无损缓冲的零电压软开关全桥PWM DC-DC变换器制造技术

无损缓冲的零电压软开关全桥ＰＷＭ　　ＤＣ－ＤＣ变换器，它涉及零电压软开关（ＺＶＳ）全桥ＰＷＭ　　ＤＣ－ＤＣ变换技术领域，它解决了现有的全桥ＺＶＳ　　ＰＷＭ－ＤＣ－ＤＣ变换器副边整流二极管存在反向电压过冲的问题。本发明专利技术的第一绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［１］）的源极端与第三绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［３］）的漏极端相连且此相连端（Ａ）与第三电感（Ｌ↓［Ｉｋ］）的另一端之间串联有第九电容（Ｃ↓［ｇ］），本发明专利技术还在高频变压器Ｔ的副边增加了一个无损缓冲电路，来减小整流二极管的反向电压过冲。本发明专利技术采用零电压技术后变换器效率可达到９０％以上，且在没有复杂化的基础上，同时解决了滞后桥臂零电压开关范围窄、占空比丢失严重、输出整流二极管在反向电压过冲等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及零电压软开关(ZVS)全桥PWM DC-DC变换

技术介绍
全桥变换器拓扑是国内外DC-DC变换器电路中最常用的电路拓扑之一，在中大功率应用场合更是首选拓扑，得到了广泛的研究。这主要是考虑到它具有功率开关器件电压电流额定值较小，功率变压器利用率较高等明显优点。为减小变换器体积，应提高开关频率，但同时带来较高的开关损耗，可以采用零电压技术解决。传统硬开关变换器的效率在70％～75％，采用零电压技术后变换器效率可达到90％以上。它在不改变拓扑结构的基础上，通过控制方法实现了全桥变换器开关器件的零电压开关，但它也存在滞后桥臂零电压开关范围窄、占空比丢失严重、输出整流二极管在反向电压过冲等不足之处。若能在零电压开关的前提下，解决自身的一些弱点而又不使电路结构过于复杂，将使全桥移相变换器在生产中获得更广泛的应用。如图1所示是全桥ZVS PWMDC-DC变换器的一种改进的拓扑结构，此电路拓扑加宽了变换器滞后桥臂零电压范围，但是副边整流二极管反向电压过冲问题没有解决。
技术实现思路
为了解决现有的全桥ZVS PWM DC-DC变换器副边整流二极管存在反向电压过冲的问题，本专利技术提供了一种无损缓冲的零电压软开关全桥PWMDC-DC变换器，所述变换器包括第一绝缘栅型场效应管Q1、第二绝缘栅型场效应管Q2、第三绝缘栅型场效应管Q3、第四绝缘栅型场效应管Q4、第一二极管D1、第一电容C1、第二二极管D2、第二电容C2、第三二极管D3、第三电容C3、第四二极管D4、第四电容C4、第五二极管D5、第五电容C5、第六二极管D6、第六电容C6、高频变压器T、第七二极管D7、第八二极管D8、第一电感La、第二电感Lf、第三电感LIk、滤波电容Cf和负载电阻R；第一绝缘栅型场效应管Q1、第二绝缘栅型场效应管Q2、第三绝缘栅型场效应管Q3和第四绝缘栅型场效应管Q4构成全桥DC-DC变换电路，第一二极管D1的两端分别并接在第一绝缘栅型场效应管Q1的漏极端和源极端之间，第一电容C1并联在第一二极管D1的两端，第二二极管D2的两端分别并接第二绝缘栅型场效应管Q2的漏极端和源极端之间，第二电容C2并联在第二二极管D2的两端，第三二极管D3的两端分别并接第三绝缘栅型场效应管Q3的漏极端和源极端之间，第三电容C3并联在第三二极管D3的两端，第四二极管D4的两端分别并接第四绝缘栅型场效应管Q4的漏极端和源极端之间，第四电容C4并联在第四二极管D4的两端；第二绝缘栅型场效应管Q2的源极端与第四绝缘栅型场效应管Q4的漏极端相连且此相连端B通过第一电感La连接第五二极管D5的正极端和第六二级管D6的负极端，第五二极管D5的负极端连接第二绝缘栅型场效应管Q2的漏极端，第六二级管D6的正极端连接第四绝缘栅型场效应管Q4的源极端，第五电容C5并联在第五二极管D5的两端，第六电容C6并联在第六二级管D6的两端；第二绝缘栅型场效应管Q2的源极端连接高频变压器T原边绕组的同名端，第三电感LIk的一端连接高频变压器T原边绕组的非同名端，高频变压器T的副边绕组的同名端连接第七二极管D7的正极端