专利名称：带rcd钳位电路零电压转换有源软开关校正电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无桥功率因数校正电路，尤其是一种带RCD钳位电路的带 RCD钳位电路零电压转换有源软开关校正电路。
背景技术：
无桥功率因数校正(无桥BOOST PFC)电路相对于传统功率因数校正(BOOST PFC) 电路，由于省略了输入整流桥，大幅降低了导通损耗，效率得以提升约1 2%。特别是无桥 BOOST PFC电路改进拓扑——新型双电感无桥功率因数校正OndDual Boost PFC)电路，很好解决了无桥BOOST PFC电路中功率地电平相对于大地引起的共模电流造成的电磁干扰这一缺陷，使得无桥BOOST PFC电路摆脱了以前仅仅在实验室进行理论研究的情况，具有了工业应用的前景。图1为一个2nd Dual Boost PFC电路，所述电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、 第三二极管Da和第四二极管Db，第一主功率开关管S1、第二主功率开关管S2,电路中第一二极管D1共阳极接第一主功率开关管S1的漏极，第二二极管&接第二主功率开关管&的漏极，其共阴极接滤波电容Ctl 一端；输入交流电源Us 一端接第一升压电感L1和第三二极管Da 共阴极、另一端接第二升压电感L2和第四二极管Db共阴极；第三二极管Da共阳极、第四二极管Db共阳极、第一主功率开关管S1的源极和第二主功率开关管&的源极连接到滤波电容Ctl另一端。负载Rtl并接于滤波电容Ctl两端。其工作过程是以输入电源电压的正半周为例，在图1所示电路电感电流连续时有两种工作模式，分别如图2 (a)、图2 (b)所示，当第一主功率开关管S1导通时，电源电流通过第一升压电感L1、第一主功率开关管S1和第四二极管Db构成回路，第一升压电感L1储能， 电感电流iu线性增长，见图2(a)；当第一主功率开关管S1截止时，电源电流通过第一升压电感L1、第一二极管D1、第四二极管Db、滤波电容Ctl和负载Rtl构成回路，电源电流和第一升压电感L1的储能电流向滤波电容Ctl和负载Rtl放电。输入电源电压的负半周工作模式如图 2(c)、图 2(d)所示。2nd Dual Boost PFC电路降低了功率因数校正电路导通损耗与共模电流造成的电磁干扰，但未解决开关损耗问题，降低开关损耗的重要措施是软开关技术，其中零电压转换 (ZVT)软开关技术是最重要的方法之一。本实用新型即为采用零电压转换(ZVT)软开关技术的无桥BOOST PFC电路。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种带RCD钳位电路零电压转换有源软开关校正电路，该电路增加一个辅助开关网络，克服现有技术中开关管与二极管通态损耗大，整机效率不高的问题。。本实用新型的技术方案为一种带RCD钳位电路零电压转换有源软开关校正电路，该电路包括2nd Dual Boost PFC电路和一个辅助开关网络，所述2ndDual Boost PFC电路包括第一二极管、第二二极管、第七二极管和第八二极管，第一主功率开关管、第二主功率开关管，电路中第一二极管共阳极接第一主功率开关管的漏极，第二二极管接第二主功率开关管的漏极；输入交流电源一端接第一升压电感和第七二极管共阴极、另一端接第二升压电感和第八二极管共阴极。所述辅助开关网络包括辅助开关管、自耦变压器、谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电容、第三谐振电容、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管、第九二极管、 第十二极管和第十一二极管。