CN100557934C - 一种半桥谐振变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半桥谐振变换器，通过在现有半桥谐振变换器的基础上，增加由箝位绕组和箝位二极管构成的箝位电路，在确保主开关零电压开通、保护电路随时有效的同时，可以令谐振变换器在主电路参数确定的情况下，当谐振变换器副边短路时，原边主开关电流应力由输入电压以及箝位电路共同决定，原边主开关电流应力的设计更加灵活。

Description

一种半桥谐振变换器
技术领域
本发明涉及直流变换技术领域，特别涉及一种半桥谐振变换器。
背景技术
图1所示的半桥谐振变换器是一种十分优秀的DC/DC变换器，该变换器的主开关(S1和S2)工作在零电压开通，整流二极管(D1和D2)工作在零电流关断。这种谐振变换器的优点是：在宽输入电压范围的情况下，其转换效率能够优化设计在输入电压的高端。缺陷是：工作频率在谐振频率附近，当谐振变换器副边短路时，拓扑固有的响应特性表现为主开关(S1和S2)失去零电压开通，主开关电流应力过高，半桥谐振变换器可能在保护电路未来得及作出反应时就会失效。
为了解决上述问题，提出了如图2所示的具有箝位二极管(Dc1和Dc2)的半桥谐振变换器。具有箝位二极管的半桥谐振变换器工作在谐振频率附近，当谐振变换器副边短路时，谐振电容(Cr1和Cr2)的电压被输入正负母线箝位，拓扑固有的响应特性不存在主开关失去零电压开通，电流应力过高的问题，因此保护电路有充足的时间作出反应以保护该谐振变换器不会失效。但是，谐振电容的电压只能箝位在输入电压，主电路参数确定的情况下，原边主开关的电流应力完全由输入电压的大小决定，原边主开关的电流应力不能够灵活设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半桥谐振变换器，以解决现有具有箝位二极管的半桥谐振变换器的缺陷。
本发明的技术方案是：一种半桥谐振变换器，包括主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2、谐振电感、变压器、与变压器副边相连的整流电路以及滤波电容；主开关S1的漏极与输入母线正端相连，其源极与主开关S2的漏极相连，主开关S2的源极与输入母线负端相连；谐振电容Cr1和Cr2组成的串联支路、箝位二极管Dc1和Dc2组成的串联支路的两端分别与输入母线的正端和负端相连；变压器原边绕组的一端与主开关S1的源极相连，另一端与谐振电感的一端相连；谐振电感的另一端与谐振电容Cr1与Cr2的连接点相连；还包括与谐振电感互为耦合的箝位绕组，其一端与谐振电感和变压器的连接点相连，另一端与箝位二极管Dc1和Dc2的连接点相连；箝位绕组与谐振电感相连的端点互为同名端。
作为优选，所述整流电路为中心抽头整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。作为优选，所述整流电路可为全桥整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。所述滤波电容的两端分别连接在正负输出母线上。
作为优选，所述主开关S1和S2为功率开关。
本发明还提供了一种半桥谐振变换器，包括主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2、谐振电感、变压器、与变压器副边相连的整流电路以及滤波电容；主开关S1的漏极与输入母线正端相连，其源极与主开关S2的漏极相连，主开关S2的源极与输入母线负端相连；谐振电容Cr1和Cr2组成的串联支路、箝位二极管DC1和Dc2组成的串联支路的两端分别与输入母线的正端和负端相连；谐振电感的一端与主开关S1的源极相连，另一端与变压器的原边绕组的一端相连；变压器原边绕组的另一端与谐振电容Cr1与Cr2的连接点相连；还包括与变压器原边绕组互为耦合的箝位绕组，其一端与变压器原边绕组和谐振电感的连接点相连，另一端与箝位二极管Dc1和Dc2的连接点相连；所述箝位绕组与变压器原边绕组相连的端点互为同名端。
作为优选，所述整流电路为中心抽头整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。作为优选，所述整流电路可为全桥整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。所述滤波电容的两端分别连接在正负输出母线上。
