零压零流软开关变换器制造技术

本发明专利技术公开一种零压零流软开关变换器，包括带有主功率开关和功率二极管的基本电路，还包括辅助功率开关、第一二、二极管、谐振电容、谐振电感。其特征是：在升压式变换器的储能电感和功率二极管间串入谐振电感，使得变换器主功率开关损耗和功率二极管关断时的电流应力大为减小。同时，实现了主功率开关、辅助功率开关及辅助二极管的软开关。因而，变换器的变换效率高。这一技术可以推广应用到任一种形式的脉宽调制型变换器。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种零压零流软开关变换器。现有的基本升压式变换器(附图说明图1所示)的原理电路，由于功率开关S和功率二极管D工作时存在导通损耗和开关损耗，导致变换效率低。另外，在功率开关S开通过程中，功率二极管D处于反向恢复状态，这会在功率开关S和功率二极管D中引起较大的电流尖峰。还有，若功率开关为场效应管(MOSFET)，则在其开通过程中因泄放存储在寄生电容中的电荷而产生损耗。随着频率的增加，与功率开关S和功率二极管D相关的损耗会线性增大。因此，降低升压式变换器功率开关S和功率二极管D的损耗，能够提高变换器的整体效率。为此人们进行了许多研究，如文献美国专利，US 05418704 05/23/1995 Zero-voltage-transition pulse-width-modulated converter.美国专利，US 05736842 04/07/1998 Technique for reducing rectifierreverse-recovery-related losses in high-voltage high-power converters.美国专利，US 0544636608/29/1995 Boost converter power supply with reduced losses,control circuit and method therefor.美国专利，US 06051961 04/18/2000 Soft-switching cell for reducing switching losses in pulse-width-modulated converters.提出的方案。这些方案均试图降低功率开关S和功率二极管D的损耗，并通过附加一由辅助电感、辅助开关等组成的辅助支路来达到这一目的。然而文献提出的方案均存在着缺陷。文献提出的方案存在的主要缺陷有二一是辅助功率开关Sa关断时为硬开关，其开关损耗比没有辅助功率开关Sa时的主功率开关S的关断损耗还要大；二是在辅助功率开关Sa关断后，谐振电感Lr与辅助功率开关Sa的结电容间会产生谐振，从而影响变换器正常工作。文献、提出的方案的主要缺陷是主功率开关S承受的电压应力大，为输出电压Vo与Cr上的电压Vc之和，即Vo+Vc。文献提出的方案的主要缺陷有二一是主功率开关S、辅助功率开关Sa承受的电压应力大，为输出电压Vo与Cr上的电压Vc之和，即Vo+Vc；二是辅助功率开关Sa为硬开关，其功率损耗大。另外，文献、、、提出的方案中，主功率开关S和辅助功率开关Sa，未能实现零电流关断(ZCS)，因此，只适合用功率场效应管，即MOS管。在这些方案中，若用绝缘栅型双极性晶体管，即IGBT管，则因IGBT存在关断电流拖尾而导致关断损耗增大，变换效率降低。因此，文献、、、提出的方案不适合使用IGBT。本专利技术的目的就是为了解决以上问题，提供一种零压零流软开关变换器，尽可能减小负面影响的前提下，实现主功率开关、辅助功率开关及二极管的软开关。为实现上述目的，本专利技术提出一种零压零流软开关变换器，包括带有主功率开关和功率二极管的基本电路，其特征是还包括辅助功率开关、第一二、二极管、谐振电容、谐振电感；所述辅助功率开关、第一二、二极管和主功率开关形成第一回路，并且，辅助功率开关、第一二极管还与谐振电容、谐振电感形成第二回路。由于采用了以上的方案，通过辅助功率开关管、谐振电容、谐振电感和二极管的相互配合，恰当地控制两个回路的电流，实现了主功率开关、辅助功率开关及二极管的软开关，变换效率高；主功率开关和辅助功率开关的电压应力没有增大；谐振电感中最大电流没有增加，仍为。主功率开关和辅助功率开关既可为功率场效应管，即MOS管，也可为绝缘栅型双极性晶体管，即IGBT管，因此更具有应用的广泛性和实用性。