CN106877668A - 一种不对称半桥变换器拓扑结构 - Google Patents

一种不对称半桥变换器拓扑结构 Download PDF

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张可银
谢刘宏
周雪莲
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Abstract

本发明涉及一种不对称半桥变换器拓扑结构，其由一只PWM控制芯片，产生两路相位互补式驱动脉冲，通过隔离驱动电路，生成两路驱动信号VGS1和VGS2，两路信号之间具有死区时间，VGS1驱动功率管Q1，VGS2驱动功率管Q2；功率管Q1和Q2串联连接，组成半桥式桥臂，桥臂中点A通过串联隔置电容Cb和谐振电感Lr1，接至功率变压器T1的一次侧线圈；功率变压器T1的二次侧线圈连接采用全波方式的整流滤波电路，后接滤波电容Cf，用以输出稳定的直流电压Vo。本发明所述的不对称半桥变换器，可以通过谐振电感和功率器件的寄生电容，及其功率变压器的漏感，可以很方便地实现直流电压变换，实现功率器件在高压小电流输出场合的零电压导通，提高电源变换效率，控制方便，效果显著。

Description

一种不对称半桥变换器拓扑结构
技术领域
本专利属于电力电子变换领域，涉及开关电源的设计与应用，旨在提供一种适合高压小电流输出场合的开关电源拓扑结构。
背景技术
所谓开关电源，是将直流电压转换成不同直流电压的电源转换架构。架构中的功率器件通过调宽PWM的方式，工作于开关状态。但是在实现电源高功率密度和高效化的过程中，需要提高功率器件的开关频率。如果继续采用常规的开关方式，会遇到开关转换时功率损耗增加的难题。因此，在硬开关的基础上，利用功率器件的寄生电容、寄生二极管以及变压器的寄生漏感作为谐振元件，使功率器件依次在零电压下导通，从而实现软开关方式。
传统的不对称半桥变换器具有结构简单、控制方便和无需辅助器件就可实现软开关的优点，适应于输出低电压大电流、中功率的场合。缺点是，实现软开关的条件较为苛刻，在输出电流较小的情况下，无法实现软开关方式。
发明内容
发明的目的
本发明的目的在于设计一种适应较宽输入输出范围，并可在轻载及空载状态下也能实现软开关控制方式的不对称半桥变换器拓扑结构。
技术方案
本专利发明的一种不对称半桥变换器拓扑结构，其包括：
由一只PWM控制芯片，产生两路相位互补式驱动脉冲，通过隔离驱动电路，生成两路驱动信号VGS1和VGS2，两路信号之间具有死区时间，VGS1驱动功率管Q1，VGS2驱动功率管Q2；功率管Q1和Q2串联连接，组成半桥式桥臂，桥臂中点A通过串联隔置电容Cb和谐振电感Lr1，接至功率变压器T1的一次侧线圈；功率变压器T1的二次侧线圈连接采用全波方式的整流滤波电路，后接滤波电容Cf，用以输出稳定的直流电压Vo。
发明创造的优点
本专利涉及的不对称半桥变换器，可以很方便地实现直流电压变换，并通过谐振电感和半导体功率器件的寄生电容，及其功率变压器的漏感，三者参与谐振，实现半导体功率器件在高电压小电流输出场合的零电压导通，提高电源变换效率，控制方便，效果显著。由于其具备通用性，所以以后可以在电力电子变换领域推广应用。
附图说明
图1为本发明的不对称半桥变换器拓扑结构示意图。
图2为半桥式桥臂的驱动脉冲相位示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示的不对称半桥变换器拓扑示意图，包括：PWM IC控制芯片、隔离驱动电路、半桥式桥臂、隔置电容Cb和谐振电感Lr1、功率变压器T1、整流滤波电路。
PWM IC控制芯片，型号为TI公司的UCC2897，输出相位互补的两路脉冲。隔离驱动电路将UCC2897芯片产生的两路脉冲的驱动能力增强，生成一路可以浮地驱动的脉冲信号VGS1，另一路是与VGS1相位互补的脉冲信号VGS2。两路信号带有死区时间。
半导体功率器件Q1和Q2组成半桥式桥臂，DS1是Q1内部寄生二极管，CS1是Q1内部寄生电容，DS2是Q2内部寄生二极管，CS2是Q2内部寄生电容。VGS1驱动Q1，VGS2驱动Q2，工作在互补方式(如图2所示)。假设Q1占空比为D，则Q2占空比为1-D。
隔置电容Cb采用有机薄膜电容，谐振电感Lr1采用铁氧体材料，两者串联，连接Q1和Q2组成的半桥式桥臂和功率变压器T1的一次侧。
隔直电容Cb上的电压是一直流信号，大小为输入电压Vin*D。当Q1导通Q2关断时，A、B两点间的电压为输入电压Vin,当Q1关断Q2导通时，A、B两点间的电压为0。
二极管D1、D2、D3、D4组成全波桥式整流电路，连接在功率变压器T1的二次侧，电容Cf采用电解电容，降低整流纹波。
由于全波桥式整流电路的箝位作用，变压器一次侧电压为一个幅值固定为Vo*N1/N2(N1、N2分别为功率变压器一次侧、二次侧绕组匝数)、180度宽的方波交流电压。
在Q1和Q2依次导通的死区时间内，初级电感Lr1和Q1、Q2内部寄生的电容CS1、CS2发生谐振(在此假设CS1＝CS2＝Coss)。由于电感电流IL很大，可以近似认为恒流源，谐振过程近似线性充放电过程。实现软开关的条件需满足以下公式：
Lr1一般远大于Coss，所以实现软开关的条件极为宽松，能够在较轻的负载甚至空载范围内实现ZVS。
以上分析是为了更好地阐述本发明所述不对称半桥变换器在高电压小电流输出场合的应用。

Claims (2)

1.一种不对称半桥变换器拓扑结构，其特征在于，其由一只PWM控制芯片，产生两路相位互补式驱动脉冲，通过隔离驱动电路，生成两路驱动信号VGS1和VGS2，两路信号之间具有死区时间，VGS1驱动功率管Q1，VGS2驱动功率管Q2；功率管Q1和Q2串联连接，组成半桥式桥臂，桥臂中点A通过串联隔置电容Cb和谐振电感Lr1，接至功率变压器T1的一次侧线圈；功率变压器T1的二次侧线圈连接采用全波方式的整流滤波电路，后接滤波电容Cf，用以输出稳定的直流电压Vo。
2.如权利要求1所要求的不对称半桥变换器拓扑结构，其特征在于：PWM控制芯片采用UCC2897芯片。
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