第九二极管、第十二极管反并联于两个主功率开关管两端，第一谐振电容、第二谐振电容和第三谐振电容并联于两个主功率开关管和辅助开关管两端； 第三二极管、第四二极管共阳极接于输入交流电源两端，第三二极管、第四二极管共阴极接于谐振电感一端；谐振电感另一端接于自耦变压器公共绕组同名输入端，公共绕组同名输入端与串联绕组非同名输入端短接；变压器公共绕组非同名输出端接辅助开关管漏极和第六二极管的共阳极，变压器串联绕组同名输出端接第五二极管的共阳极；第六二极管与钳位电阻、钳位电容一起组成一个RC钳位电路，钳位电阻并联于钳位电容两端，其一端接于第六二极管的共阴极，另一端接于第五二极管的共阳极。第一二极管、第二二极管和第五二极管共阴极接到滤波电容一端；第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十二极管和第十一二极管的共阳极，第一主功率开关管、第二主功率开关管和辅助开关管的源极，第一谐振电容、第二谐振电容和第三谐振电容的一端一起连接到滤波电容另一端；负载并接于滤波电容两端。本电路中所述的谐振电容可以是所述主开关管的寄生电容；本电路中所述的第三二极管、第四二极管和第十一二极管可以是所述主开关管和辅助开关管的体二极管；本发明电路中所述的其余二极管均为快速回复二极管；本发明电路中所述的变压器 ；可以为普通变压器或自耦变压器，对于普通变压器来说，其原方与副方同名端需要短接；本发明电路中所述的谐振电感Lr可以为变压器Tr等效漏感，激磁电感可以为变压器Tr副方等效激磁电感。本实用新型的优点在于由于主开管实现了 ZVT开通，升压二极管为零电流关断， 两主功率开关管的电压与电流应力没有增加，因此电路的通态损耗减小，整机效率得以提
尚ο
图1是一个2nd Dual Boost PFC电路原理图；图2是2nd Dual Boost PFC电路的五种工作模式图；图3是本实用新型电路原理图；图4是本实用新型电路在一个周期内的工作原理图；图5(a)——图5(k)是本实用新型电路在一个周期内的十一种工作模态；以输入交流电源Us正半波为例，所述的零电压转换软开关无桥功率因数校正电路在一个开关周期内的工作时序如图4所示，图4(a)为主功率开关管S1的栅极驱动电压，图 4(b)为辅助开关管民的栅极驱动电压，图4(c)为主功率开关管S1的漏极和源极之间的电压，图4(d)为主功率开关管S1W电流波形，图4(e)为升压二极管D1两端电压波形图，4(f) 为升压二极管D1的电流波形图，图4(g)为辅助开关管民的电流波形图，图4(h)为谐振电感k的电流波形图，图4(i)为自耦变压器 ；等效激磁电流、的波形，图4(g)为流过第六二极管D。的电流波形。在一个开关周期内有十一种工作模态模态1 (t1Q tQ)，如图 5 (a)在、之前的时刻，软开关未工作，S1, S2, Sr均关断，升压二极管D1导通，Iu电流环路如图5(a)所示。同时部分电流通过D3、L,、T,和IV流入负载。在此模态下，iD1 = Iu，vsl =V模态2 (t0 、)，如图 5 (b)在t0时刻，Sr开通，由于有Lr的存在，Sr是ZCS开通。在此模态下iLr线性增加， iLr流入D3、Lr和 ；的Np线圈，在Ns上产生电流iD5，二极管D5开通，iD5流入N0。在此模态 T,Sr开通使得 ；的Ns线圈两端电压为Vtl，激磁电流、通过辅助开关管民开始线性增长； 随着iLr线性增加，iD1减小，iD5线性增长。当iLr增加到Ili时，此模态时刻结束，iD1 = 0， 此时D1是软关断。模态3 U1 t2)，如图 5 (C)在、时刻，D1关断，在此模态下，Sr继续导通，Lr与Csi开始谐振，vcsl (、) = V0, Csi 放电，vsl减小，Lr充电，ILr继续增大；iD5同时线性增长，激磁电流、也通过辅助开关管民继续线性增长。模态4 (t2 t3)，如图 5 (d)在t2时亥lj，vsl = 0，此时主开关管S1体二极管Dsi开通，、开始线性减小，iD5随之线性减小，isl开始线性增加，当isl从负值增加到零时，此模态结束。在此模态下开通主开关管S1, Vsi = O且isl = 0，主开关管3工是ZVS与ZCS开通。激磁电流、仍然通过辅助开关管民线性增长。模态5 (t3 t4)，如图 5 (e)在、时刻，isl = 0，S1已开通，在此模态下，、继续线性减小，由于D5导通，vNP =-η、。在此模态下，存储在k中的能量线性减小，被释放到Vtl中，激磁电流、通过民继续线性增加。