专利名称：半桥电路zcs实现方法和半桥电路zcs实现系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及半桥电路的应用，尤其涉及一种半桥电路零电压触发的实现方法和实现系统。
背景技 术对于半导体开关而言,功率损耗主要来自于传导损失(conduction loss)和切换损失(switching loss)。而半桥电路的开关在切换的时候,必须中断当时流过整个功率组件的电流，特别是上下桥臂同时关断的时候，因此会产生很高的切换应力，乃至正比于切换频率的切换损失。这种损失在现今追求轻、薄型的高效率电源趋势下，会显得更加严重。目前半桥逆变技术在开关电源、电焊机、电磁加热和热处理上均有很多应用。电路在小功率应用时均用单相交流电整流成半波直流电，再通过电感、半桥开关电路切换成高频交流电输出，但是在小功率应用时，由于负载较小很少考虑到零电流触发，造成了开关器件切换时候的损耗，不利于逆变器件的效率和功率因素；在大功率应用时普遍用三相交流电整流成直流电，再通过电感(开关变压器)、半桥开关电路切换成高频交流电输出，但是大功率电路目前采用硬件的方式同步零电流触发，但是另设置硬件电路的方法，造成了设计成本的提闻。专利申请号为“201110252347. 1”，申请名称为“一种全桥软开关直流变换器”的中国专利公开了一种实现软开关的直流变换电路，包括输入电压、第一至第四开关管、隔离变压器原边绕组，第一至第四开关管分别组成两个半桥电路，并在所述半桥电路的两个桥臂之间依次串接第一、第二钳位开关管。采用这样的方式，可将收集到的原边变压器漏感能量在死区时间内释放，实现全桥变换器主开关管的ZCS软开关。这样的设计虽然能够解决开关电路的零电压触发，但是电路复杂，且只能对收集到的漏感能量做释放，不能够根据电路输出电压做动态的调整。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种半桥电路ZCS实现方法和半桥电路ZCS实现系统，解决现有技术中开关电路电路复杂、不能做动态调整的问题。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种半桥电路ZCS实现方法，包括以下步骤，步骤I :产生低端驱动电压和高端驱动电压的初始值，用以控制半桥电路的上下桥臂；步骤2 :将低端驱动电压与半桥电路输出的交流电压进行与运算，其运算的结果作为参考电压输出；步骤3 :判断所述参考电压是否为高脉冲信号，若是，则转到步骤4 ;若否则转到步骤5 ;步骤4 :增加低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，返回步骤2 ;
步骤5 :减少低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，返回步骤2。其中，所述步骤4中增加低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间具体为获取参考电压的脉冲宽度，获取低端驱动电压相对应半桥电路输出的交流电压的相位超前角度，根据所述相位超前角度增加所述低端驱动电压相对应半桥电路输出的交流电压的相位差，从而增加所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间。其中，所述步骤5中减少低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间具体为获取参考电压的脉冲宽度，获取低端驱动电压相对应半桥电路输出的交流电压的相位迟后角度，根据所述相位迟后角度减少所述低端驱动电压相对应半桥电路输出的交流电压的相位差，从而减少所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间。为解决上述技术问题，本发明还提供一种半桥电路ZCS实现系统，包括运算器、半桥电路和与之相连接的中央处理器，所述运算器包括第一输入端，第二输入端和第一输出端，所述半桥电路输出交流电压至运算器的第一输入端；所述中央处理器输出用于驱动半 桥电路桥臂的低端驱动电压和高端驱动电压，所述低端驱动电压和高端驱动电压输出至所述半桥电路的两个桥臂，所述低端驱动电压输出至所述运算器的第二输入端；所述运算器用于将所述交流电压和所述低端驱动电压进行与运算，并将运算结果作为参考电压，所述参考电压通过其第一输出端输出至中央处理；所述中央处理器根据所述输出电压，动态调整低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，改变所述半桥电路的触发相位。