一种宽范围软开关的移相全桥电路

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种宽范围软开关的移相全桥电路。

背景技术：

1、随着电力电子技术的发展，作为电能变换装置的dc-dc变换器的应用越来越广泛，隔离式全桥变换器由于高功率，输入输出电气隔离的优点，应用场合广泛，移相控制使得全桥变换器能够实现zvs软开关工作，进一步减少的变换器的通态损耗，提高了传输效率。移相全桥(psfb)转换器由于具有零电压开关、恒定频率调制和简单结构的能力，因此大多数应用于工业领域，例如广泛应用于对电能质量有着严格要求的航空航天、电力系统等场合中。新能源技术的发展，全桥电路，由于其固有的高功率，输入输出电气隔离的优点，在大功率电能变换装置中得到了广泛应用。而使用移相控制的全桥电路四个开关管交替导通，减小了psfb变换器的导通损耗。

2、然而，传统的psfb变换器存在一些众所周知的缺点，如zvs范围窄、存在初级环流、严重的次级电压振荡和占空比丢失。在许多应用中，输入相当恒定，但输出电压变化很大。一个典型的应用是电池充电，先用一个前端功率因数校正电路，后用一个隔离式dc-dc转换器。此类应用中的dc-dc转换器具有相当稳定的输入电压，其输出电压需要大幅变化，几乎为1:2。对于此类应用，psfb转换器因其自然zvs和简单结构而成为首选拓扑。然而，当这种转换器用于可变输出应用时，psfb转换器的缺点变得更加严重。

3、psfb变换器也有不能同时具有宽的软开关范围和小的次级侧占空比损失的缺点。这个缺点阻碍了变换器的高频和高效率。

4、现有的解决方法有多种，但都各有缺点。比如：可以增大一次侧变压器的串联电感，但是这种方式会增加电路损耗，而且在负载侧的占空比损耗也会增加，导致输出电压下降，不经济；也可以改变开关管的开关频率以实现软开关，但是这种方法只能在较低的负载功率运行时实现一次侧开关的zvs，有较大的局限性；还可以使用智能控制方法实现软开关，但是比较复杂。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明公开了一种宽范围软开关的移相全桥电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

3、(二)技术方案

4、本发明是根据控制辅助支路的导通时间和谐振电流来实现滞后支路软开关的一种方法。该方法通过调整辅助电路开关管的导通时间及谐振电感和谐振电容来调节流入滞后支路的电流，通过直接给滞后支路加入辅助电流，同时给滞后支路两个mos管的寄生电容充电(放电)或放电(充电)，在mos管打开之前就将寄生电容放电为零，解决了滞后支路的软开关问题。适用于宽负载范围下的带辅助电路的新型移相全桥控制电路psfb拓扑结构，与其他方案相比，能够减小导通损耗，改善电路的导通性能，提高工作效率，且在宽范围负载下也可以使用。

5、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

6、一种宽范围软开关的移相全桥电路，包括移相全桥电路和辅助电路，移相全桥电路由输入直流电源vin、第一mos开关管m1、第二mos开关管m2、第三mos开关管m3、第四mos开关管m4、第一整流二极管d1、第二整流二极管d2、第三整流二极管d3、第四整流二极管d4、输出电容c0、输出电感l0、输出电阻r0、变压器t组成，第一mos开关管m1和第三mos开关管m3串联后与输入直流电源vin并联在一起，第二mos开关管m2和第四mos开关管m4串联后与输入直流电源vin并联在一起，第一mos开关管m1和第三mos开关管m3之间的连接点为a点，第二mos开关管m2和第四mos开关管m4之间的连接点为b点，第一mos开关管m1、第三mos开关管m3均存在寄生电容clead，第二mos开关管m2、第四mos开关管m4均存在寄生电容clag，a点和b点与变压器t的一次侧连接在，a点与变压器t之间存在漏感lk，第一整流二极管d1与第三整流二极管d3连接于p点，第二整流二极管d2与第四整流二极管d4连接于q点，p点和q点分别与变压器t的负载侧相连，输出电容c0与输出电阻r0并联后与输出电感l0串联在第二整流二极管d2和第四整流二极管d4之间，辅助电路由第一辅助开关管mi1、第二辅助开关管mi2、第一谐振电容cr1、第一谐振电感lr1、第二辅助开关管mi2、第二谐振电容cr2、第二谐振电感lr2组成，第一辅助开关管mi1与第一谐振电容cr1、第一谐振电感lr1串联在第一mos开关管m1和b点之间，第二辅助开关管mi2与第二谐振电容cr2、第二谐振电感lr2串联在第三mos开关管m3和b点之间。

