一种移相全桥变换器软开关电路

摘要

本申请属于全桥变换器软开关设计技术领域，特别涉及一种移相全桥变换器软开关电路，包括：全桥逆变器、变压器、整流滤波器；四个辅助电容，每个辅助电容对应与全桥逆变器的一个主功率开关并联；两个辅助电感，每个辅助电感对应串联在变压器原边的一端。

说明书

技术领域

本申请属于全桥变换器软开关设计技术领域，特别涉及一种移相全桥变换器软开关电路。

背景技术

中大功率型DC/DC变换器的拓扑结构一般采用全桥电路，随着新型功率开关器件的出现，全桥电路中开关频率逐渐提升，致使出现开关损耗大、容性开通、感性关断、二极管反向恢复、di/dt和du/dt冲击较大及电磁干扰等问题，为此，提出了软开关的概念，但受限于受负载大小和变压器漏感中存储的能量，软开关的实现范围有限，当前存在以下方式克服软开关实现范围有限的问题：

1)在变压器原边加隔直电容和饱和电感，该种方式可一定程度上拓宽软开关实现范围，通态损耗较小，以及能够减小占空比丢失及变压器副边整流二极管谐振尖峰，但该种方式存在饱和电感的设计和磁性材料选择困难问题，且饱和电感在正饱和与负饱和间交替工作，工作频率较高，导致饱和电感的损耗大，磁芯发热严重，此外，饱和电感量由最高输入电压决定，当输入电压较低时，副边占空比丢失严重，电源整体效率较低；

2)增加隔直电容并在滞后桥臂中串入两个二极管，该种方式可有效解决饱和电感发热的问题，结构简单，容易实现，但是由于在滞后臂串入二极管，致使变压器原边在滞后桥臂功率开关导通时增加了一个二极管的导通损耗，降低电源效率；

3)在变压器副边加入有源开关、箝位电容，该种方式没有增加耗能元件，导通损耗较小，但加入了有源元件，增加了控制的复杂度，此外，由于有源开关工作于硬开关状态，具有极高的开关频率，产生较大的开关损耗，导致电源效率较低；

4)在变压器副边加入辅助绕组、整流桥、辅助电容、辅助二极管，该种方式可在一定程度上拓宽软开关实现范围，且变压器副边占空比丢失小，整流二极管应力小，但其辅助电路复杂，且由于副边绕组的加入增加了工艺难度与系统成本；

5)在变压器副边加入由电阻、电容、二级管组成的箝位电路，该种方式可有效抑制副边二极管的电压过冲，导通损耗低，但电路损耗较大，效率较低；

由此上述可知，现有克服全桥变换器软开关实现范围有限问题的方式，仅能在有限范围内拓宽软开关实现范围，不能在全负载范围内实现软开关，且伴随有占空比丢失严重、系统效率低、实现困难以及电磁干扰等问题。

鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。

需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供一种移相全桥变换器软开关电路。

本申请的技术方案是：

一种移相全桥变换器软开关电路，包括：

全桥变换器，包括：全桥逆变器、变压器、整流滤波器；

四个辅助电容，每个辅助电容对应与全桥逆变器的一个主功率开关并联；

两个辅助电感，每个辅助电感对应串联在变压器原边的一端。

优选的是，上述的移相全桥变换器软开关电路中，还包括：

驱动电感，串联在变压器原边的一端。

优选的是，上述的移相全桥变换器软开关电路中，还包括：

隔直电容，串联在变压器原边的一端。

优选的是，上述的移相全桥变换器软开关电路中，整流滤波器采用电容滤波。

附图说明

图1是本申请提供的移相全桥变换器软开关电路的工作示意图；

图2是本申请提供的移相全桥变换器软开关电路各工作模态波形图；

图3是本申请提供的移相全桥变换器软开关电路工作模态4的波形；

其中，

V

V

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；此外，附图用于示例性说明，其中描述位置关系的用语仅限于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

