专利名称：改进型全桥移相软开关变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全桥移相软开关设备，适用于各种大功率开关电源装置， 特别是电力操作电源场合。
背景技术：
全桥移相零电压开关变换器在保留了传统PWM恒频控制优势的基础上，利 用器件的寄生参数实现了软开关，在大、中功率DC/DC变换中得到了广泛的应 用，但传统的全桥移相零电压开关变换器有所缺陷，其主要表现在1) 如附图1所示，轻载时，谐振电感Lr贮能不足，无法实现滞后管Q3、 Q4的零电压开通，损耗大，能量转换效率不高；2) 在超前管Q1、 Q2关断期间，谐振电感Lr因电流不能突变，D2、 Tl、 Lr、 Cd、 Q4或D1、 Tl、 Lr、 Cd、 Q3构成的回路中存在环流，而此环流不向副 边提供能量，却产生损耗，使得变换器转换效率低；3) 副边二极管D5 D8反向恢复存在强烈振荡，二极管上电压应力较大， 对二极管的电参数要求高，降低系统可靠性，如增加吸收电路来改善应力，则 会使整机损耗增加，降低转换效率；4) 谐振电感Lr的存在会引起副边占空比丢失，同样会降低变换器转换效率。 再如图2所示为目前应用的较多的全桥移相软开关电路，其在图1基础上进行了改进，增加了两只箝位管DIO、 D9，改善了副边二极管D5 D8的反向恢 复电压应力，减小了占空比丢失的程度，却没解决上面所述的其它几个缺陷， 同时增加二极管使得结构变复杂，电路的布板空间要求增加，不利于应用设备
的小型化。发明内容为了克服已有全桥移相软开关电路的环流损耗大、占空比流失较重、整机 效率较低、电磁辐射较大的不足,本发明提供了一种能够有效降低环流损耗、减 少占空比丢失、提高整机效率、减少电磁辐射的改进型全桥移相软开关变换器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种改进型全桥移相软开关变换器，包括超前桥臂支路、滞后桥臂支路、变压器T1、滤波电感网络、输出滤波电容C7以及负载RL，所述超前桥臂支路 包括开关管Q1、 Q2、 二极管D1、 D2、电容C1、 C2，所述滞后桥臂支路包括 开关管Q3、 Q4、 二极管D3、 D4、电容C3、 C4，所述超前桥臂支路、滞后桥 臂支路分别与变压器T1的原边连接，变压器T1的副边与所述滤波电感网络连 接，所述滤波电感网络连接输出滤波电容，所述负载RL与输出滤波电容并联， 所述的软开关变换器还包括谐振网络，所述谐振网络包括电容C5、 C6、电感 U，其中，电容C5的一端与输入正端相连，C5的另一端与电感L1的一端以及 电容C6的一端相连，电容C6的另一端与输入负端相连，电感Ll的另一端连 到滞后桥臂支路的开关管Q3的源极S和开关管Q4的漏极D。所述的滤波电感网络包括二极管D5、 D6、 D7、 D8和滤波电感L2，所述滤 波电感L2带有绕组a、绕组b、绕组c，所述二极管D5、 D7相互反方向连接在 变压器的副边绕组的同名端，所述二极管D6、 D8相互反方向连接在变压器的 副边绕组的异名端，滤波电感L2的绕组b的同名端连到二极管D5的阴极，绕 组b异名端连到绕组a的异名端和二极管D6的阴极；绕组c的异名端连到二极 管D7的阳极，绕组c的同名端连二极管D8的阳极和输出滤波电容C7的负极； 绕组a的同名端连到输出滤波电容C7的正极。
本发明的技术构思为在普通的移相全桥电路基础上构造了一个简洁的谐振网络，并改进滤波电感网络，参见图3，电容C5的一端与输入正端相连，C5 的另一端与Ll的一端以及C6的一端相连，C6的另一端与输入负端相连，Ll 的另一端连到滞后桥臂的Q3的源极S和Q4的漏极D;滤波电感的绕组b的同 名端连到D5的阴极，绕组b异名端连到绕组a的异名端和D6的阴极；绕组c 的异名端连到D7的阳极，绕组c的同名端连D8的阳极和C7的负极；绕组a 的同名端连到C7的正极。由于谐振网络L1、 C5、 C6的作用使得变换器的滞后臂能够在轻载实现零电 压开关。去掉传统中与变压器T1相连的谐振电感后，使得占空比丢失的问题得 到很大改善，仅变压器T1的漏感Lnc在起作用，而变压器漏感L,K是很小的， 同时，通过寄生二极管Dl至D4，将副边二极管反向恢复电压箝住。又由于滤 波电感绕组b、 c的作用，超前管截止后原边电流会迅速下降到变压器激磁电流 的大小，而变压器激磁电感通常都较大，激磁电流相应较小，环流的问题也得 到了改善。本发明的有益效果主要表现在1、在不增加额外功率器件的条件下，改善 了开关管的全负载范围零电压开关条件，降低了环流损耗；2、减少占空比丢失； 3、很好的抑制住副边二极管D5 D8的反向恢复电压尖峰，使得器件工作更可 靠稳定，提高了整机效率，减少了电磁辐射。
