C7的电容值)，可以确保线路中a点的电压稳定在Vin/2，且纹波较小；在此前提下，辅助桥臂20可以采用LC来代替LCC，采用LC线路时，在单一电容C7的状况下，其电容值取大，亦可确保a点电压稳定在Vin/2，且纹波较小。
如图15所示，是本发明第四较佳实施例，其基本架构仍与第一实施例相同，不同处在于该辅助桥臂20中增加了一电感L8，该电感L8是串接于两电容C6、C7连接节点a与阻断电容C8(b点)之间。由于全桥电路在空载或轻载情况下，电流Io/n较小，可能没有足够的能量对超前桥臂11电晶体M1、M2的寄生电容C1、C2进行充放电，可能使电晶体M1、M2的零电压切换较难实现，如在辅助桥臂20中加入另一电感L8，即可提供一路辅助电流对电晶体M1、M2的寄生电容C1、C2进行充放电，使电晶体M1、M2在全负载范围内实现零电压切换。
前述各实施例是针对变压器10一次侧的桥臂作变化设计，除此以外，本发明亦可针对变压器10二次侧的输出电路13作变化设计如图16所示，是本发明第五较佳实施例，其基本架构仍与第一实施例相同，不同处在于该输出电路13中作为全波整流的整流二极管D5、D6可由一桥式整流器D5～D8所取代。
如图17所示，是本发明第六较佳实施例，其基本架构与第一实施例相同，不同处在于该输出电路13中的输出电感L5由输出端正端调换至负端。
如图18所示，是本发明第七较佳实施例，其基本架构仍与第一实施例相同，不同处在于该输出电路13中的整流二极管D5、D6极性互换，此是由于变压器10二次侧的绕组对称，故将整流二极管D5、D6极性互换，不致影响电路的正常工作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种软性切换的移相式全桥电路，其特征在于其包括一变压器；一超前桥臂，由两电晶体组成，该两电晶体的连接节点是与变压器一次侧的一端连接；一滞后桥臂，由两电晶体组成，该两电晶体的连接节点是与变压器一次侧的另端连接；一阻断电容，串接于超前桥臂中两电晶体的连接节点与变压器一次侧之间；一辅助桥臂，由至少一电容与相连接的一电感组成，该电容一端与电源连接，另端通过电感与变压器一次侧连接；以及一输出电路，设于变压器的二次侧上。
2.根据权利要求1所述的软性切换的移相式全桥电路，其特征在于其中所述的辅助桥臂是由两电容及一电感组成，两电容是相互连接且跨接于电源端上，其二者的连接节点通过电感与变压器一次侧连接。
3.根据权利要求1所述的软性切换的移相式全桥电路，其特征在于其中所述的辅助桥臂是由一电容与电感组成，电容一端与电源端连接，另端通过电感与变压器一次侧连接。
4.根据权利要求2所述的软性切换的移相式全桥电路，其特征在于其中所述的辅助桥臂进一步设有另一电感，其连接于两电容连接节点及阻断电容之间。
5.根据权利要求1所述的软性切换的移相式全桥电路，其特征在于其中所述的输出电路是由两整流二极管、一输出电感、一输出电容等组成的全波整流电路。
6.根据权利要求5所述的软性切换的移相式全桥电路，其特征在于其中所述的输出电感是串接于变压器二次侧与输出端正端之间。
7.根据权利要求5所述的软性切换的移相式全桥电路，其特征在于其中所述的输出电感是串接于变压器二次侧与输出端负端之间。
8.根据权利要求1所述的软性切换的移相式全桥电路，其特征在于其中所述的输出电路是由一桥式整流器、一输出电感、一输出电容等组成。
9.根据权利要求1至8任一项所述的软性切换的移相式全桥电路，其特征在于其中所述的变压器一次侧与阻断电容之间串接有一谐振电感。
全文摘要
本发明关于一种软性切换的移相式全桥电路，包括有一变压器、一连接于变压器一次侧一端的超前桥臂、一连接于变压器一次侧另端的滞后桥臂、一连接于电源端的辅助桥臂、一串接于变压器一次侧与超前桥臂之间的阻断电容及一设于变压器二次侧的输出电路；其中，该辅助桥臂是由令两电容跨接于电源端，两电容间的连接节点是通过一电感连接至变压器的一次侧。前述电路设计除超前桥臂易于达成零电压切换外，利用辅助桥臂提供的电流可使滞后桥臂亦易于达成零电压切换；又阻断电容的加入，不仅可防止变压器偏磁，亦可与辅助桥臂共同作用，使得输出电路中输出整流二极管实现零电流关断。
文档编号H02M7/5387GK101060284SQ20061007638
公开日2007年10月24日 申请日期2006年4月20日 优先权日2006年4月20日
发明者马小林, 周军, 马皓 申请人:康舒科技股份有限公司