一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器，包括直流电源Vin、第一逆变桥臂和第二逆变桥臂、耦合电感、整流电路、辅助电容、隔离变压器及滤波电路。本发明专利技术采用移相控制方式，由于原边加入了辅助耦合电感和辅助电容，副边加入辅助整流电路，该变换器在宽输入范围条件下都工作在较大的占空比状态，原边环流损耗小，原边所有开关管在全负载范围内实现零电压开关，且辅助网络的能量随负载的变化而自适应的变化，减小了重载时辅助网络带来的损耗，同时输出滤波电感电流纹波小，降低了输出噪声。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器，包括直流电源Vin、第一逆变桥臂和第二逆变桥臂、耦合电感、整流电路、辅助电容、隔离变压器及滤波电路。本专利技术采用移相控制方式，由于原边加入了辅助耦合电感和辅助电容，副边加入辅助整流电路，该变换器在宽输入范围条件下都工作在较大的占空比状态，原边环流损耗小，原边所有开关管在全负载范围内实现零电压开关，且辅助网络的能量随负载的变化而自适应的变化，减小了重载时辅助网络带来的损耗，同时输出滤波电感电流纹波小，降低了输出噪声。【专利说明】一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器
本专利技术涉及一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器。
技术介绍
目前很多标准都从节能的角度对电源效率提出了严格的要求，希望变换器在整个输入范围和负载范围内都能高效工作。零电压移相控制全桥变换器由于综合了 PWM开关和谐振型开关的优点，在开关过程中，利用谐振技术实现零电压/零电流开关，开关过程结束后又回到普通的PWM状态，它同时具备了开关损耗小，通态损耗低及PWM调压等优点，因此在中大功率的直流变换场合受到广泛的青睐。传统的移相控制零电压开关全桥变换器在负载较轻时滞后臂会失去软开关，为此可以增加变压器漏感或串联谐振电感，但这会带来变压器二次侧占空比的丢失，导致需要减小变压器原副边匝比来补偿丢失的占空比，这使得效率降低。同时为了满足宽输入电压范围和掉电保持要求，变压器必须被设计补偿低输入电压时输出功率，因此原副边匝比小使得变换器在正常工作时的占空比小，增加原边环流时间，增大了副边寄生振荡峰值和输出纹波电流。而较宽的环流时间引起原边较大的环流损耗，大大降低了变换器在正常工作时的变换效率。为了解决原边环流损耗问题，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 提出了一种采用升压电容来减少环流电流的方法，如附图1所示，其电路简单，仅仅用一个无源元件使得环流损耗大大降低，但是原边环流的减小同时也影响了开关管的ZVS范围。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公开了一种改变原边匝数来减小原边环流损耗的直流变换器，如附图2所示，使变换器工作在正常模式和掉电模式两种状态，有效的减小了原边环流损耗且控制简单，但是原边需要增加两个功率管，并且滞后管在掉电模式时电流应力大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述变换器所存在的技术缺陷提供一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器，该变换器不仅能够在宽输入范围内减小原边环流损耗，而且同时在全负载范围内实现原边开关管的软开关特性，提高了变换效率。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案:本专利技术的一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器，包括直流电源、结构相同的第一逆变桥臂和第二逆变桥臂、隔离变压器、主整流电路以及滤波电路，其中每个逆变桥臂都包括二个开关管、二个体二极管和二个寄生电容，第一开关管的漏极分别与第一体二极管阴极、第一寄生电容的一端连接构成逆变桥臂的正输入端，第一开关管的源极分别与第一体二极管阳极、第一寄生电容的另一端、第二开关管的漏极、第二体二极管阴极、第二寄生电容的一端连接构成逆变桥臂的输出端，第二开关管的源极分别与第二体二极管阳极、第二寄生电容的另一端连接构成逆变桥臂的负输入端，直流电源的正极分别接第一逆变桥臂和第二逆变桥臂的正输入端，直流电源的负极分别接第一逆变桥臂和第二逆变桥臂的负输入端，隔离变压器原边绕组具有一中心抽头，其特征在于:还包括由辅助耦合电感、辅助电容、辅助整流电路构成的辅助网络；其中辅助耦合电感原边绕组的一端接第一逆变桥臂的输出端，另一端接隔离变压器原边绕组的一端，隔离变压器原边绕组的另一端接辅助耦合电感副边绕组中与耦合电感原边绕组接第一逆变桥臂的输出端是异名端的一端，而辅助耦合电感副边绕组的另一端接第二逆变桥臂的输出端，辅助电容的一端接隔离变压器的中心抽头，另一端接直流电源的负极，隔离变压器副边由相同匝数的主绕组Nsl、Ns2和相同匝数的辅助绕组Ns3、Ns4构成，绕组Nsl、Ns2的异名端串联，串联点连接到滤波电路的负端，绕组Nsl同名端和Ns3的异名端串联，绕组Ns2的异名端和Ns4的同名端串联，Nsl和Ns3的串联点以及Ns2和Ns4的串联点分别连接到主整流电路输入端，绕组Ns3另一端的同名端和Ns4另一端的异名端分别连接到辅助整流电路的输入端，主整流电路和辅助整流电路的输出端连接到滤波电路的正端。