7、本发明的变压器t的一次侧电压为v1，变压器t的负载侧电压为v2，第一辅助开关管mi1两端电压为vmi1，第二辅助开关管mi2两端电压为vmi2。

8、本发明的第一mos开关管m1和第三mos开关管m3组成超前之路，第一mos开关管m1和第三mos开关管m3之间存在一个时间死区，第二mos开关管m2和第四mos开关管m4组成滞后支路，第二mos开关管m2和第四mos开关管m4之间也存在一个时间死区，第一辅助开关管mi1和第二辅助开关管mi2的驱动时间由滞后支路的开关时间确定，第一辅助开关管mi1负责第四mos开关管m4软开关的实现，第二辅助开关管mi2负责第三mos开关管m3软开关的实现，在第一辅助开关管mi1和第二辅助开关管mi2未开通的时候，第一谐振电容cr1、第一谐振电感lr1、第二谐振电容cr2、第二谐振电感lr2通过变压器t进行充电，第一辅助开关管mi1和第二辅助开关管mi2也在此时承受稳定的电压。

9、本发明通过调整辅助电路的第一辅助开关管mi1和第二辅助开关管mi2的导通时间及第一谐振电容cr1、第一谐振电感lr1、第二谐振电容cr2、第二谐振电感lr2来调节流入滞后支路的电流，通过直接给滞后支路加入辅助电流，同时给滞后支路中第二mos开关管m2和第四mos开关管m4的寄生电容clag进行充电或放电，在第二mos开关管m2或第四mos开关管m4打开之前就将寄生电容clag放电至零，解决了滞后支路的软开关问题。

10、本发明的第二mos开关管m2开通之前，第二辅助开关管mi2已经打开，第二谐振电容cr2、第二谐振电感lr2开始产生谐振，存储在第二谐振电容cr2、第二谐振电感lr2里的能量通过变压器t、第二mos开关管m2、第二辅助开关管mi2形成回路，流入第二谐振电容cr2的电流ii2方向和第二mos开关管m2两端的电压方向相反，给第二mos开关管m2的寄生电容clag放电，在第二mos开关管m2开通之前将其电压放电为零，从而实现零电压开关zvs软开关开通。

11、本发明的第四mos开关管m4开通之前，第一辅助开关管mi1已经打开，第一谐振电容cr1、第一谐振电感lr1开始产生谐振，存储在第一谐振电容cr1、第一谐振电感lr1里的能量通过变压器t、第四mos开关管m4、第一辅助开关管mi1形成回路，流入第一谐振电容cr1的电流ii1方向和第四mos开关管m4两端的电压方向相反，给第四mos开关管m4的寄生电容clag放电，在第四mos开关管m4开通之前将其电压放电为零，从而实现零电压开关zvs开通。

12、本发明的第一辅助开关管mi1或第二辅助开关管mi2关闭后，辅助电路继续通过变压器t进行充电，该过程结束。

13、本发明的第二mos开关管m2、第四mos开关管m4存储的能量为其中vin表示输入直流电源vin的输出电压。

14、本发明为了实现移相全桥控制电路psfb各桥臂上的mos开关管的零电压开关zvs工作，必须对待开通的mos开关管的寄生电容进行放电，同时，同一桥臂的另一只mos开关管的寄生电容必须进行充电，所以他们之间的能量关系必须满足：

15、

16、其中，其中ip表示流过漏感lk的电流，eaux为辅助电路所存储的能量。

17、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

18、(1)电路结构更加稳定、可靠,适用于大功率的开关电源,成本低、结构简单，能改善传统移相全桥控制电路psfb的不足。

19、(2)可降低开关管的mos管在开通关断时的能量损耗。

20、(3)能够在较宽的负载范围内实现滞后支路零电压开关和占空比丢失。

21、(4)散热也得到了改善，可宽范围内实现软开关。