一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器制造技術

本發明專利技術公開了一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器，包括直流電源Vin、第一逆變橋臂和第二逆變橋臂、耦合電感、整流電路、輔助電容、隔離變壓器及濾波電路。本發明專利技術采用移相控制方式，由于原邊加入了輔助耦合電感和輔助電容，副邊加入輔助整流電路，該變換器在寬輸入范圍條件下都工作在較大的占空比狀態，原邊環流損耗小，原邊所有開關管在全負載范圍內實現零電壓開關，且輔助網絡的能量隨負載的變化而自適應的變化，減小了重載時輔助網絡帶來的損耗，同時輸出濾波電感電流紋波小，降低了輸出噪聲。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器，包括直流電源Vin、第一逆變橋臂和第二逆變橋臂、耦合電感、整流電路、輔助電容、隔離變壓器及濾波電路。本專利技術采用移相控制方式，由于原邊加入了輔助耦合電感和輔助電容，副邊加入輔助整流電路，該變換器在寬輸入范圍條件下都工作在較大的占空比狀態，原邊環流損耗小，原邊所有開關管在全負載范圍內實現零電壓開關，且輔助網絡的能量隨負載的變化而自適應的變化，減小了重載時輔助網絡帶來的損耗，同時輸出濾波電感電流紋波小，降低了輸出噪聲。【專利說明】一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器
本專利技術涉及一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器。
技術介紹
目前很多標準都從節能的角度對電源效率提出了嚴格的要求，希望變換器在整個輸入范圍和負載范圍內都能高效工作。零電壓移相控制全橋變換器由于綜合了 PWM開關和諧振型開關的優點，在開關過程中，利用諧振技術實現零電壓/零電流開關，開關過程結束后又回到普通的PWM狀態，它同時具備了開關損耗小，通態損耗低及PWM調壓等優點，因此在中大功率的直流變換場合受到廣泛的青睞。傳統的移相控制零電壓開關全橋變換器在負載較輕時滯后臂會失去軟開關，為此可以增加變壓器漏感或串聯諧振電感，但這會帶來變壓器二次側占空比的丟失，導致需要減小變壓器原副邊匝比來補償丟失的占空比，這使得效率降低。同時為了滿足寬輸入電壓范圍和掉電保持要求，變壓器必須被設計補償低輸入電壓時輸出功率，因此原副邊匝比小使得變換器在正常工作時的占空比小，增加原邊環流時間，增大了副邊寄生振蕩峰值和輸出紋波電流。而較寬的環流時間引起原邊較大的環流損耗，大大降低了變換器在正常工作時的變換效率。為了解決原邊環流損耗問題，Koo G B, Moon G ff, and Youn M J,“Newzero-voltage-switching phase-shift full-bridge converter with low conductionlosses,，，IEEE Transactions on Industrial Electronics,2005,52 (I):228-235 提出了一種采用升壓電容來減少環流電流的方法，如附圖1所示，其電路簡單，僅僅用一個無源元件使得環流損耗大大降低，但是原邊環流的減小同時也影響了開關管的ZVS范圍。ChoI,Cho K, Kim J, “A new phase shifted full bridge converter with maximum dutyoperation for server power system,IEEE Transactions on Power Electronics,2011,26(12):3491-3500公開了一種改變原邊匝數來減小原邊環流損耗的直流變換器，如附圖2所示，使變換器工作在正常模式和掉電模式兩種狀態，有效的減小了原邊環流損耗且控制簡單，但是原邊需要增加兩個功率管，并且滯后管在掉電模式時電流應力大。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對上述變換器所存在的技術缺陷提供一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器，該變換器不僅能夠在寬輸入范圍內減小原邊環流損耗，而且同時在全負載范圍內實現原邊開關管的軟開關特性，提高了變換效率。本專利技術為實現上述目的，采用如下技術方案:本專利技術的一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器，包括直流電源、結構相同的第一逆變橋臂和第二逆變橋臂、隔離變壓器、主整流電路以及濾波電路，其中每個逆變橋臂都包括二個開關管、二個體二極管和二個寄生電容，第一開關管的漏極分別與第一體二極管陰極、第一寄生電容的一端連接構成逆變橋臂的正輸入端，第一開關管的源極分別與第一體二極管陽極、第一寄生電容的另一端、第二開關管的漏極、第二體二極管陰極、第二寄生電容的一端連接構成逆變橋臂的輸出端，第二開關管的源極分別與第二體二極管陽極、第二寄生電容的另一端連接構成逆變橋臂的負輸入端，直流電源的正極分別接第一逆變橋臂和第二逆變橋臂的正輸入端，直流電源的負極分別接第一逆變橋臂和第二逆變橋臂的負輸入端，隔離變壓器原邊繞組具有一中心抽頭，其特征在于:還包括由輔助耦合電感、輔助電容、輔助整流電路構成的輔助網絡；其中輔助耦合電感原邊繞組的一端接第一逆變橋臂的輸出端，另一端接隔離變壓器原邊繞組的一端，隔離變壓器原邊繞組的另一端接輔助耦合電感副邊繞組中與耦合電感原邊繞組接第一逆變橋臂的輸出端是異名端的一端，而輔助耦合電感副邊繞組的另一端接第二逆變橋臂的輸出端，輔助電容的一端接隔離變壓器的中心抽頭，另一端接直流電源的負極，隔離變壓器副邊由相同匝數的主繞組Nsl、Ns2和相同匝數的輔助繞組Ns3、Ns4構成，繞組Nsl、Ns2的異名端串聯，串聯點連接到濾波電路的負端，繞組Nsl同名端和Ns3的異名端串聯，繞組Ns2的異名端和Ns4的同名端串聯，Nsl和Ns3的串聯點以及Ns2和Ns4的串聯點分別連接到主整流電路輸入端，繞組Ns3另一端的同名端和Ns4另一端的異名端分別連接到輔助整流電路的輸入端，主整流電路和輔助整流電路的輸出端連接到濾波電路的正端。