图1是传统全桥移相软开关示意图。图2是现有实际使用全桥移相软开关示意图。图3是本发明的全桥移相软开关变换器的示意图。图4是to t1,阶段的工作模式示意图。
图5是tr^阶段的工作模式示意图。 图6是t2~t3阶段工作模式示意图。 图7是t3~t4阶段工作模式示意图。 图8是t4~t5阶段工作模式示意图。图9是t5 t6阶段工作模式示意图。 图10是t6 t7阶段工作模式示意图。图11是本发明实施方式的工作波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图3 图11， 一种改进型全桥移相软幵关变换器，包括超前桥臂支路、 滞后桥臂支路、变压器T1、滤波电感网络、输出滤波电容C7以及负载R^所 述超前桥臂支路包括三极管Ql、 Q2、 二极管D1、 D2、电容C1、 C2，所述滞 后桥臂支路包括三极管Q3、 Q4、 二极管D3、 D4、电容C3、 C4，所述超前桥 臂支路、滞后桥臂支路分别与变压器T1的原边连接，其中的L,k是变压器漏感， 变压器T1的副边与所述滤波电感网络连接，所述滤波电感网络连接输出滤波电容，所述负载RL与输出滤波电容并联，所述的软开关变换器还包括谐振网络， 所述谐振网络包括电容C5、 C6、电感L1，其中，电容C5的一端与输入正端相 连，C5的另一端与电感L1的一端以及电容C6的一端相连，电容C6的另一端 与输入负端相连，电感Ll的另一端连到滞后桥臂支路的开关管Q3的源极S和 开关管Q4的漏极D。所述的滤波电感网络包括二极管D5、 D6、 D7、 D8和滤波电感L2，所述滤 波电感L2带有绕组a、绕组b、绕组c，所述二极管D5、 D7相互反方向连接在 变压器的副边绕组的同名端，所述二极管D6、 D8相互反方向连接在变压器的
副边绕组的异名端，滤波电感L2的绕组b的同名端连到二极管D5的阴极，绕 组b异名端连到绕组a的异名端和二极管D6的阴极；绕组c的异名端连到二极 管D7的阳极，绕组c的同名端连二极管D8的阳极和输出滤波电容C7的负极; 绕组a的同名端连到输出滤波电容C7的正极。图4至图10为图3的工作模式图，其中实体器件为相应模式下电流实际所 走路径，虚体元件则在该模式下不参与工作。图11则是对应于各模式阶段所形 成的波形。为了方便分析，假设没有特殊说明的器件均为理想器件；Ll足够大， 其电流为线性变化，在滞后管开关过程中其电流保持不变；初始状态，Ql、 Q4处于导通状态，电感L1的电流通过Q4线性增加，变压 器副边通过D6、 D7、 L2的a、 c绕组向负载馈能。参照图4、图ll，模式l (t0 tl阶段)，在t0时刻，Ql零电压关断(Cl、 C2的作用)。Cl和C2被负载电流充放电，Cl、 C2电压分别线性上升和下降， 当C2放电到箝位电压时，Tl电压被副边箝住，Cl、 C2和Llk开始谐振，副边 D7开始向D8换流；Ll电流继续线性增加。参照图5、图ll，模式2 (t广t2阶段)，在tj寸刻，Cl充电到Vin,C2放电到 零伏，Q2的体二极管D2导通，Cl、 C2和Llk的谐振结束。此时T1原边电压 仍然被箝在箝位电压点，因此变压器原边电流线性下降，环流开始减小，12时刻 减小到原边的激磁电流值Iun;副边D7继续向D8换流；Ll电流继续线性增加。 在此阶段开通Q2， Q2为零电压开通。参照图6、图11，模式3 (t广t3阶段)，在t2时刻，副边D7电流降为零， D7、 D8换流结束。此时变压器脱离耦合，变为一个感量为Llk+Lm(激磁电感) 的电感，原边保留Iun(激磁电流)沿Tl、 Q4、 D2走环流；副边通过D6、 D8和 电感L2a续流；Ll电流继续线性增加。参照图7、图11,模式4 (t广t4阶段)，在t3时刻，Q4零电压关断(C3、 C4