，第七二极管D7的负极端连接第二电感Lf的一端和第八二极管D8的负极端，第八二极管D8的正极端连接高频变压器T的副边绕组的非同名端，第二电感Lf的另一端与高频变压器T的副边绕组的中间抽头之间并接滤波电容Cf，滤波电容Cf的两端并接有负载电阻R；所述变换器还包括第七电容C7、第八电容C8、第九电容Cg、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12和第四电感Lg，第一绝缘栅型场效应管Q1的源极端与第三绝缘栅型场效应管Q3的漏极端相连且此相连端A与第三电感LIk的另一端之间串联有第九电容Cg，第七二极管D7的正极端连接第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端连接第九二极管D9的负极端和第十一二极管D11的正极端，第九二极管D9的正极端连接第七二极管D7的负极端、第八二极管D8的负极端和第十二极管D10的正极端，第十二极管D10的负极端连接第十二二极管D12的正极端和第八电容C8的一端，第八电容C8的另一端连接第八二极管D8的正极端，第十一二极管D11的负极端连接第四电感Lg的一端和第十二二极管D12的负极端，第四电感Lg的另一端连接第七二极管D7的负极端。如图2所示，本专利技术的第一绝缘栅型场效应管Q1、第二绝缘栅型场效应管Q2、第三绝缘栅型场效应管Q3、第四绝缘栅型场效应管Q4可以采用N沟道增强型MOSFET管；其中所有二极管都使用的是快恢复二极管。在这个电路中，滞后桥臂上并联一个由二极管(即第五二极管D5、第六二极管D6)、电容(即第五电容C5、第六电容C6)和电感(即第一电感La)组成的辅助电路，使滞后桥臂容易实现零电压开关。由于开关频率很高，高频变压器T会产生偏磁现象，所以本专利技术在原边串联一个隔直电容(即第九电容Cg)，这样就能避免偏磁的产生，提高功率变换的性能。本专利技术还在高频变压器T的副边增加了一个无损缓冲电路，来减小整流二极管的反向电压过冲，所述无损缓冲电路由第七电容C7、第八电容C8、第九二极管D9、第十二极管D10、第十一二极管D11、第十二二极管D12和第四电感Lg构成。下面分析本专利技术的工作原理，如图2所示，现在本专利技术的变换器的初始端增加直流电源电压Vin。本专利技术的变换器在半个周期内分为十个模态。在t0时刻，D3和Q4导通，VAB(如图2所示，VAB表示A、B点之间的电压)电压为零，高频变压器T原边电流处于续流状态，电感La电流ia也处于续流状态，它流过Q4和D6。(1)开关模态1。在t0时刻，Q4关断，ia、ip同时给C4充电，给C2放电，由于C2和C4的存在，Q4是零电压关断。此时VAB＝-VC4(即C4两端的电压)，VAB的极性由零变为负，高频变压器T副边绕组电势下正上负，整流用第八二极管D8导通。整流用第七二极管D7和D8同时导通，将高频变压器T副边绕组短接，这样高频变压器T副边绕组电压为零，原边绕组电压也为零。在t1时刻，当C4的电压上升到Vin时，D2自然导通，结束这一开关模态。(2)开关模态2。在t1时刻，D2自然导通，将Q2的电压钳制在零位，此时就可以开通Q2，Q2是零电压开通。由于电源电压Vin加在高频变压器T漏感两端，原边电流ip下降。到t2时刻，原边电流ip下降到零，二极管D2和D3自然关断，Q2和Q3将流过电流。(3)开关模态3。在t2时刻，原边电流ip由正值过零，并向负方向增加，此时Q2和Q3为原边电流ip提供通道，VAB＝-Vin，主功率回路给负载供电，辅助电感电流ia继续线性下降，直到下降到零，结束开关模态3。(4)开关模态4。从t3开始，La和辅助电容C5和C6谐振工作，ia反向增加，给C5放电，C6充电。在t4时刻，D7关断，D8流过全部负载电流，C6的电压上升到输入电源电压Vin，C5的电压下降到零，此时，D5导通，开关模态4结束。(5)开关模态5。在t4时刻，D8流过全部负载电流，此时，C7与高频变压器T副边漏感发生谐振。在t5时刻，C7的电压上升到4Vin/n(n为自然数，它表示高频变压器T的变比)，Lg是两个二极管的压降。D7的电压与C7的电压基本相等，从而D7的反向电压被限本文档来自技高网...

