CN106329941A - 全桥变换器及软开关实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全桥变换器及软开关实现方法，全桥变换器包括：第一桥臂模块、第二桥臂模块和变压器；所述变压器分别与所述第一桥臂模块、所述第二桥臂模块连接；其中，所述变压器的原边漏电感与所述第一桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第一桥臂模块零电压导通，以在所述第一桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率；所述变压器的原边漏电感与所述第二桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第二桥臂模块中的开关单元零电压导通，以在所述第二桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率。采用本发明，能够在实现全桥变换器软开关的同时，实现全桥变换器小型化和低成本化。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术，尤其涉及一种全桥变换器及软开关实现方法。
背景技术
500W以上的服务器电源大多采用移相全桥变换器，为了改善移相全桥变换器的效率和电磁干扰情况，需要实现移相全桥变换器的软开关。软开关的实现依靠MOSFET的结电容和外加的谐振电感，MOSFET的结电容在MOSFET内部，不会额外增加器件成本，也不会额外占用空间，然而谐振电感需要额外增加器件成本，也会额外占用空间，尤其是应用于服务器电源中时，对于实现全桥变换器小型化和低成本化尚无有效解决方案。
发明内容
本发明实施例提供一种全桥变换器及软开关实现方法，能够在实现全桥变换器软开关的同时，实现全桥变换器小型化和低成本化。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种全桥变换器，所述全桥变换器包括：
第一桥臂模块、第二桥臂模块和变压器；
所述变压器分别与所述第一桥臂模块、所述第二桥臂模块连接；其中，
所述变压器的原边漏电感与所述第一桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第一桥臂模块零电压导通，以在所述第一桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率；
所述变压器的原边漏电感与所述第二桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第二桥臂模块中的开关单元零电压导通，以在所述第二桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率。
优选地，还包括：
隔直电容，所述隔直电容设置于所述第一桥臂模块与所述第二桥臂模块之间，并与所述变压器的原边连接。
优选地，所述第一桥臂模块包括连接的第一开关单元以及第二开关单元；
所述第二桥臂模块包括连接的第三开关单元以及第四开关单元；
其中，所述第一开关单元导通的时段内，所述第一开关单元以特定移相角先于所述第四开关单元导通；
所述第二开关单元导通的时段内，所述第二开关单元以特定移相角先于所述第三开关单元导通。
优选地，所述第一桥臂模块、以及所述第二桥臂模块中的开关单元上还设置有磁珠，以减小所述开关单元的电压应力。
优选地，所述第一桥臂模块、以及所述第二桥臂模块中的开关单元上还设置有吸收单元，以减小所述开关单元的电压应力。
本发明实施例还提供一种软开关实现方法，其特征在于，应用于全桥变换器，所述方法包括：
第一桥臂模块、第二桥臂模块和变压器；
所述变压器分别与所述第一桥臂模块、所述第二桥臂模块连接；
所述方法包括：
所述变压器的原边漏电感与所述第一桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第一桥臂模块零电压导通，以在所述第一桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率；
所述变压器的原边漏电感与所述第二桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第二桥臂模块中的开关单元零电压导通，以在所述第二桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率。
优选地，全桥变换器还包括：
隔直电容，所述隔直电容设置于所述第一桥臂模块与所述第二桥臂模块之间，并与所述变压器的原边连接。
优选地，所述第一桥臂模块包括连接的第一开关单元以及第二开关单元；
所述第二桥臂模块包括连接的第三开关单元以及第四开关单元；
其中，所述第一开关单元导通的时段内，所述第一开关单元以特定移相角先于所述第四开关单元导通；