下面结合附图1至图3对本申请做进一步详细说明。

一种移相全桥变换器软开关电路，包括：

全桥变换器，包括：全桥逆变器、变压器T、整流滤波器；

四个辅助电容C

两个辅助电感L

对于上述实施例公开的移相全桥变换器软开关电路，领域内技术人员可以理解的是，可通过控制其全桥逆变器的功率开关S

对于上述实施例公开的移相全桥变换器软开关电路，领域内技术人员还可以理解的是，其在变压器T原边接入四个辅助电容C

在一些可选实施方式中，上述的移相全桥变换器软开关电路中，还包括：

驱动电感L

在一些可选实施方式中，上述的移相全桥变换器软开关电路中，还包括：

隔直电容C

在一些可选实施方式中，上述的移相全桥变换器软开关电路中，整流滤波器采用电容滤波，以将整流滤波器中整流二极管D

对于以上实施例公开的移相全桥变换器软开关电路，领域内技术人员可以理解的是，其在其在变压器T原边接入四个辅助电容C

领域内技术人员容易理解的是，上述实施例公开的移相全桥变换器软开关电路，通过控制S

上述实施例公开的移相全桥变换器软开关电路要实现全负载范围内的零电压开关，则需在功率开关导通前，满足一下能量条件来抽走功率开关电容上的电荷、变压器寄生电容CTR上的电荷：

其中，Ci对应主功率开关的结电容及其外部附加电容，其大小都等于C，Vin为输入电压。

上述实施例公开的移相全桥变换器软开关电路中，在超前桥臂开通前，变压器漏感与滤波电感等效为串联关系，因为滤波电感在实际电路中非常大，因此可以将其等效为一个恒流源，所以用来实现超前桥臂零电压开通的能量足够大，很容易满足上式。在轻载条件下，输出电流减小，可能会使得变换器的漏感不足以提供滞后桥臂实现软开关的条件，因此增加辅助电感。为了使滞后桥臂功率开关实现零电压开通，存储在变压器漏感和辅助电感中的能量应该足够大以使得对应的功率开关能够完成充电和放电，满足下式所示的能量关系：

其中，I

其中，D

上述实施例公开的移相全桥变换器软开关电路中，因为输出滤波电感很大，其电流脉动很小，为了满足实现软开关所需要的能量条件，辅助电感的选取需满足下式：

其中，K为变压器变比；

联立上述两式可得：

由上式可知，只要并联网络的辅助电感小于恰好能实现软开关的电感值，即能实现滞后桥臂在全负载下的软开关。

对于上述实施例公开的移相全桥变换器软开关电路，领域内技术人员人员容易理解的是，由于变压器漏感很小，在变压器轻载条件下，仅靠变压器漏感的能量很难实现滞后桥臂开关的软开关，滞后桥臂的零电压开通必须依赖于辅助电感存储的能量，当电路中的能量不满足式(2)时，可通过调节辅助电感的大小或者适当增加辅助电感的充电时间实现功率开关的零电压开通，进而可以实现滞后桥臂在全负载范围内的软开关。

上述实施例公开的移相全桥变换器软开关电路增加了辅助网络，在实现了移相全桥变换器全负载范围软开关的同时，由于滞后桥臂的开通不依赖于变压器漏感，变压器漏感可以取值很小，增加的电感取值也较小，因此可有效减小副边占空比丢失问题，此外，设计驱动电感作为副边整流二极管的驱动电流源，滤波电容将副边整流二极管的电压箝位至输出电压，可消除了输出二极管上的电压尖峰和电压振荡，由于二极管的电压尖峰和二极管的反向恢复现象是电磁干扰的重要来源，原边接入的电感可以驱动副边的整流二极管，辅助网络的电感可以实现滞后桥臂的软开关，能够有效减小副边整流二极管电压谐振尖峰，以此能够改善电磁干扰性能，由于增加的辅助网络均为无源器件，不会产生能量损耗，可有效提升变换器的转换效率。

上述实施例公开的移相全桥变换器软开关电路，在一个开关周期Ts内，具有14种开关模态，由于电路的对称形结构设计，在此仅对半个周期内的工作模态进行说明，如下：

变压器的原副边匝比为K，L

功率开关S

辅助电感相等；

工作模态1，(t

因为实际的变压器励磁电感L

v

上式中，v

当副边电压达到输出电压V

工作模态2，(t

其中，v

联立上述两式可得i

直到t

因此，t

工作模态3，(t

因此i

其中，t

当功率开关S4的栅极驱动电压为零时结束这一工作模态。结束时间t3的计算公式如下：

工作模态4，(t

结合上式，进而可以计算出原边电流i

当C3放电到零，C4充电到输入电压V

工作模态5，(t

该工作模态是功率开关S

工作模态6，(t

工作模态7，(t

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本申请的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本申请的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本申请的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。