【技术保护点】
无损缓冲的零电压软开关全桥ＰＷＭＤＣ－ＤＣ变换器，所述变换器包括第一绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［１］）、第二绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［２］）、第三绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［３］）、第四绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［４］）、第一二极管（Ｄ↓［１］）、第 一电容（Ｃ↓［１］）、第二二极管（Ｄ↓［２］）、第二电容（Ｃ↓［２］）、第三二极管（Ｄ↓［３］）、第三电容（Ｃ↓［３］）、第四二极管（Ｄ↓［４］）、第四电容（Ｃ↓［４］）、第五二极管（Ｄ↓［５］）、第五电容（Ｃ↓［５］）、第六二极管（Ｄ↓［６］）、第六电容（Ｃ↓［６］）、高频变压器（Ｔ）、第七二极管（Ｄ↓［７］）、第八二极管（Ｄ↓［８］）、第一电感（Ｌ↓［α］）、第二电感（Ｌ↓［ｆ］）、第三电感（Ｌ↓［Ｉｋ］）、滤波电容（Ｃ↓［ｆ］）和负载电阻（Ｒ）；第一绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［１］）、第二绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［２］）、第三绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［３］）和第四绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［４］）构成全桥ＤＣ－ＤＣ变换电路，第一二极管（Ｄ↓［１］）的两端分别并接在第一绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［１］）的漏极端和源极端之间，第一电容（Ｃ↓［１］）并联在第一二极管（Ｄ↓［１］）的两端，第二二极管（Ｄ↓［２］）的两端分别并接第二绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［２］）的漏极端和源极端之间，第二电容（Ｃ↓［２］）并联在第二二极管（Ｄ↓［２］）的两端，第三二极管（Ｄ↓［３］）的两端分别并接第三绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［３］）的漏极端和源极端之间，第三电容（Ｃ↓［３］）并联在第三二极管（Ｄ↓［３］）的两端，第四二极管（Ｄ↓［４］）的两端分别并接第四绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［４］）的漏极端和源极端之间，第四电容（Ｃ↓［４］）并联在第四二极管（Ｄ↓［４］）的两端；第二绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［２］）的源极端与第四绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［４］）的漏极端相连且此相连端（Ｂ）通过第一电感（Ｌ↓［α］）连接第五二极管（Ｄ↓［５］）的正极端和第六二级管（Ｄ↓［６］）的负极端，第五二极管（Ｄ↓［５］）的负极端连接第二绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［２］）的漏极端，第六二级管（Ｄ↓［６］）的正极端连接第四绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［４］）的源极端，第五电容（Ｃ↓［５］）并联在第五二极管（Ｄ↓［５］）的两端，第六电容（Ｃ↓［６］）并联在第六二级管（Ｄ↓［６］）的两端；第二绝缘栅型场效应管（Ｑ↓［２］）的源极端连接高频变压器Ｔ原边绕组的同名端，第...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙铁成，刘鸿鹏，王宏佳，梁联，朱雪秦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]