所述第二开关单元导通的时段内，所述第二开关单元以特定移相角先于所述第三开关单元导通。
优选地，所述第一桥臂模块、以及所述第二桥臂模块中的开关单元上还设置有磁珠，以减小所述开关单元的电压应力。
优选地，所述第一桥臂模块、以及所述第二桥臂模块中的开关单元上还设置有吸收单元，以减小所述开关单元的电压应力。
本发明实施例中，变压器的原边在生产时可以通过特定的绕制方法增大原边的漏电感，使原边的漏电感和开关单元寄生电容形成的软开关，能够使开关单元具有零电压导通的特性，不仅减少了开关单元的导通损耗，而且不需在全桥变换器中设置额外的谐振电感，节省了空间和器件成本，当应用服务器电源中时有利于实现小型化和低成本化。
附图说明
图1为本发明实施例中全桥变换器的结构示意图一；
图2为本发明实施例中全桥变换器的结构示意图二；
图3为本发明实施例中全桥变换器的结构示意图三；
图4为本发明实施例中全桥变换器的电压应力以及效率的测试结果数据图一；
图5为本发明实施例中全桥变换器的电压应力以及效率的测试结果数据图二；
图6为本发明实施例中全桥变换器的结构示意图四。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
本实施例记载一种全桥变换器，如图1所示，包括：第一桥臂模块10(也即超前桥臂)、第二桥臂模块20(也即滞后桥臂)和变压器30；
所述变压器30分别与所述第一桥臂模块10、所述第二桥臂模块20连接；其中，
所述变压器30的原边301的漏电感与所述第一桥臂模块10的寄生电容(实际为第一桥臂模块10中的开关单元的寄生电容)构成谐振回路，也即形成软开关，使所述第一桥臂模块10零电压导通(实际为使开关单元零电压导通)，以在所述第一桥臂模块10(也即第一桥臂的开关单元)的导通时间内，使所述变压器30的原边301向所述变压器30的副边302输出功率；
所述变压器30的原边301漏电感(漏电感为原边301自身的电感，图中未示出)与所述第二桥臂模块20的寄生电容(实际为第一桥臂模块10中的开关单元的寄生电容)构成谐振回路也即形成有软开关，使所述第二桥臂模块20中的开关单元零电压导通，以在所述第二桥臂模块20也即第二桥臂的开关单元的导通时间内，使所述变压器30的原边301向所述变压器30的副边302输出功率。
需要指出的是，变压器30的原边301在生产时通过特定的绕制方法增大原边301的漏电感，使原边301的漏电感和开关单元寄生电容形成的软开关，能够使开关单元具有零电压导通的特性，不仅减少了开关单元的导通损耗，而且不需在全桥变换器中设置额外的谐振电感，节省了空间和器件成本，当应用服务器电源中时有利于实现小型化和低成本化。
实施例二
本实施例记载一种全桥变换器，如图2所示，包括：第一桥臂模块10(也即超前桥臂)、第二桥臂模块20(也即滞后桥臂)和变压器30、隔直电容40；
所述变压器30分别与所述第一桥臂模块10、所述第二桥臂模块20连接；
隔直电容40，设置于所述第一桥臂模块10与所述第二桥臂模块20之间，并与所述变压器30的原边301连接，防止变压器T200因偏磁而饱和的隔直电容
其中，所述变压器30的原边301的漏电感与所述第一桥臂模块10的寄生电容(实际为第一桥臂模块10中的开关单元的寄生电容)构成谐振回路，也即形成软开关，使所述第一桥臂模块10零电压导通(实际为使开关单元零电压导通)，以在所述第一桥臂模块10(也即第一桥臂的开关单元)的导通时间内，使所述变压器30的原边301向所述变压器30的副边302输出功率；
所述变压器30的原边301漏电感与所述第二桥臂模块20的寄生电容(实际为第一桥臂模块10中的开关单元的寄生电容)构成谐振回路也即形成有软开关，使所述第二桥臂模块20中的开关单元零电压导通，以在所述第二桥臂模块20也即第二桥臂的开关单元的导通时间内，使所述变压器30的原边301向所述变压器30的副边302输出功率。
需要指出的是，变压器30的原边301在生产时通过特定的绕制方法增大原边301的漏电感，使原边301的漏电感和开关单元寄生电容形成的软开关，能够使开关单元具有零电压导通的特性，不仅减少了开关单元的导通损耗，而且不需在全桥变换器中设置额外的谐振电感，节省了空间和器件成本，当应用服务器电源中时有利于实现小型化和低成本化。
实施例三
本实施例记载一种全桥变换器，如图3所示，包括：第一桥臂模块10(也即超前桥臂)、第二桥臂模块20(也即滞后桥臂)和变压器30；
所述变压器30分别与所述第一桥臂模块10、所述第二桥臂模块20连接；其中，
所述第一桥臂模块10包括连接的第一开关单元101以及第二开关单元102；
所述第二桥臂模块20包括连接的第三开关单元201以及第四开关单元202；
上述开关单元的导通顺序为：第一开关单元101和第四开关单元202，先于第二开关单元102以及第三开关单元201；并且，所述第一开关单元101导通的时段内，所述第一开关单元101以特定移相角先于所述第四开关单元202导通；