其中，所述中央处理器包括，第一模块，用于产生低端驱动电压和高端驱动电压的初始值，并控制半桥电路的上下桥臂；第二模块，用于将低端驱动电压与半桥电路输出的交流电压进行与运算，其运算的结果作为参考电压输出；判断所述参考电压是否为高脉冲信号，并根据判断结果控制第二模块；第三模块，用于增加或减少低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，并转到第一模块。其中，所述第二模块具体用于，判断所述参考电压是否为高脉冲信号，若是，则输出增加死区时间指令至第三模块；若否，则输出减少死区时间指令至第三模块。其中，所述第三模块具体用于获取来自第二模块的增加死区时间指令或者减少死区时间指令；当获取的是增加死区时间指令，获取低端驱动电压相对应半桥电路输出的交流电压的相位超前角度，根据所述相位超前角度增加所述低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位差，从而增加所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间；或者，当获取的是减少死区时间指令，获取来自第三模块的参考电压的脉冲宽度，获取低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位迟后角度，根据所述相位迟后角度减少所述低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位差，从而减少所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间。本发明的有益效果是本发明提供的一种半桥电路ZCS实现方法，利用双路PWM信号(低端驱动电压和高端驱动电压)直接输出到半桥电路中，将低端驱动电压与半桥电路的输出电压进行与运算，通过对运算结果是否为高脉冲信号的判断，可以获得低端驱动电压与半桥电路的输出电压的相位情况，在根据相位延迟或者超前情况，动态调节两路PWM信号的相位差来调节死区时间，这种动态的方法最终达到平衡，使得两路PWM信号逐步达到对半桥电路上下桥臂零电压触发的效果，使得功率器件的开关损耗降到最低，扩大功率的输出范围，同时，对半桥电路调整的平衡时间也可以由中央处理器控制，使系统的稳定性得到加强。
图I是本发明提供的半桥电路ZCS实现系统的模块图；图2是本发明提供的半桥电路ZCS实现方法的流程图；
图3是本发明提供的半桥电路ZCS实现方法的一具体实现流程图。
具体实施例方式为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。请参阅图I以及图2，本发明提供一种半桥电路ZCS实现系统，包括运算器、半桥电路和与之相连接的中央处理器，所述运算器包括第一输入端，第二输入端和第一输出端，所述半桥电路输出交流电压至运算器的第一输入端；所述中央处理器输出用于驱动半桥电路桥臂的低端驱动电压和高端驱动电压，所述低端驱动电压和高端驱动电压连接所述半桥电路，所述低端驱动电压还连接所述运算器的第二输入端；所述运算器用于将所述交流电压和所述低端驱动电压进行与运算，并将运算结果作为参考电压，所述参考电压通过其第一输出端输出至中央处理器；所述中央处理器根据所述输出电压，动态调整低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，改变所述半桥电路的触发相位。中央处理器内设置有多个模块，具体包括，第一模块，用于产生低端驱动电压和高端驱动电压的初始值，并控制半桥电路的上下桥臂，低端驱动电压和高端驱动电压为该半桥电路的PWM输出信号，而通过控制着两路信号的死区时间，，也就是上下桥臂同时关断时间，就能够有效的实现半桥电路的软开关功能。具体原理为死区时间是PWM输出时，为了使H桥或半H桥的上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护时段。由于IGBT(绝缘栅极型功率管)等功率器件都存在一定的结电容，所以会造成器件导通关断的延迟现象。一般在设计电路时已尽量降低该影响，比如尽量提高控制极驱动电压电流，设置结电容释放回路等。为了使igbt工作可靠，避免由于关断延迟效应造成上下桥臂直通，有必要设置死区时间可有效地避免延迟效应所造成的一个桥臂未完全关断，而另一桥臂又处于导通状态，避免直通炸模块。第二模块，用于将低端驱动电压与半桥电路输出的交流电压进行与运算，其运算的结果作为参考电压输出；判断所述参考电压是否为高脉冲信号，并根据判断结果控制第三模块；其具体实施方式