所述輔助整流電路中整流二極管(Dk4、De3)的陰極串聯后連接到輔助開關管(Q5)的漏極，二極管的陽極組成輔助整流電路的輸入端，輔助開關管的源極構成輔助整流電路的輸出端，所述輔助耦合電感原副邊繞組匝比為1:1。本專利技術與原有技術相比的主要技術特點是，由于副邊增加了輔助整流電路(7)，通過改變副邊匝數使新型變換器在正常模式和掉電模式都工作在較大占空比，不僅環流階段持續時間短，環流損耗小，控制電路簡單，而且傳統變換器的優勢也被保持；同時由于原邊加入了由輔助耦合電感(3)和輔助電容(6)組成的輔助網絡，輔助耦合電感能量隨著負載變化自適應調整，使得原邊開關管在全負載范圍內都能實現零電壓關斷，又由于輔助耦合電感的引入，使得原邊漏感可以取得很小，因此副邊整流輸出電壓振蕩得到了很好的抑制，且副邊幾乎不存在占空比的丟失，同時濾波電感電流紋波減小，降低了導通損耗和輸出噪聲。【專利附圖】【附圖說明】附圖1是原邊采用升壓電容的移相全橋變換器電路結構示意圖。附圖2是改變原邊匝數的移相全橋變換器電路結構示意圖。附圖3是本專利技術的一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器電路結構示意圖。附圖4是本專利技術的一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器中輔助耦合電感等效后的電路結構不意圖。附圖5是本專利技術的一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器正常工作模式下的穩態電路結構示意圖。附圖6是本專利技術的一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器掉電工作模式下的穩態電路結構示意圖。附圖7是本專利技術的一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器主要工作波形示意圖。附圖8?附圖13是本專利技術的一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器的各開關豐旲態不意圖。上述附圖中的主要符號名稱:Vin、電源電壓。Q1NQ6、功率開關管。、寄生電容。D1-D6、體二極管。Ca、輔助電容。La、輔助耦合電感。T,、隔離變壓器。Lk、隔離變壓器漏感。Npl，Np2、隔離變壓器原邊繞組。Nsl、Ns2、Ns3、Ns4隔離變壓器副邊繞組。L,、串聯諧振電感。Lm、激磁電感。Dr1、DK2、DK本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種減小環流損耗的軟開關全橋直流變換器，包括直流電源(1)、結構相同的第一逆變橋臂(2)和第二逆變橋臂(4)、隔離變壓器(5)、主整流電路(8)以及濾波電路(9)，其中每個逆變橋臂都包括二個開關管、二個體二極管和二個寄生電容，第一開關管的漏極分別與第一體二極管陰極、第一寄生電容的一端連接構成逆變橋臂的正輸入端，第一開關管的源極分別與第一體二極管陽極、第一寄生電容的另一端、第二開關管的漏極、第二體二極管陰極、第二寄生電容的一端連接構成逆變橋臂的輸出端，第二開關管的源極分別與第二體二極管陽極、第二寄生電容的另一端連接構成逆變橋臂的負輸入端，直流電源(1)的正極分別接第一逆變橋臂(2)和第二逆變橋臂(4)的正輸入端，直流電源(1)的負極分別接第一逆變橋臂(2)和第二逆變橋臂(4)的負輸入端，隔離變壓器(5)原邊繞組具有一中心抽頭，其特征在于：?還包括由輔助耦合電感(3)、輔助電容(6)、輔助整流電路(7)構成的輔助網絡；其中輔助耦合電感(3)原邊繞組的一端接第一逆變橋臂的輸出端，另一端接隔離變壓器(5)原邊繞組的一端，隔離變壓器原邊繞組的另一端接輔助耦合電感副邊繞組中與耦合電感原邊繞組接第一逆變橋臂的輸出端是異名端的一端，而輔助耦合電感副邊繞組的另一端接第二逆變橋臂的輸出端，輔助電容的一端接隔離變壓器的中心抽頭，另一端接直流電源(1)的負極，隔離變壓器(5)副邊由相同匝數的主繞組Ns1、Ns2和相同匝數的輔助繞組Ns3、Ns4構成，繞組Ns1、Ns2的異名端串聯，串聯點連接到濾波電路(9)的負端，繞組Ns1同名端和Ns3的異名端串聯，繞組Ns2的異名端和Ns4的同名端串聯，Ns1和Ns3的串聯點以及Ns2和Ns4的串聯點分別連接到主整流電路(8)輸入端，繞組Ns3另一端的同名端和Ns4另一端的異名端分別連接到輔助整流電路(7)的輸入端，主整流電路(8)和輔助整流電路(7)的輸出端連接到濾波電路(9)的正端。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳仲，汪洋，王志輝，
申請(專利權)人：陳仲，
類型：發明
國別省市：