图1是基本升压式变换器原理电路。图2a是文献提出的ZVT软开关变换器原理电路。图2b是文献提出的ZVT软开关变换器开关信号示意图。图3a是文献提出的软开关变换器原理电路。图3b是文献提出的ZVT软开关变换器开关信号示意图。图4a是文献提出的软开关变换器原理电路。图4b是文献提出的ZVT软开关变换器开关信号示意图。图5a是文献提出的软开关变换器原理电路。图5b是文献提出的ZVT软开关变换器开关信号示意图。图6是本文提出的一种软开关变换器原理电路。图7是本文提出的软开关变换器改进型的原理电路。图8是图6在一个开关周期内的十一种工作模式。图9是图6在一个开关周期内主要工作波形。图10是图6中Lf和Lr耦合形式的原理电路。图11是图6在功率因数校正电路中的应用。图12是本方案在降压式变换器中的应用。图13是本方案在升降压式变换器中的应用。图14是本方案在反激变换器中的应用。图15是本方案在正激变换器中的应用。图16是本方案在交错正激变换器中的应用。图17是本方案在双管正激变换器中的应用。图18是本方案在全桥变换器中的应用。图19是本方案在三相桥变换器中的应用。下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术作进一步详细的描述。本专利技术的零压零流软开关变换器包括带有主功率开关S和功率二极管Df的基本电路，其特征是还包括辅助功率开关Sa、第一二、二极管Da、Db、谐振电容Cr、谐振电感Lr；所述辅助功率开关Sa、第一二、二极管Da、Db和主功率开关S形成第一回路，并且，辅助功率开关Sa、第一二极管Da还与谐振电容Cr、谐振电感Lr形成第二回路。针对不同的基本电路，如升压式、降压式等，所述的第一回路和第二回路中各元件的连接关系略有不同，下面先以升压式变换器为例进行说明。实施例一图6所示是本专利技术用于升压式变换器的示意图(即其基本电路是升压式变换器)，它还包括一个储能电感Lf，所述储能电感Lf接于主回路上，其一端接主回路直流输入端Vin正端；功率二极管Df也接于主回路上，其阴极接主回路直流输出端正端；谐振电感Lr接于储能电感Lf和功率二极管Df阳极之间；所述主功率开关管S跨接于主回路上，正端位于储能电感Lf和谐振电感Lr之间，所述谐振电容Cr一端接于功率二极管Df阳极，一端接第二二极管Db阳极，第二二极管Db阴极接主回路负端；辅助功率开关Sa正端接主功率开关S正端，负端接第一二极管Da阳极，第一二极管Da阴极接第二二极管Db阳极。图7是本实施例的改进型电路，其中的第三二极管Dc、稳压二极管Dz用来防止主功率开关S可能产生的寄生振荡，二者阴极相连，其中第三二极管Dc阳极与主功率率开关管S正端相连，稳压二极管Dz阳极与功率二极管Df阴极相连。所述储能电感Lf和谐振电感Lr还可以相互耦合，如图10所示。现就图6对本专利技术的工作原理进行介绍。在一个开关周期内，有十一种工作模式，如图8(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、(j)、(k)所示，图9为一个开关周期内的主要波形示图，分述如下模式1:t＜to阶段。主功率开关S和辅助开关Sa均关断，电流通过二极管Df流向负载。辅助电路的电容Cr电压为变换器输出电压V0。模式2:阶段。在t=t0时，开通辅助开关Sa。由于电感Lr的存在，使得二极管Df中的电流不能突变，因此二极管Df的关断过程被软化，二极管D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零压零流软开关变换器，包括带有主功率开关（Ｓ）和功率二极管（Ｄｆ）的基本电路，其特征是：还包括辅助功率开关（Ｓａ）、第一二、二极管（Ｄａ、Ｄｂ）、谐振电容（Ｃｒ）、谐振电感（Ｌｒ）；所述辅助功率开关（Ｓａ）、第一二、二极管（Ｄａ、Ｄｂ）和主功率开关（Ｓ）形成第一回路，并且，辅助功率开关（Ｓａ）、第一二极管（Ｄａ）还与谐振电容（Ｃｒ）、谐振电感（Ｌｒ）形成第二回路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：史立生，
申请(专利权)人：艾默生网络能源有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]