所述第二开关单元201导通的时段内，所述第二开关单元201以特定移相角先于所述第三开关单元202导通。
所述变压器30的原边301的漏电感与所述第一桥臂模块10的寄生电容(实际为第一桥臂模块10中的开关单元的寄生电容)构成谐振回路，也即形成软开关，使所述第一桥臂模块10零电压导通(实际为使开关单元零电压导通)，以在所述第一桥臂模块10(也即第一桥臂的开关单元)的导通时间内，使所述变压器30的原边301向所述变压器30的副边302输出功率；
所述变压器30的原边301漏电感与所述第二桥臂模块20的寄生电容(实际为第一桥臂模块10中的开关单元的寄生电容)构成谐振回路也即形成有软开关，使所述第二桥臂模块20中的开关单元零电压导通，以在所述第二桥臂模块20也即第二桥臂的开关单元的导通时间内，使所述变压器30的原边301向所述变压器30的副边302输出功率。
开关单元可以采用金属-氧化物-半导体(MOS)管，也可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)。
需要指出的是，变压器30的原边301在生产时通过特定的绕制方法增大原边301的漏电感，使原边301的漏电感和开关单元寄生电容形成的软开关，能够使开关单元具有零电压导通的特性，不仅减少了开关单元的导通损耗，而且不需在全桥变换器中设置额外的谐振电感，节省了空间和器件成本，当应用于服务器电源中时有利于实现小型化和低成本化。
实施例四
本实施例记载一种全桥变换器，如图3所示，包括：第一桥臂模块10(也即超前桥臂)、第二桥臂模块20(也即滞后桥臂)和变压器30；
所述变压器30分别与所述第一桥臂模块10、所述第二桥臂模块20连接；其中，
所述第一桥臂模块10包括连接的第一开关单元101以及第二开关单元102；
所述第二桥臂模块20包括连接的第三开关单元201以及第四开关单元202；
上述开关单元的导通顺序为：第一开关单元101和第四开关单元202，先于第二开关单元102以及第三开关单元201；并且，所述第一开关单元101导通的时段内，所述第一开关单元101以特定移相角先于所述第四开关单元202导通；
所述第二开关单元201导通的时段内，所述第二开关单元201以特定移相角先于所述第三开关单元202导通。
所述变压器30的原边301的漏电感与所述第一桥臂模块10的寄生电容(实际为第一桥臂模块10中的开关单元的寄生电容)构成谐振回路，也即形成软开关，使所述第一桥臂模块10零电压导通(实际为使开关单元零电压导通)，以在所述第一桥臂模块10(也即第一桥臂的开关单元)的导通时间内，使所述变压器30的原边301向所述变压器30的副边302输出功率；
所述变压器30的原边301漏电感与所述第二桥臂模块20的寄生电容(实际为第一桥臂模块10中的开关单元的寄生电容)构成谐振回路也即形成有软开关，使所述第二桥臂模块20中的开关单元零电压导通，以在所述第二桥臂模块20也即第二桥臂的开关单元的导通时间内，使所述变压器30的原边301向所述变压器30的副边302输出功率。
开关单元可以采用金属-氧化物-半导体(MOS)管，也可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)。
需要指出的是，变压器30的原边301在生产时通过特定的绕制方法增大原边301的漏电感，使原边301的漏电感和开关单元寄生电容形成的软开关，能够使开关单元具有零电压导通的特性，不仅减少了开关单元的导通损耗，而且不需在全桥变换器中设置额外的谐振电感，节省了空间和器件成本，当应用于服务器电源中时有利于实现小型化和低成本化。
发明人发现图3中的开关单元中出现电压应力过大的问题，测试结果如图4所示，针对该问题，本实施例提供以下解决方案：
第一开关单元101、第二开关单元102、第二开关单元201、第二开关202上可以设置磁珠(图3中未示出磁珠)，以减小所述开关单元的电压应力，对于MOSFET的开关单元，磁珠可以设置在D极。
上述方案实施后电压应力的测试结果如图5所示，在不影响全桥变换器的效率的前提下，开关单元的电压应力大的问题明显改善。
实施例五
本实施例记载一种全桥变换器，如图3所示，包括：第一桥臂模块10(也即超前桥臂)、第二桥臂模块20(也即滞后桥臂)和变压器30；
所述变压器30分别与所述第一桥臂模块10、所述第二桥臂模块20连接；其中，
所述第一桥臂模块10包括连接的第一开关单元101以及第二开关单元102；
所述第二桥臂模块20包括连接的第三开关单元201以及第四开关单元202；
上述开关单元的导通顺序为：第一开关单元101和第四开关单元202，先于第二开关单元102以及第三开关单元201；并且，所述第一开关单元101导通的时段内，所述第一开关单元101以特定移相角先于所述第四开关单元202导通；
所述第二开关单元201导通的时段内，所述第二开关单元201以特定移相角先于所述第三开关单元202导通。
