CN105406724A - 移相控制全桥零电流变换器及直流开关电源 - Google Patents

移相控制全桥零电流变换器及直流开关电源 Download PDF

Info

Publication number
CN105406724A
CN105406724A CN201511025744.XA CN201511025744A CN105406724A CN 105406724 A CN105406724 A CN 105406724A CN 201511025744 A CN201511025744 A CN 201511025744A CN 105406724 A CN105406724 A CN 105406724A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge
switching tube
phase
oxide
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201511025744.XA
Other languages
English (en)
Inventor
石勇
姚志鸿
王昆
秦飞
张帅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XI'AN ACTIONPOWER ELECTRICAL CO Ltd
Original Assignee
XI'AN ACTIONPOWER ELECTRICAL CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XI'AN ACTIONPOWER ELECTRICAL CO Ltd filed Critical XI'AN ACTIONPOWER ELECTRICAL CO Ltd
Priority to CN201511025744.XA priority Critical patent/CN105406724A/zh
Publication of CN105406724A publication Critical patent/CN105406724A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/3353—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having at least two simultaneously operating switches on the input side, e.g. "double forward" or "double (switched) flyback" converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

高效率的移相控制全桥零电流变换器，包括：(1)由四个开关管Q1、Q2、Q3、Q4和变压器T组成的移相全桥电路，其中Q1、Q3为移相全桥的超前桥臂，Q2、Q4为移相全桥的滞后桥臂；(2)隔直电容Cb，串联在变压器原边，超前桥臂关断后，隔直电容的电压让环路电流迅速复位至零；(3)低压、低导通内阻的MOS管Q5、Q6，Q5、Q6反向串联后连接于隔直电容与变压器之间。本发明具有电流过零检测功能，当超前桥臂关断后且环路电流降为零时，关断MOS管Q5(Q6)，阻断滞后桥臂的反向电流。本发明在传统移相全桥原边串联两个MOS管，就能实现滞后桥臂的零电流关断，可广泛适用于直流开关电源中。