当、减小到近似为0时，本模态结束。模态6 (t4 t5)，如图 5 (f)在t4时刻，当、近似为0，在此模态下，激磁电流、通过Sr继续增加，由于、远小于负载电流，在此模态下关断辅助开关管、isr ^ 0，Sr近似ZCS关断。模态7 (t5 t6)，如图 5 (g)在、时刻，民关断，在此模态下，激磁电流、通过D。流入V。。、线性减小，当、 =0时，本模态结束。模态8 (t6 t7)，如图 5 (h)在t6时刻，iLffl = 0，在此模态下，ZVT辅助电路停止工作，主开关管S1仍然开通，无桥PFC电路继续工作。模态9 (t7 t8)，如图5⑴在〖7时刻，ita = 0，在此模态下，S1关断。输入电流Iu给谐振电容Csi和Cto充电，当Vsi = V0时，升压二极管D1导通，本模态结束。模态10 (t8 t9)，如图 5 (j)在t8时刻，vsl = V0,升压二极管D1导通，Ili继续给谐振电容充电。Dc和D5导通，当I = V0+Vc时，本模态结束。模态ll(t9~ t10)，如图 5 (k)在t9时亥lj，Vsi = K+V。，此时，iLr线性衰减，存储在Lr中的能量通过自耦变压器 ； 释放到负载中，当、=0且= V0时，本模态结束。
具体实施方式
一种带RCD钳位电路零电压转换有源软开关校正电路，电路包括2nd Dual Boost PFC电路和一个辅助开关网络，所述2nd Dual Boost PFC电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第七二极管Da和第八二极管Db，第一主功率开关管S1、第二主功率开关管S2,电路中第一二极管D1共阳极接第一主功率开关管S1的漏极，第二二极管&接第二主功率开关管& 的漏极；输入交流电源Us 一端接第一升压电感L1和第七二极管共阴极Da、另一端接第二升压电感L2和第四二极管Db共阴极。所述辅助开关网络包括辅助开关管民、自耦变压器 ；、 谐振电感L,、第一谐振电容Csi、第二谐振电容Cs2、第三谐振电容Cs,、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D。、第九二极管Dsi、第十二极管Ds2和第十一二极管Dto。 第九二极管Dsi、第十二极管Ds2和第十一二极管Dto反并联于两个主功率开关管和辅助开关管两端，第一谐振电容Csi、第二谐振电容Cs2和第三谐振电容并联于两个主功率开关管和辅助开关管两端；第三二极管D3、第四二极管D4共阳极接于输入交流电源两端第三二极管D3、第四二极管D4共阴极接于谐振电感k 一端；谐振电感(L》另一端接于自耦变压器 (Tr)公共绕组同名输入端，公共绕组同名输入端与串联绕组非同名输入端短接；变压器公共绕组非同名输出端接辅助开关管( )漏极和第六二极管(D。)的共阳极，变压器串联绕组同名输出端接第五二极管(D5)的共阳极；第六二极管(D。)与钳位电阻(R。)、钳位电容(C。) 一起组成一个RC钳位电路，钳位电阻(R。)并联于钳位电容(C。)两端，其一端接于第六二极管(D。)的共阴极，另一端接于第五二极管(D5)的共阳极。第五二极管(D5)的共阳极接到滤波电容一端；辅助开关管(S》源极、第九二极管(Dsi)、第十二极管(Ds2)和第十一二极管 (Dsr)的共阳极，第一谐振电容(Csi)、第二谐振电容(Cs2)和第三谐振电容(Cs3)的一端一起连接到滤波电容(Ctl)另一端；负载并接于滤波电容(Ctl)两端。本发明电路所述的第一谐振电容Csi、第二谐振电容Cs2和第三谐振电容(Cs3)可以是所述主开关管和辅助开关管的寄生电容；本发明电路中所述的第九二极管Dsi、第十二极管Ds2和第十一二极管Dto可以是所述主开关管和辅助开关管的体二极管；本发明电路中所述的其余二极管均为快速回复二极管；本发明电路中所述的变压器 ；可以为自耦变压器，谐振电感k可以为变压器 ；等效漏感，激磁电感可以为变压器 ；等效激磁电感。