作为优选，所述主开关S1和S2为功率开关。
本发明通过在现有半桥谐振变换器的基础上，增加由箝位绕组和箝位二极管构成的箝位电路，在确保主开关零电压开通、保护电路随时有效的同时，可以另谐振变换器在主电路参数确定的情况下，当谐振变换器副边短路时，原边主开关电流应力由输入电压以及箝位电路共同决定，原边主开关电流应力的设计更加灵活。
附图说明
图1是现有半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图2是现有具有箝位二极管的半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图3是本发明一个实施例中半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图4是本发明另一个实施例中半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图5是本发明又一个实施例中半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图6是本发明另一个实施例中半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图7是图3所示结构在一实施例中K取值为1、副边短路时主开关S1电流应力图；
图8是图3所示结构在一实施例中K取值为1.2、副边短路时主开关S1电流应力图；
图9是图3所示结构在一实施例中K取值为1时本发明谐振变换器工作波形图。
具体实施方式
下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。
如图3所示，一种半桥谐振变换器包括主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2、谐振电感Lr和箝位绕组Lcr、变压器T1、整流二极管D1和D2、滤波电容Co。
其中，主开关S1和S2是两个互补控制的功率开关管，主开关S1的漏极与输入母线的正端相连，其源极与主开关S2的漏极相连。主开关S2的源极与输入母线的负端相连。谐振电容Cr1和Cr2组成一串联支路，该串联支路的正极与输入母线的正端相连，其负极与输入母线的负端相连。箝位二极管Dc1和Dc2组成一串联支路，该串联支路的阴极与输入母线的正端相连，其阳极与输入母线的负端相连。谐振电感Lr和箝位绕组Lcr相互耦合，本实施例中，谐振电感Lr和箝位绕组Lcr分别作为一变压器的原边绕组和副边绕组。其中，变压器T1原边绕组的一端与主开关S1的源极相连，另一端与谐振电感Lr和箝位绕组Lcr的一端相连(谐振电感Lr和箝位绕组Lcr相连的端点互为同名端)。谐振电感Lr的另一端与谐振电容Cr1和Cr2的连接点相连。箝位绕组Lcr的另一端与箝位二极管Dc1和Dc2的连接点相连。变压器T1副边绕组、二极管D1、D2组成中心抽头整流电路，其中，二极管D1的阳极与变压器T1副边绕组的一端相连，其阴极与二极管D2的阴极相连，同时作为整流电路的输出端与滤波电容Co的正极相连；二极管D2的阳极与变压器T1副边绕组的另一端相连；滤波电容Co的负极与变压器T1副边绕组的抽头相连。滤波电容Co的两端作为本发明半桥谐振变换器的输出端与后续电路或负载相连。
为方便介绍图3所示半桥谐振变换器的工作原理，定义箝位绕组Lcr和谐振电感Lr的匝比为K，主开关S1以及S2的体二极管分别用Ds1以及Ds2(图3中未示出)表示。通过调节K值，可以调节谐振变换器副边短路时原边主开关(S1和S2)的电流应力。例如，当K取值为1、谐振变换器副边短路(简称为短路态)时，主开关的电流应力图可如图7所示，当K取值为1.2时，主开关的电流应力图可如图8所示。本实施例中以K＝1来说明本发明短路态工作原理
在由箝位二极管Dc1、Dc2和箝位绕组Lcr组成的箝位电路未起作用时，其工作原理和现有半桥谐振变换器相同，在这里不做描述。下面主要讨论当谐振变换器副边短路时，本发明半桥谐振变换器是如何工作以实现原边主开关的零电压开通，并将原边主开关电流应力抑制在一定范围内。