Description

移相控制全桥零电流变换器及直流开关电源
技术领域
本发明涉及一种移相控制全桥零电流变换器及直流电源，该变换器可用于直流开关电源领域。
背景技术
随着开关电源广泛地应用于各个行业，用户对开关电源提出了越来越严格的要求：高频化、高功率密度、高效率及低的电磁干扰。在大功率应用场合，全桥电路的使用最为广泛。
为了满足上述的要求，出现了很多的零电压、零电流软开关电路。主要有如下几种：
1、最简单的方法是变压器原边串联饱和电感，利用饱和电感电流大时阻抗小、电流小时阻抗大的特点，阻碍原边电流的反向流动，实现滞后桥臂的零电流开关。这种方法的缺点是饱和电感会带来占空比丢失、其自身的损耗很大、只能在很窄的范围内实现软开关。
2、另一种方法是副边有源箝位，这种方法是在副边增加箝位开关与箝位电容，通过箝位开关的导通与关断，让原边电流复位至零。这种方法虽然增大了软开关实现的范围，但是副边的箝位二极管工作在硬开关状态，且流过的高电压、电流造成了箝位开关的大损耗。
3、第三种实现零电压、零电流方法，是滞后桥臂串联二极管，串联的二极管阻碍了原边电流的反向流动。这种方法的缺点是所串二极管几乎在整个周期内都导通，所串二极管存在较大的损耗。
现有的零电压、零电流全桥电路中存在的缺点：外加的辅助元器件损耗大、效率低；较大的占空比丢失；有限的零电压、零电流范围。
为此，在提高全桥电路的效率的同时，应该降低所加辅助电路的损耗，达到变换器整体效率最优。本发明就是沿着这一方向提出了一种新型的移相控制全桥零电流变换器。
发明内容
本发明目的是提供一种高效率的移相控制全桥零电流变换器及直流开关电源，其解决了现有变换器变换效率低的技术问题。
本发明的技术解决方案是：
一种移相控制全桥零电流变换器，包括移相全桥电路、隔直电容Cb、变压器，其特殊之处是：还包括第一MOS管Q5和第二MOS管Q6；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管Q1的集电极以及滞后桥臂的开关管Q2的集电极与直流电源的正极连接；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管Q1的发射极以及超前桥臂的开关管Q3的集电极与隔直电容Cb的一个极板连接；所述隔直电容Cb的另一个极板与第一MOS管Q5的源极连接；所述第一MOS管Q5的漏极与第二MOS管Q6的漏极连接；所述第二MOS管Q5的源极与变压器原边高端连接；所述移相全桥电路的滞后桥臂的开关管Q2的发射极以及滞后桥臂的开关管Q4的集电极与变压器原边低端连接；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管Q3的发射极以及滞后桥臂的开关管Q4的发射极与直流电源的负极连接。
上述移相全桥电路的开关管Q1、Q2、Q3、Q4的集电极和发射极之间连接有并联的电容C1、C2、C3、C4和体二极管D1、D2、D3、D4；所述体二极管的阳极与开关管的发射极连接，所述体二极管的阴极与开关管的集电极连接。
上述MOS管为低压、低导通内阻的MOS管；所述变压器为高频变压器。
一种直流开关电源，包括三相桥式不控整流电路、移相控制全桥零电流变换器、单相桥式不控整流电路，所述移相控制全桥零电流变换器包括移相全桥电路、隔直电容Cb、变压器，其特殊之处是，还包括第一MOS管Q5和第二MOS管Q6；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管Q1的集电极以及滞后桥臂的开关管Q2的集电极与直流电源的正极连接；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管Q1的发射极以及超前桥臂的开关管Q3的集电极与隔直电容Cb的一个极板连接；所述隔直电容Cb的另一个极板与第一MOS管Q5的源极连接；所述第一MOS管Q5的漏极与第二MOS管Q6的漏极连接；所述第二MOS管Q5的源极与变压器原边高端连接；所述移相全桥电路的滞后桥臂的开关管Q2的发射极以及滞后桥臂的开关管Q4的集电极与变压器原边低端连接；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管Q3的发射极以及滞后桥臂的开关管Q4的发射极与直流电源的负极连接。
上述移相全桥电路的开关管Q1、Q2、Q3、Q4的集电极和发射极之间连接有并联的电容C1、C2、C3、C4和体二极管D1、D2、D3、D4；所述体二极管的阳极与开关管的发射极连接，所述体二极管的阴极与开关管的集电极连接。