所述变压器30的原边301的漏电感与所述第一桥臂模块10的寄生电容(实际为第一桥臂模块10中的开关单元的寄生电容)构成谐振回路，也即形成软开关，使所述第一桥臂模块10零电压导通(实际为使开关单元零电压导通)，以在所述第一桥臂模块10(也即第一桥臂的开关单元)的导通时间内，使所述变压器30的原边301向所述变压器30的副边302输出功率；
所述变压器30的原边301漏电感与所述第二桥臂模块20的寄生电容(实际为第一桥臂模块10中的开关单元的寄生电容)构成谐振回路也即形成有软开关，使所述第二桥臂模块20中的开关单元零电压导通，以在所述第二桥臂模块20也即第二桥臂的开关单元的导通时间内，使所述变压器30的原边301向所述变压器30的副边302输出功率。
开关单元可以采用金属-氧化物-半导体(MOS)管，也可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)。
需要指出的是，变压器30的原边301在生产时通过特定的绕制方法增大原边301的漏电感，使原边301的漏电感和开关单元寄生电容形成的软开关，能够使开关单元具有零电压导通的特性，不仅减少了开关单元的导通损耗，而且不需在全桥变换器中设置额外的谐振电感，节省了空间和器件成本，当应用于服务器电源中时有利于实现小型化和低成本化。
发明人发现图3中的开关单元中出现电压应力过大的问题，测试结果如图4所示，针对该问题，本实施例提供以下解决方案：
第一开关单元101、第二开关单元102、第二开关单元201、第二开关202上可以设置有RCD吸收单元(图3中未示出，RCD吸收单元由电阻、电容、二极管构成，电容与二极管并联后与电阻连接，或者电阻、电容和二极管串联)，以减小所述开关单元的电压应力；例如对于MOSFET的开关单元，RCD吸收电路可以设置在D极和S极之间。
上述方案实施后电压应力的测试结果如图5所示，在不影响全桥变换器的效率的前提下，开关单元的电压应力大的问题明显改善。
实施例六
本实施例结合具体的全桥变换器电路进行说明，图6虚线部分为本实施例提供的全桥变换器的结构示意图，输入端为功率因数校正(PFC，Power FactorCorrection)电路的输出电压PFC_OUT，其中开关管Q201与开关管202先于开关管Q203与开关管204导通，因此，开关管Q201与开关管Q202构成超前桥臂，开关管Q203与开关管Q204构成滞后桥臂；并且，开关管Q201以一定移相角先于开关管Q204导通，开关管Q202以一定移相角先于开关管Q203导通；
C200为防止变压器T200偏磁而饱和的隔直电容；
T200的原边在绕制时增大原边的漏电感，使T200原边的漏电感与开关管Q201、开关管Q204的寄生电容形成软开关回路，实现开关管Q201、以及开关管204的零电压导通；
T200的原边的漏电感与开关管Q202、以及开关管203的寄生电容形成软开关回路，实现开关管Q202、以及开关管203的零电压导通；
其中，超前桥臂中的开关管Q201、开关管Q202以180度互补导通，滞后桥臂中的开关管Q203、开关管Q204以180度互补导通。
上述的零电压导通是指，以开关管Q201为例，在开关管Q201导通前其电压下降至零，能够降低开关管Q201的损耗。
全桥变换器电路中不需要设置额外的谐振电感，由于谐振电感会增加额外的器件成本，也会额外占用空间，尤其是用于服务器电源中时，实现小型化和低成本化。
这里需要指出的是：以下方法实施例中的描述，与上述全桥变换器实施例描述是类似的，同全桥变换器实施例的有益效果描述，不做赘述。对于本发明方法实施例中未披露的技术细节，请参照本发明全桥变换器实施例的描述。
实施例七
本实施例提供一种软开关实现方法，应用于全桥变换器，所述全桥变换器包括：第一桥臂模块、第二桥臂模块和变压器；
所述变压器分别与所述第一桥臂模块、所述第二桥臂模块连接；
所述方法包括：
所述变压器的原边漏电感与所述第一桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第一桥臂模块零电压导通，以在所述第一桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率；
所述变压器的原边漏电感与所述第二桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第二桥臂模块中的开关单元零电压导通，以在所述第二桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率。
优选地，所述全桥变换器还包括：
隔直电容，所述隔直电容设置于所述第一桥臂模块与所述第二桥臂模块之间，并与所述变压器的原边连接。
优选地，所述第一桥臂模块包括连接的第一开关单元以及第二开关单元；
所述第二桥臂模块包括连接的第三开关单元以及第四开关单元；
其中，所述第一开关单元导通的时段内，所述第一开关单元以特定移相角先于所述第四开关单元导通；
所述第二开关单元导通的时段内，所述第二开关单元以特定移相角先于所述第三开关单元导通。