为，判断所述参考电压是否为高脉冲信号，若是，则输出增加死区时间指令至第三模块；若否，则输出减少死区时间指令至第三模块。这是由于，当低端驱动电压相位超前于交流电压的时候，两者与运算后会出现高脉冲信号；如果低端驱动电压相位迟后与交流电压的时候，两者与运算后则不会出现高脉冲信号。因此，只要判断运算结果是否为高脉冲信号就能够知道所述低端驱动电压与交流电压的相位情况，如果超前，则需要增加低端驱动电压与高端驱动电压的相位差；反之，则减少死区时间。第三模块，用于增加或减少低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，并转到第一模块。具体实现方式为，当获取的是增加死区时间指令，获取来自第二模块的参考电压的脉冲宽度，从而获取相位超前角度，根据所述相位超前角度增加所述低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位差，从而增加所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间；或者，当获取的是减少死区时间指令，获取来自第二模块的参考电压的脉冲宽度，获取低端驱动电压相对应半桥电路输出的交流电压的相位迟后角度，根据所述相位迟后角度减少所述低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位差，从而减少所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间。请参阅图2，本发明提供一种半桥电路ZCS实现方法，包括以下步骤，步骤I :产生低端驱动电压和高端驱动电压的初始值，用以控制半桥电路的上下 桥臂；步骤2 :将低端驱动电压与半桥电路输出的交流电压进行与运算，其运算的结果作为参考电压输出；步骤3 :判断所述参考电压是否为高脉冲信号，若是，则转到步骤4 ;若否则转到步骤5 ;步骤4 :增加低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，具体指，通过获取参考电压的脉冲宽度，获取低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位超前角度，根据所述相位超前角度增加所述低端驱动电压相对应半桥电路输出的交流电压的相位差，从而增加所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间。返回步骤2;步骤5 :减少低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，获取参考电压的脉冲宽度，获取低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位迟后角度，根据所述相位迟后角度减少所述低端驱动电压相对应半桥电路输出的交流电压的相位差，从而减少所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间。返回步骤2。基于上述半桥电路ZCS实现系统以及方法，本发明提供一具体实施方式
，如图3所示，包括以下流程，步骤I :中央处理器产生低端驱动电压Va和高端驱动电压Vph的初始值，用于控制半桥电路的上下桥臂；步骤2 :半桥电路中的电流信号^转换成电压信号，整形成方波信号I。，方波信号的上升沿和下降沿对应电流的过零点，再将方波信号I。和驱动半桥电路的其中一个桥臂的Vpd乍与运算，得到信号VI，运算器获取低端驱动电源和半桥电路输出的交流电压V。，进行与运算，并输出参考电压V1至中央处理器，如果Va的相位超前V。，则V1为高脉冲信号，反之，V1则不会出现高脉冲信号；步骤3 :中央处理器的第二模块判断所述参考电压V1是否为高脉冲信号，若是，则转到步骤4;若否则转到步骤5;步骤4:中央处理器的第三模块根据第二模块的指令，获取参考电压的脉冲宽度，获取低端驱动电压Va相对应高端驱动电压Vph的相位超前角度，根据所述相位超前角度增加所述低端驱动电压Va相对应高端驱动电压Vph的相位差，从而增加所述低端驱动电压Va和闻端驱动电压Vph的死区时间，返回步骤2 ；步骤5 :中央处理器的第三模块根据第二模块的指令，获取参考电压V1的脉冲宽度，获取低端驱动电压对应高端驱动电压Vph的相位迟后角度，根据所述相位迟后角度减少所述低端驱动电压Va相对应高端驱动电压Vph的相位差，从而减少所述低端驱动电压Vpl和高端驱动电压Vph的死区时间，返回步骤2。这样，本发明就利用双路PWM信号逐步达到对半桥电路上下桥臂零电压触发的效果，使得功率器件的开关损耗降到最低，扩大功率的输出范围，同时，对半桥电路调整的平衡时间也可以由中央处理器控制，系统的稳定性得到加强。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种半桥电路ZCS实现方法，其特征在于，包括以下步骤， 步骤I :产生低端驱动电压和高端驱动电压的初始值，用以控制半桥电路的上下桥臂；步骤2 :将低端驱动电压与半桥电路输出的交流电压进行与运算，其运算的结果作为参考电压输出； 步骤3 :判断所述参考电压是否为高脉冲信号，若是，则转到步骤4 ;若否则转到步骤5 ； 步骤4 :增加低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，返回步骤2 ； 步骤5 :减少低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，返回步骤2。