上述直流开关电源还包括接在单相二极管整流电路输出端和负载之间的LC滤波器Lo、Co。
上述MOS管为低压、低导通内阻的MOS管；所述变压器为高频变压器。
本发明的优点：
1、结构简单。在传统移相全桥原边串联两个MOS管，就能实现滞后桥臂的零电流关断。由于漏感Lr和寄生电容C1、C3的存在，超前桥臂能够实现零电压开关。
2、变换器效率高。辅助电路在不额外增加损耗的基础上，在全负载范围内能够实现超前桥臂的零电压开关及零电流开关。
3、本发明可广泛适用于直流开关电源中。
附图说明
图1是本发明移相控制全桥零电流变换器的电路结构图。
图2是已有的一种零电压、零电流软开关全桥电路。
图3是已有的第二种零电压、零电流软开关全桥电路。
图4是已有的第三种零电压、零电流软开关全桥电路。
图5是图1第一个半周期开关模态1的简化图。
图6是图1第一个半周期开关模态2的简化图。
图7图1第一个半周期开关模态3的简化图。
图8是图1第一个半周期开关模态4的简化图。
图9是图1第一个半周期开关模态5的简化图。
图10是本发明直流开关电源的电路结构图。
具体实施方式
本发明高效率的移相控制全桥零电流变换器，该变换器由以下三部分组成：
(1)基本的移相全桥电路，超前桥臂由两只自关断器件Q1、Q3串行连接；滞后桥臂由两只自关断器件Q2、Q4串行连接。超前桥臂Q1连接于1、2之间，超前桥臂Q3连接于2、9之间，滞后桥臂Q2连接于1、8之间，滞后桥臂Q4连接于8、9之间，连接于6、7之间的Lr为变压器原边漏感；
(2)隔直电容Cb连接在3、4之间，超前桥臂关断后，隔直电容上的电压让环路电流迅速复位到零；
(3)低压、低导通内阻的MOS管Q5、Q6连接于4、6之间，即反向串行连接。其中Q5的漏极与Q6的漏极连接于5，Q5的源极连接于4，Q6的源极连接于6。变换器具有电流过零检测电路，当超前桥臂关断后且环路电流降为零时，关断MOS管，阻断滞后桥臂的反向电流。
在开关管Q1、Q2、Q3、Q4上有分别对应的电容C1、C2、C3、C4和体二极管D1、D2、D3、D4。
由于漏感Lr和寄生电容C1、C3的存在，超前桥臂能够实现零电压开关。
串联MOS管Q5的工作原理为：Q1关断后，隔直电容Cb、Q5、Q6、漏感Lr、变压器T、Q4及D3形成环路，隔直电容的电压让环路电流迅速将为零，当电流降为零时，关断Q5，阻断原边电流的反向流动，此后，滞后桥臂Q4的关断是零电流关断的，在Q2的开通前开通Q5；
串联MOS管Q6的工作原理为：Q3关断后，Q2、变压器、漏感、Q5、Q6及D1形成环路，隔直电容的电压让环路电流迅速将为零，当电流降为零时，关断Q6，阻断原边电流的反向流动，此后，滞后桥臂Q2的关断是零电流关断的，在Q4的开通前开通Q6。
下面详细说明本发明的工作原理，其主要工作状态简述如下：
开关模态1：如图5所示，Q1和Q4同时导通，原边电流Ip给隔直电容Cb充电，变压器原边向副边传递能量。Q1关断时开关模态1结束。
开关模态2：如图6所示，Q1关断后原边电流Ip转移到C1和C3支路中，给C1充电，同时给C3放电，由于有C1和C3，Q1是零电压关断。当C3的电压降为零后，D3自然导通，从而结束开关模态2.
开关模态3：如图7所示，D3导通后，可以零电压开通Q3。在这段时间里，Cb、Lr、变压器、Q43以及D3形成续流回路，变压器副边两个二极管Dr1、Dr2同时导通，因此变压器原副边绕组电压均为零，此时隔直电容上的电压Vcb全部加在漏感Lr上，电流Ip减小。电流降为零时开关模态3结束。
开关模态4：如图8所示，原边电流降为零时关断Q5，断开Q5后电感电流不能反向流动，且一直保持为零，此后关断Q4便是零电流关断，只要保证Q4的关断信号在电感电流降为零之后到来，就能实现滞后桥臂的零电流关断。在Q2开通时刻前开通Q5，这样MOS管Q5不影响移相全桥的正常工作。
开关模态5：如图9所示，Q2和Q3同时导通，原边电流Ip给隔直电容Cb反向充电，且变压器原边向副边传递能量。Q3关断时开关模态5结束。后面的过程类似，不再分析。
图10是本发明直流开关电源的电路图，三相交流电源经过二极管整流电路D1-D6变成直流，直流侧正极经过滤波电感Lin与所述变换器的1端联接；直流侧的负极与所述变换器的9端相连；所述变换器的变压器二次侧经过二极管整流电路Dr1、Dr2变成直流脉动电源，经过滤波器Lo、Co输出至负载。图中变压器T为高频变压器。