优选地，所述第一桥臂模块、以及所述第二桥臂模块中的开关单元上还设置有磁珠，以减小所述开关单元的电压应力。
优选地，所述第一桥臂模块、以及所述第二桥臂模块中的开关单元上还设置有吸收单元，以减小所述开关单元的电压应力。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种全桥变换器，其特征在于，所述全桥变换器包括：
第一桥臂模块、第二桥臂模块和变压器；
所述变压器分别与所述第一桥臂模块、所述第二桥臂模块连接；其中，
所述变压器的原边漏电感与所述第一桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第一桥臂模块零电压导通，以在所述第一桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率；
所述变压器的原边漏电感与所述第二桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第二桥臂模块中的开关单元零电压导通，以在所述第二桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率。
2.根据权利要求1所述的全桥变换器，其特征在于，还包括：
隔直电容，所述隔直电容设置于所述第一桥臂模块与所述第二桥臂模块之间，并与所述变压器的原边连接。
3.根据权利要求1所述的全桥变换器，其特征在于，包括：
所述第一桥臂模块包括连接的第一开关单元以及第二开关单元；
所述第二桥臂模块包括连接的第三开关单元以及第四开关单元；
其中，所述第一开关单元导通的时段内，所述第一开关单元以特定移相角先于所述第四开关单元导通；
所述第二开关单元导通的时段内，所述第二开关单元以特定移相角先于所述第三开关单元导通。
4.根据权利要求1所述的全桥变换器，其特征在于，
所述第一桥臂模块、以及所述第二桥臂模块中的开关单元上还设置有磁珠，以减小所述开关单元的电压应力。
5.根据权利要求1所述的全桥变换器，其特征在于，
所述第一桥臂模块、以及所述第二桥臂模块中的开关单元上还设置有吸收单元，以减小所述开关单元的电压应力。
6.一种软开关实现方法，其特征在于，应用于全桥变换器，所述全桥变换器包括：
第一桥臂模块、第二桥臂模块和变压器；
所述变压器分别与所述第一桥臂模块、所述第二桥臂模块连接；
所述方法包括：
所述变压器的原边漏电感与所述第一桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第一桥臂模块零电压导通，以在所述第一桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率；
所述变压器的原边漏电感与所述第二桥臂模块的寄生电容构成谐振回路，使所述第二桥臂模块中的开关单元零电压导通，以在所述第二桥臂模块的导通时间内，使所述变压器的原边向所述变压器的副边输出功率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述全桥变换器还包括：
隔直电容，所述隔直电容设置于所述第一桥臂模块与所述第二桥臂模块之间，并与所述变压器的原边连接。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述第一桥臂模块包括连接的第一开关单元以及第二开关单元；
所述第二桥臂模块包括连接的第三开关单元以及第四开关单元；
其中，所述第一开关单元导通的时段内，所述第一开关单元以特定移相角先于所述第四开关单元导通；
所述第二开关单元导通的时段内，所述第二开关单元以特定移相角先于所述第三开关单元导通。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述第一桥臂模块、以及所述第二桥臂模块中的开关单元上还设置有磁珠，以减小所述开关单元的电压应力。
10.根据权利要求6至9任一项所述的方法，其特征在于，
所述第一桥臂模块、以及所述第二桥臂模块中的开关单元上还设置有吸收单元，以减小所述开关单元的电压应力。
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| CN201510337953.1A Pending CN106329941A (zh) | 2015-06-17 | 2015-06-17 | 全桥变换器及软开关实现方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106329941A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2015
- 2015-06-17 CN CN201510337953.1A patent/CN106329941A/zh active Pending
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