2.根据权利要求I所述的半桥电路ZCS实现方法，其特征在于，所述步骤4中增加低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间具体为获取参考电压的脉冲宽度，获取低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位超前角度，根据所述相位超前角度增加所述低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位差，从而增加所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间。
3.根据权利要求I所述的半桥电路ZCS实现方法，其特征在于，所述步骤5中减少低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间具体为获取参考电压的脉冲宽度，获取低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位迟后角度，根据所述相位迟后角度减少所述低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位差，从而减少所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间。
4.一种半桥电路ZCS实现系统，其特征在于，包括运算器、半桥电路和与之相连接的中央处理器，所述运算器包括第一输入端，第二输入端和第一输出端， 所述半桥电路输出交流电压至运算器的第一输入端； 所述中央处理器输出用于驱动半桥电路的桥臂的低端驱动电压和高端驱动电压，所述低端驱动电压和高端驱动电压输出至所述半桥电路的两个桥臂，所述低端驱动电压输出至所述运算器的第二输入端； 所述运算器用于将所述交流电压和所述低端驱动电压进行与运算，并将运算结果作为参考电压，所述参考电压通过其第一输出端输出至中央处理器； 所述中央处理器根据所述输出电压，动态调整低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，改变所述半桥电路的触发相位。
5.根据权利要求4所述的半桥电路ZCS实现系统，其特征在于，所述中央处理器包括， 第一模块，用于产生低端驱动电压和高端驱动电压的初始值，并控制半桥电路的上下桥臂； 第二模块，用于将低端驱动电压与半桥电路输出的交流电压进行与运算，其运算的结果作为参考电压输出；判断所述参考电压是否为高脉冲信号，并根据判断结果控制第三模块； 第三模块，用于增加或减少低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间，并转到第一模块。
6.根据权利要求4所述的半桥电路ZCS实现系统，其特征在于，所述第二模块具体用于，判断所述参考电压是否为高脉冲信号，若是，则输出增加死区时间指令至第三模块；若否，则输出减少死区时间指令至第三模块。
7.根据权利要求4所述的半桥电路ZCS实现系统，其特征在于，所述第三模块具体用于获取来自第二模块的增加死区时间指令或者减少死区时间指令；当获取的是增加死区时间指令，计算参考电压的脉冲宽度而获得相位超前角度，根据所述相位超前角度增加所述低端驱动电压相对应高端驱动电压的相位差，从而增加所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间；或者， 当获取的是减少死区时间指令，计算参考电压的脉冲宽度而获得相位迟后角度，根据所述相位迟后角度减少所述低端驱动电压相对高端驱动电压的相位差，从而减少所述低端驱动电压和高端驱动电压的死区时间。
全文摘要
本发明公开了一种半桥电路ZCS实现方法和半桥电路ZCS实现系统，其中，所述半桥电路ZCS实现系统用双路PWM信号直接输出到大功率半桥逆变器的驱动器件中，利用软件动态调整PWM信号的占空比调节功率，利用软件调整两路PWM信号的相位差为来调整死区时间，从而实现功率器件在电流过零时触发，使得功率器件的开关损耗降到最低，扩大功率输出范围，同时系统的稳定性得到加强。
文档编号H02M1/088GK102624207SQ20121010269
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月9日 优先权日2012年4月9日
发明者郭士军 申请人:深圳市海一电器有限公司