Claims (7)

1.一种移相控制全桥零电流变换器，包括移相全桥电路、隔直电容(Cb)、变压器，其特征在于：还包括第一MOS管(Q5)和第二MOS管(Q6)；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管(Q1)的集电极以及滞后桥臂的开关管(Q2)的集电极与直流电源的正极连接；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管(Q1)的发射极以及超前桥臂的开关管Q3的集电极与隔直电容(Cb)的一个极板连接；所述隔直电容(Cb)的另一个极板与第一MOS管(Q5)的源极连接；所述第一MOS管(Q5)的漏极与第二MOS管(Q6)的漏极连接；所述第二MOS管(Q5)的源极与变压器原边高端连接；所述移相全桥电路的滞后桥臂的开关管(Q2)的发射极以及滞后桥臂的开关管(Q4)的集电极与变压器原边低端连接；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管(Q3)的发射极以及滞后桥臂的开关管(Q4)的发射极与直流电源的负极连接。
2.根据权利要求1所述移相控制全桥零电流变换器，其特征在于：所述移相全桥电路的开关管(Q1、Q2、Q3、Q4)的集电极和发射极之间连接有并联的电容(C1、C2、C3、C4)和体二极管(D1、D2、D3、D4)；所述体二极管的阳极与开关管的发射极连接，所述体二极管的阴极与开关管的集电极连接。
3.根据权利要求1所述移相控制全桥零电流变换器，其特征在于：所述MOS管为低压、低导通内阻的MOS管；所述变压器为高频变压器。
4.一种直流开关电源，包括三相桥式不控整流电路、移相控制全桥零电流变换器、单相桥式不控整流电路，所述移相控制全桥零电流变换器包括移相全桥电路、隔直电容(Cb)、变压器，其特征在于：还包括第一MOS管(Q5)和第二MOS管(Q6)；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管(Q1)的集电极以及滞后桥臂的开关管(Q2)的集电极与直流电源的正极连接；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管(Q1)的发射极以及超前桥臂的开关管Q3的集电极与隔直电容(Cb)的一个极板连接；所述隔直电容(Cb)的另一个极板与第一MOS管(Q5)的源极连接；所述第一MOS管(Q5)的漏极与第二MOS管(Q6)的漏极连接；
所述第二MOS管(Q5)的源极与变压器原边高端连接；所述移相全桥电路的滞后桥臂的开关管(Q2)的发射极以及滞后桥臂的开关管(Q4)的集电极与变压器原边低端连接；所述移相全桥电路的超前桥臂的开关管(Q3)的发射极以及滞后桥臂的开关管(Q4)的发射极与直流电源的负极连接。
5.根据权利要求4所述直流开关电源，其特征在于：所述移相全桥电路的开关管(Q1、Q2、Q3、Q4)的集电极和发射极之间连接有并联的电容(C1、C2、C3、C4)和体二极管(D1、D2、D3、D4)；所述体二极管的阳极与开关管的发射极连接，所述体二极管的阴极与开关管的集电极连接。
6.根据权利要求4所述直流开关电源，其特征在于：还包括接在单相二极管整流电路输出端和负载之间的LC滤波器(Lo、Co)。
7.根据权利要求4或5或6所述直流开关电源，其特征在于：所述MOS管为低压、低导通内阻的MOS管；所述变压器为高频变压器。
CN201511025744.XA 2015-12-31 2015-12-31 移相控制全桥零电流变换器及直流开关电源 Pending CN105406724A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511025744.XA CN105406724A (zh) 2015-12-31 2015-12-31 移相控制全桥零电流变换器及直流开关电源

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201511025744.XA CN105406724A (zh) 2015-12-31 2015-12-31 移相控制全桥零电流变换器及直流开关电源

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105406724A true CN105406724A (zh) 2016-03-16

Family

ID=55472026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201511025744.XA Pending CN105406724A (zh) 2015-12-31 2015-12-31 移相控制全桥零电流变换器及直流开关电源

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105406724A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107683006A (zh) * 2017-08-23 2018-02-09 广路智能科技有限公司 一种多交错直流hid开关电源
CN110040028A (zh) * 2019-04-15 2019-07-23 创驱（上海）新能源科技有限公司 一种车载充电机和dcdc转换装置的集成控制电路
CN110277923A (zh) * 2019-06-19 2019-09-24 陕西科技大学 一种有源控制一次电流关断的软开关三电平直流变换器
CN111884521A (zh) * 2020-08-05 2020-11-03 中南大学 单级式Boost全桥升压零电流开关直流变换器及其控制方法
CN114285286A (zh) * 2021-09-24 2022-04-05 中南大学 一种单级式零电流开关全桥升压直流变换器及其控制方法
CN115473429A (zh) * 2022-07-07 2022-12-13 西北工业大学 一种应用于大功率高升压比移相全桥变换电路