的作用)。此时C3放电，C4充电，C4电压线性升高，由于Llk+Lm比较大， 因此原边电流基本不变；副边通过D6、 D8和电感L2a续流。参照图8、图ll，模式5 (t广t5阶段)，在t4时刻，C4电压充电到箝位电压， 变压器重新建立耦合，激磁储能向副边馈送。变压器原边电压被箝在箝位电压， C3、 C4与Llk发生谐振，Llk电流迅速下降为零并反向增大；副边D6开始向 D5换流。参照图9、图11，模式6 (t广t6阶段)，在t5时刻，副边D6电流降为零， D5、 D6换流结束。变压器原边电压开始上升，D6开始承受反向电压，出现反 向恢复现象，但由于C4电压不高，D6的反向恢复尖峰有限，另由于D6的反向 恢复电流与负载电流两者之和折算到原边大于L1的电流，使得C3充电、C4放 电从而使C3的电压出现短暂的上升，当D6反向恢复结束后，反向截止，C3 继续放电、C4继续充电，C3电压继续下降。参照图10、图11，模式7 (t6 t7阶段)，在t6时刻，由于Lr的作用，很容 易使得C3放电到零伏，C4充电到Vin， Q3的体二极管D3导通。电感L1的电 流一部分向负载供电， 一部分通过D3走环流，Ll的电流开始线性下降，电感 Ll向负载预供电，保证D6反向恢复的结束，又使得占空比丢失问题得到改善， D6的反向恢复电压应力得到抑制；此阶段开通Q3为零电压开通。随着L1电流 的下降，D3电流也跟着下降，在t7时刻D3电流下降为零，Q3开始走正向电流， 进入另外半个工作周期，重复模式1至7的过程。
权利要求
1、一种改进型全桥移相软开关变换器，包括超前桥臂支路、滞后桥臂支路、变压器T1、滤波电感网络、输出滤波电容C7以及负载RL，所述超前桥臂支路包括三极管Q1、Q2、二极管D1、D2、电容C1、C2，所述滞后桥臂支路包括三极管Q3、Q4、二极管D3、D4、电容C3、C4，所述超前桥臂支路、滞后桥臂支路分别与变压器T1的原边连接，变压器T1的副边与所述滤波电感网络连接，所述滤波电感网络连接输出滤波电容，所述负载RL与输出滤波电容并联，其特征在于所述的软开关变换器还包括谐振网络，所述谐振网络包括电容C5、C6、电感L1，其中，电容C5的一端与输入正端相连，C5的另一端与电感L1的一端以及电容C6的一端相连，电容C6的另一端与输入负端相连，电感L1的另一端连到滞后桥臂支路的三极管Q3的源极S和三极管Q4的漏极D。
2、 如权利要求1所述的改进型全桥移相软开关变换器，其特征在于所述 的滤波电感网络包括二极管D5、 D6、 D7、 D8和滤波电感L2，所述滤波电感 L2带有绕组a、绕组b、绕组c，所述二极管D5、 D7相互反方向连接在变压器 的副边绕组的同名端，所述二极管D6、 D8相互反方向连接在变压器的副边绕 组的异名端，滤波电感L2的绕组b的同名端连到二极管D5的阴极，绕组b异 名端连到绕组a的异名端和二极管D6的阴极；绕组c的异名端连到二极管D7 的阳极，绕组c的同名端连二极管D8的阳极和输出滤波电容C7的负极；绕组 a的同名端连到输出滤波电容C7的正极。
全文摘要
一种改进型全桥移相软开关变换器，在原有全桥移相软开关的基础上，所述的软开关变换器还包括谐振网络，所述谐振网络包括电容C5、C6、电感L1，其中，电容C5的一端与输入正端相连，C5的另一端与电感L1的一端以及电容C6的一端相连，电容C6的另一端与输入负端相连，电感L1的另一端连到滞后桥臂支路的三极管Q3的源极S和三极管Q4的漏极D。本发明提供一种能够有效降低环流损耗、减少占空比丢失、提高整机效率、减少电磁辐射的改进型全桥移相软开关变换器。
文档编号H02M3/07GK101119072SQ200710069828
公开日2008年2月6日 申请日期2007年6月30日 优先权日2007年6月30日
发明者慧 孙, 范德育, 袁明祥 申请人:杭州中恒电气股份有限公司