当K＝1，谐振变换器副边短路时，主开关的一个开关周期可以分成6个工作模式，谐振变换器中各元器件的相应的工作波形如图9所示。图9中，Id2、Id1、Idc2、Idc1、Icr1、Icr2、Ilcr、Is2和Is1分别是二极管D2和D1、箝位二极管Dc2和Dc1、谐振电容Cr1和Cr2、箝位绕组Lcr、主开关S2和S1的电流。Vc是箝位二极管Dc1与Dc2的连接点的电压，Vb是谐振电容Cr1与Cr2的连接点的电压。6个工作模式的工作原理分别描述如下：
模式1：t0＜t＜t1。在t＝t0时刻，主开关S2关断，箝位绕组Lcr对主开关S1的输出结电容放电，S1的漏源电压Vds1开始下降，当Vds1下降到零，S1的体二极管Ds1导通。箝位绕组Lcr的电流减小，在此阶段内S1可以零电压开通。在变压器T1副边，整流二极管D2导通。
模式2：t1＜t＜t2。在t＝t1时刻，箝位绕组Lcr的电流为零，流过主开关S1的电流过零后开始以正弦形式逐渐上升。B点(谐振电容Cr1与Cr2的连接点)以及C(箝位二极管Dc1与Dc2的连接点)点电压逐渐上升。电流由输入母线的正端经主开关S1，变压器T1，谐振电感Lr，谐振电容Cr2流到输入母线的负端。在变压器T1副边，整流二极管D1导通。
模式3：t2＜t＜t3。在t＝t2时刻，B点以及C点电压由谐振电感Lr耦合，B点以及C点电压被输入母线电压正端箝位。在变压器T1副边，整流二极管D1导通。
模式4：t3＜t＜t4。在t＝t3时刻，S1关断，箝位绕组Lcr电流对主开关S2的输出结电容放电，S2的漏源电压Vds2开始下降，当Vds2下降到零，S2的体二极管Ds2导通。箝位绕组Lcr的电流减小，在此阶段内主开关S2可以零电压开通。在变压器T1副边，整流二极管D1导通。
模式5：t4＜t＜t5。在t＝t4时刻，箝位绕组Lcr的电流为零，流过S2的电流过零后开始以正弦形式逐渐上升。B点以及C点电压逐渐下降。电流由输入母线的正端经谐振电容Cr1，谐振电感Lr，变压器T1，主开关S2流到输入母线的负端。在变压器T1副边，整流二极管D2导通。
模式6：t5＜t＜t6。在t＝t5时刻，B点以及C点电压由谐振电感Lr耦合，B点以及C点电压被输入电压负端箝位。在变压器T1副边，整流二极管D2导通。
本发明的另一个实施例中，半桥谐振变换器的结构相对图3所示结构来说多了两个整流二极管D3和D4。这两个整流二极管与变压器T1副边绕组、二极管D1、D2构成全桥整流电路，如图4所示。其中，二极管D1的阳极与变压器T1副边绕组的一端以及二极管D4的阴极相连，其阴极与二极管D2的阴极相连，同时作为整流电路的输出端与滤波电容Co的正极相连；二极管D2的阳极与变压器T1副边绕组的另一端以及二极管D3的阴极相连；滤波电容Co的负极与二极管D3和D4的阳极相连。本发明其它实施例中，可采用集成的二极管桥堆构成全桥整流电路。
作为本发明的另一种实施方式，半桥谐振变换器中的箝位绕组Lcr还可与变压器T1的原边绕组相互耦合。如图5所示，本发明一个实施例中，半桥谐振变换器包括主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2、谐振电感Lr和箝位绕组Lcr、变压器T1、二极管D1和D2、滤波电容Co。其中，主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2与直流源DC的连接方式与图3所示相同。谐振电感Lr的一端与主开关S1的源极相连，另一端与变压器T1原边绕组的一端相连。变压器T1原边绕组的另一端与谐振电容Cr1与Cr2的连接点相连。变压器T1副边绕组、二极管D1、D2组成中心抽头整流电路，滤波电容Co的两端作为本发明半桥谐振变换器的输出端与后续电路或负载相连。箝位绕组Lcr的一端与变压器T1原边绕组和谐振电感Lr的连接点相连，且箝位绕组Lcr和变压器T1原边绕组连接的端点互为同名端，另一端与箝位二极管Dc1与Dc2的连接点相连。
本发明其它实施例中，半桥谐振变换器的结构相对图5所示结构来说多了两个整流二极管。这两个整流二极管与变压器T1副边绕组、二极管D1、D2构成全桥整流电路，如图6所示。本发明其它实施例中，可采用集成的二极管桥堆构成全桥整流电路。
综上所述，通过在现有半桥谐振变换器中增加由箝位绕组Lcr和箝位二极管构成的箝位电路，且箝位绕组Lcr可与谐振电感或变压器原边绕组相耦合，即可实现：在主电路参数确定的情况下，当谐振变换器副边短路时，原边主开关电流应力由输入电压以及箝位电路共同决定，原边主开关电流应力的设计更加灵活。