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101604916A (zh) * 2009-07-07 2009-12-16 南京航空航天大学 基于π型辅助网络零电压开关全桥直流变换器
JP2010207014A (ja) * 2009-03-05 2010-09-16 Fujitsu Telecom Networks Ltd スイッチング電源装置
WO2013120539A1 (de) * 2012-02-18 2013-08-22 Baur Prüf- Und Messtechnik Gmbh Schaltungsanordnung zur erzeugung einer prüfspannung insbesondere zur isolations prüfung von verlegten energiekabeln
CN204290733U (zh) * 2015-01-06 2015-04-22 山东鲁能智能技术有限公司 基于llc拓扑的超宽输出电压范围充电机
US20150124490A1 (en) * 2012-06-15 2015-05-07 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electric power conversion device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010207014A (ja) * 2009-03-05 2010-09-16 Fujitsu Telecom Networks Ltd スイッチング電源装置
CN101604916A (zh) * 2009-07-07 2009-12-16 南京航空航天大学 基于π型辅助网络零电压开关全桥直流变换器
WO2013120539A1 (de) * 2012-02-18 2013-08-22 Baur Prüf- Und Messtechnik Gmbh Schaltungsanordnung zur erzeugung einer prüfspannung insbesondere zur isolations prüfung von verlegten energiekabeln
US20150124490A1 (en) * 2012-06-15 2015-05-07 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Electric power conversion device
CN204290733U (zh) * 2015-01-06 2015-04-22 山东鲁能智能技术有限公司 基于llc拓扑的超宽输出电压范围充电机

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107683006A (zh) * 2017-08-23 2018-02-09 广路智能科技有限公司 一种多交错直流hid开关电源
CN110040028A (zh) * 2019-04-15 2019-07-23 创驱（上海）新能源科技有限公司 一种车载充电机和dcdc转换装置的集成控制电路
CN110277923A (zh) * 2019-06-19 2019-09-24 陕西科技大学 一种有源控制一次电流关断的软开关三电平直流变换器
CN111884521A (zh) * 2020-08-05 2020-11-03 中南大学 单级式Boost全桥升压零电流开关直流变换器及其控制方法
CN111884521B (zh) * 2020-08-05 2021-07-30 中南大学 单级式Boost全桥升压零电流开关直流变换器及其控制方法
CN114285286A (zh) * 2021-09-24 2022-04-05 中南大学 一种单级式零电流开关全桥升压直流变换器及其控制方法
CN114285286B (zh) * 2021-09-24 2023-09-01 中南大学 一种单级式零电流开关全桥升压直流变换器及其控制方法
CN115473429A (zh) * 2022-07-07 2022-12-13 西北工业大学 一种应用于大功率高升压比移相全桥变换电路
CN115473429B (zh) * 2022-07-07 2024-03-08 西北工业大学 一种应用于大功率高升压比移相全桥变换电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106685231B (zh) 一种原边钳位型软开关全桥变换器及其不对称控制方法
CN105406724A (zh) 移相控制全桥零电流变换器及直流开关电源
CN103312171B (zh) 隔离型软开关双管正激谐振dc/dc电路
CN101854120B (zh) 一种高效率多功能反激变换器
CN106505866B (zh) 一种三电平全桥直流变换装置
CN103904901A (zh) 一种移相全桥变换电路及控制方法
WO2021238140A1 (zh) 一种双端输出充电电路及其辅路开关控制方法
CN206250979U (zh) 一种准谐振有源箝位反激式变换器
CN106100344A (zh) 一种具有升高电压增益的llc谐振变换器
CN103618449A (zh) 带有电荷泵的三绕组耦合电感双管升压变换器
CN103618444B (zh) 三绕组耦合电感zvs/zcs双管升压变换器
CN104638932A (zh) 一种多谐振变换器
CN203859684U (zh) 一种大电流半桥电路
CN104638931B (zh) 对称式rcd箝位的正-反激变换器
CN204304823U (zh) 基于移相全桥控制的同步整流软开关变换器
WO2020134313A1 (zh) 全桥电路及全桥变换器
CN106533181A (zh) 一种双变压器并串联式llc谐振dc‑dc变换器及其控制方法
CN105871219A (zh) 一种辅助管电压箝位型软开关推挽直流变换器
CN109787479A (zh) 一种包含双谐振腔的双向变换电路以及变换器
CN104967325A (zh) 绕组箝位单管正激谐振软开关dc/dc变换器
CN103296896B (zh) 一种软开关隔离型升压直流变换器及其控制方法
CN108539988A (zh) 一种变换器及其控制方法
CN101127482B (zh) 直流变换器的原边箝位电路
CN107171564A (zh) 一种有源钳位正激变换器
CN210075085U (zh) 一种采用软开关控制的超导磁体电源

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160316