权利要求1.一种带RCD钳位电路零电压转换有源软开关校正电路，其特征在于该电路包括 2ndDual Boost PFC电路和一个辅助开关网络，所述2nd Dual Boost PFC电路包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第七二极管(Da)和第八二极管(Db)，第一主功率开关管(S1)、第二主功率开关管(S2)，电路中第一二极管(D1)共阳极接第一主功率开关管(S1)的漏极，第二二极管(D2)接第二主功率开关管(S2)的漏极；输入交流电源(Us) —端接第一升压电感 (L1)和第七二极管(Da)共阴极、另一端接第二升压电感(L2)和第四二极管(Db)共阴极，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)共阴极接到滤波电容一端；第七二极管(Da)、第八二极管 (Db)、第一主功率开关管(S1)和第二主功率开关管(S2)的源极连接到滤波电容(Ctl)另一端；负载并接于滤波电容(Ctl)两端；所述辅助开关网络包括辅助开关管(S》、自耦变压器 O；)、谐振电感(L,)、第一谐振电容(Csi)、第二谐振电容(Cs2)、第三谐振电容(Cs3)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D。)、第九二极管(Dsi)、第十二极管(Ds2)和第十一二极管(Dto)；第九二极管(Dsi)、第十二极管(Ds2)反并联于两个主功率开关管两端；第一谐振电容(Csi)、第二谐振电容(Cs2)和第三谐振电容(Cs3)并联于两个主功率开关管和辅助开关管两端；第三二极管(D3)、第四二极管(D4)共阳极接于输入交流电源 (Us)两端，第三二极管(D3)、第四二极管(D4)共阴极接于谐振电感(Lr) 一端；谐振电感(Lr) 另一端接于自耦变压器O；)公共绕组同名输入端，公共绕组同名输入端与串联绕组非同名输入端短接，变压器公共绕组非同名输出端接辅助开关管(S》漏极和第六二极管(D。)的共阳极，变压器串联绕组同名输出端接第五二极管(D5)的共阳极；第六二极管(D。)与钳位电阻(R。)、钳位电容(C。)一起组成一个RC钳位电路，钳位电阻(R。)并联于钳位电容(C。)两端，其一端接于第六二极管(D。)的共阴极，另一端接于第五二极管(D5)的共阳极；第五二极管(D5)共阴极接到滤波电容一端；辅助开关管(S》源极、第九二极管(Dsi)、第十二极管 (Ds2)和第十一二极管(Dto)的共阳极，第一谐振电容(Csi)、第二谐振电容(Cs2)和第三谐振电容(Cs3)的一端一起连接到滤波电容(Ctl)另一端；负载并接于滤波电容(Ctl)两端。
2.根据权利要求1所述带RCD钳位电路零电压转换有源软开关校正电路，其特征在于 第九二极管(Dsi)、第十二极管(Ds2)和第十一二极管(Dto)可以是所述第一主功率开关管饵)、第二主功率开关管(S2)和辅助开关管(S》的体二极管。
3.根据权利要求1所述带RCD钳位电路零电压转换有源软开关校正电路，其特征在于 第一谐振电容(Csi)、第二谐振电容(Cs2)可以是所述第一主功率开关管(S1)和第二主功率开关管(S2)的寄生电容。
4.根据权利要求1所述带RCD钳位电路零电压转换有源软开关校正电路，其特征在于 变压器(Tr)可以是自耦变压器；谐振电感(Lr)可以为自耦变压器(Tr)的等效漏感，激磁电感(Lm)可以为自耦变压器(Tr)等效激磁电感。
5.根据权利要求1所述带RCD钳位电路零电压转换有源软开关校正电路，其特征在于 电路中所述的其余二极管均为快速回复二极管。
专利摘要本实用新型公开一种带RCD钳位电路零电压转换有源软开关校正电路，其特征在于该电路包括2nd Dual Boost PFC电路和一个辅助开关网络。本实用新型的优点在于由于主开管实现了ZVT开通，升压二极管为零电流关断，两主功率开关管的电压与电流应力没有增加，因此电路的通态损耗减小，整机效率得以提高。
文档编号H02M1/42GK202034900SQ20112009132
公开日2011年11月9日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者刘永士, 曾昭舜 申请人:武汉诚锐电器有限公司