所述辅助整流电路中整流二极管(Dk4、De3)的阴极串联后连接到辅助开关管(Q5)的漏极，二极管的阳极组成辅助整流电路的输入端，辅助开关管的源极构成辅助整流电路的输出端，所述辅助耦合电感原副边绕组匝比为1:1。本专利技术与原有技术相比的主要技术特点是，由于副边增加了辅助整流电路(7)，通过改变副边匝数使新型变换器在正常模式和掉电模式都工作在较大占空比，不仅环流阶段持续时间短，环流损耗小，控制电路简单，而且传统变换器的优势也被保持；同时由于原边加入了由辅助耦合电感(3)和辅助电容(6)组成的辅助网络，辅助耦合电感能量随着负载变化自适应调整，使得原边开关管在全负载范围内都能实现零电压关断，又由于辅助耦合电感的引入，使得原边漏感可以取得很小，因此副边整流输出电压振荡得到了很好的抑制，且副边几乎不存在占空比的丢失，同时滤波电感电流纹波减小，降低了导通损耗和输出噪声。【专利附图】【附图说明】附图1是原边采用升压电容的移相全桥变换器电路结构示意图。附图2是改变原边匝数的移相全桥变换器电路结构示意图。附图3是本专利技术的一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器电路结构示意图。附图4是本专利技术的一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器中辅助耦合电感等效后的电路结构不意图。附图5是本专利技术的一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器正常工作模式下的稳态电路结构示意图。附图6是本专利技术的一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器掉电工作模式下的稳态电路结构示意图。附图7是本专利技术的一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器主要工作波形示意图。附图8?附图13是本专利技术的一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器的各开关丰旲态不意图。上述附图中的主要符号名称:Vin、电源电压。Q1NQ6、功率开关管。、寄生电容。D1-D6、体二极管。Ca、辅助电容。La、辅助耦合电感。T,、隔离变压器。Lk、隔离变压器漏感。Npl，Np2、隔离变压器原边绕组。Nsl、Ns2、Ns3、Ns4隔离变压器副边绕组。L,、串联谐振电感。Lm、激磁电感。Dr1、DK2、DK本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减小环流损耗的软开关全桥直流变换器，包括直流电源(1)、结构相同的第一逆变桥臂(2)和第二逆变桥臂(4)、隔离变压器(5)、主整流电路(8)以及滤波电路(9)，其中每个逆变桥臂都包括二个开关管、二个体二极管和二个寄生电容，第一开关管的漏极分别与第一体二极管阴极、第一寄生电容的一端连接构成逆变桥臂的正输入端，第一开关管的源极分别与第一体二极管阳极、第一寄生电容的另一端、第二开关管的漏极、第二体二极管阴极、第二寄生电容的一端连接构成逆变桥臂的输出端，第二开关管的源极分别与第二体二极管阳极、第二寄生电容的另一端连接构成逆变桥臂的负输入端，直流电源(1)的正极分别接第一逆变桥臂(2)和第二逆变桥臂(4)的正输入端，直流电源(1)的负极分别接第一逆变桥臂(2)和第二逆变桥臂(4)的负输入端，隔离变压器(5)原边绕组具有一中心抽头，其特征在于：?还包括由辅助耦合电感(3)、辅助电容(6)、辅助整流电路(7)构成的辅助网络；其中辅助耦合电感(3)原边绕组的一端接第一逆变桥臂的输出端，另一端接隔离变压器(5)原边绕组的一端，隔离变压器原边绕组的另一端接辅助耦合电感副边绕组中与耦合电感原边绕组接第一逆变桥臂的输出端是异名端的一端，而辅助耦合电感副边绕组的另一端接第二逆变桥臂的输出端，辅助电容的一端接隔离变压器的中心抽头，另一端接直流电源(1)的负极，隔离变压器(5)副边由相同匝数的主绕组Ns1、Ns2和相同匝数的辅助绕组Ns3、Ns4构成，绕组Ns1、Ns2的异名端串联，串联点连接到滤波电路(9)的负端，绕组Ns1同名端和Ns3的异名端串联，绕组Ns2的异名端和Ns4的同名端串联，Ns1和Ns3的串联点以及Ns2和Ns4的串联点分别连接到主整流电路(8)输入端，绕组Ns3另一端的同名端和Ns4另一端的异名端分别连接到辅助整流电路(7)的输入端，主整流电路(8)和辅助整流电路(7)的输出端连接到滤波电路(9)的正端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲，汪洋，王志辉，
申请(专利权)人：陈仲，
类型：发明
国别省市：