Claims (5)

1、一种半桥谐振变换器，包括主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2、谐振电感、变压器、与变压器副边相连的整流电路以及滤波电容；主开关S1的漏极与输入母线正端相连，其源极与主开关S2的漏极相连，主开关S2的源极与输入母线负端相连；谐振电容Cr1和Cr2组成的串联支路、箝位二极管DC1和Dc2组成的串联支路的两端分别与输入母线的正端和负端相连；谐振电感的一端与主开关S1的源极相连，另一端与变压器的原边绕组的一端相连；变压器原边绕组的另一端与谐振电容Cr1与Cr2的连接点相连；其特征在于：还包括与变压器原边绕组互为耦合的箝位绕组，其一端与变压器原边绕组和谐振电感的连接点相连，另一端与箝位二极管Dc1和Dc2的连接点相连；所述箝位绕组与变压器原边绕组相连的端点互为同名端。
2、根据权利要求1所述的半桥谐振变换器，其特征在于：所述整流电路为中心抽头整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。
3、根据权利要求1所述的半桥谐振变换器，其特征在于：所述整流电路为全桥整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。
4、根据权利要求1～3任一所述的半桥谐振变换器，其特征在于：所述滤波电容的两端分别连接在正负输出母线上。
5、根据权利要求1～3任一所述的半桥谐振变换器，其特征在于：所述主开关S1和S2为功率开关。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101997421B (zh) * 2009-08-14 2014-08-27 台达电子工业股份有限公司 具过流保护装置的谐振变换器及其控制方法
CN101674064B (zh) * 2009-09-30 2012-10-10 艾默生网络能源有限公司 具有电压箝位器件的谐振电路及其动态控制方法
EP2381570B1 (en) * 2010-04-20 2013-01-02 DET International Holding Limited Resonant capacitor clamping circuit in resonant converter
JP5857489B2 (ja) * 2011-07-15 2016-02-10 サンケン電気株式会社 共振コンバータ
CN102709896B (zh) * 2012-05-03 2015-01-21 华为技术有限公司 箝位保护电路、谐振电路及变换器
CN102684473A (zh) * 2012-06-12 2012-09-19 深圳茂硕电源科技股份有限公司 一种半桥电路
CN104079179A (zh) * 2014-07-09 2014-10-01 河北先控捷联电源设备有限公司 谐振变换器和直流电源
US20170331364A1 (en) 2016-05-13 2017-11-16 General Electric Company Single-stage current-fed clamped series resonant power factor corrected converter
CN106300986B (zh) * 2016-08-03 2019-07-05 深圳市盛弘电气股份有限公司 开关电源
CN106655792B (zh) * 2016-12-07 2023-04-11 广州金升阳科技有限公司 不对称半桥反激电路
CN110045262B (zh) * 2018-01-15 2021-06-22 株式会社村田制作所 开关驱动电路故障检测装置和方法、电子设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
半桥电容电压箝位串联谐振变换器. 陈天锦，徐至新.电力电子技术，第2期. 2000 *
半桥电容电压钳位串联谐振变换器. 陈天锦，徐至新.电力电子技术，第2期. 2000 *

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