CN107302312A - 一种带辅助支路的全桥软开关电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种带辅助支路的全桥软开关电路，其包括第一桥臂模块、第二桥臂模块和变压器，第一桥臂模块包括第一开关单元和第三开关单元；第一开关单元的一端连接输入电压的正极，第一开关单元的另一端连接第三开关单元的一端，第三开关单元的另一端连接输入电压的负极；第二桥臂模块包括第二开关单元和第四开关单元；第二开关单元的一端连接输入电压的正极，第二开关单元的另一端连接第四开关单元的一端，第四开关单元的另一端连接输入电压的负极；第四开关单元的两端接入一LC网络；第一开关单元的另一端连接变压器原边的一端，第二开关单元的另一端连接变压器原边的一端，变压器的副边连接有整流滤波电路。本发明采用LC辅助网络能有效的改善滞后桥臂的软开关状态，抑制输出整流二极管的电压尖峰。

Description

一种带辅助支路的全桥软开关电路
技术领域
本发明涉及一种软开关改进电路，尤其涉及一种带辅助支路的全桥软开关电路。
背景技术
传统的全桥ZVS变换器的滞后桥臂在轻载的时候较难实现软开关，功率管的消耗较大，效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带辅助支路的全桥软开关电路。
本发明采用的技术方案是：
一种带辅助支路的全桥软开关电路，其包括第一桥臂模块、第二桥臂模块和变压器，
所述第一桥臂模块包括第一开关单元和第三开关单元；第一开关单元的一端连接输入电压的正极，第一开关单元的另一端连接第三开关单元的一端，第三开关单元的另一端连接输入电压的负极；
所述第二桥臂模块包括第二开关单元和第四开关单元；第二开关单元的一端连接输入电压的正极，第二开关单元的另一端连接第四开关单元的一端，第四开关单元的另一端连接输入电压的负极；
所述第四开关单元的两端接入一LC网络；
第一开关单元的另一端连接变压器原边的一端，第二开关单元的另一端连接变压器原边的一端，变压器的副边连接有整流滤波电路。
进一步地，所述第一桥臂模块为超前桥臂模块，第二桥臂模块为滞后桥臂模块。
进一步地，所述LC网络由一辅助电感和一辅助电容串联而成，第四开关单元的一端与辅助电感的一端连接，辅助电感的另一端通过辅助电容连接第四开关单元的另一端。
进一步地，第一开关单元的另一端通过一谐振电感连接变压器原边的一端，第二开关单元的另一端通过一隔直电容连接变压器原边的另一端。
进一步地，变压器的副边为两个绕组，两个绕组的上端为同名端；第一个绕组的同名端连接在第一整流二极管的阳极，第一个绕组的异名端与第二个绕组的同名端连接，此连接点为变压器副边绕组的中点抽头；变压器的副边第二个绕组的异名端连接第二整流二极管的阳极，第一整流二极管和第二整流二极管的阴极相连，并同时连接在输出电感的一端，输出电感的另一端为输出电压的正极，输出电感的另一端分别连接滤波电容和负载电阻，滤波电容和负载电阻并联，滤波电容和负载电阻的另一端连接变压器副边绕组的中点抽头且为输出电压的负极。
进一步地，所述第一至第四开关单元均包括一MOSFET开关管、一开关整流二极管和一结电容，每个MOSFET开关管的漏极分别为对应开关单元的一端，MOSFET开关管的源极为对应开关单元的另一端，开关整流二极管和结电容分别并联于对应开关单元的两端，开关整流二极管的正极连接MOSFET开关管的源极，开关整流二极管的负极连接MOSFET开关管的漏极。
本发明采用以上技术方案，采用LC网络的辅助支路作为无源辅助网络解决滞后臂开关管在轻载的时候难以实现ZVS的问题。本发明能够有效的改善滞后桥臂的软开关状态。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种带辅助支路的全桥软开关电路的结构示意图；
图2为本发明一种带辅助支路的全桥软开关电路的第二开关单元驱动电压为低电平时的等效电路图；
图3为本发明一种带辅助支路的全桥软开关电路的第四开关单元驱动电压为高电平时的等效电路图。
具体实施方式
如图1-3之一所示，本发明公开了一种带辅助支路的全桥软开关电路，其包括第一桥臂模块、第二桥臂模块和变压器，
所述第一桥臂模块包括第一开关单元和第三开关单元；第一开关单元的一端连接输入电压的正极，第一开关单元的另一端连接第三开关单元的一端，第三开关单元的另一端连接输入电压的负极；
所述第二桥臂模块包括第二开关单元和第四开关单元；第二开关单元的一端连接输入电压的正极，第二开关单元的另一端连接第四开关单元的一端，第四开关单元的另一端连接输入电压的负极；
所述第四开关单元的两端接入一LC网络；
第一开关单元的另一端连接变压器原边的一端，第二开关单元的另一端连接变压器原边的一端，变压器的副边连接有整流滤波电路。
进一步地，所述第一桥臂模块为超前桥臂模块，第二桥臂模块为滞后桥臂模块。
进一步地，所述LC网络由一辅助电感和一辅助电容串联而成，第四开关单元的一端与辅助电感的一端连接，辅助电感的另一端通过辅助电容连接第四开关单元的另一端。
进一步地，第一开关单元的另一端通过一谐振电感连接变压器原边的一端，第二开关单元的另一端通过一隔直电容连接变压器原边的另一端。
进一步地，变压器的副边为两个绕组，两个绕组的上端为同名端；第一个绕组的同名端连接在第一整流二极管的阳极，第一个绕组的异名端与第二个绕组的同名端连接，此连接点为变压器副边绕组的中点抽头；变压器的副边第二个绕组的异名端连接第二整流二极管的阳极，第一整流二极管和第二整流二极管的阴极相连，并同时连接在输出电感的一端，输出电感的另一端为输出电压的正极，输出电感的另一端分别连接滤波电容和负载电阻，滤波电容和负载电阻并联，滤波电容和负载电阻的另一端连接变压器副边绕组的中点抽头且为输出电压的负极。
进一步地，所述第一至第四开关单元均包括一MOSFET开关管、一开关整流二极管和一结电容，每个MOSFET开关管的漏极分别为对应开关单元的一端，MOSFET开关管的源极为对应开关单元的另一端，开关整流二极管和结电容分别并联于对应开关单元的两端，开关整流二极管的正极连接MOSFET开关管的源极，开关整流二极管的负极连接MOSFET开关管的漏极。
下面就本发明的具体连接关系和工作原理做详细说明：
如图1所示，第一桥臂模块和第二桥臂模块的组成及连接关系为：MOSFET开关管S1的源极连接MOSFET开关管S3的漏极，MOSFET开关管S2的源极连接MOSFET开关管S4的漏极，开关管S1和开关管S3串接；开关管S2和开关管S4串接；输入电压Vin的正极分别连接MOSFET开关管S1的漏极和MOSFET开关管S2的漏极，MOSFET开关管S3的源极和MOSFET开关管S4的源极连接输入电压Vin的负极，
开关整流二极管VD1的正极连接MOSFET开关管S1的源极，开关整流二极管VD1的负极连接MOSFET开关管S1的漏极。结电容C1的两端分别连接开关管S1的源极和漏极。
开关整流二极管VD2的正极连接MOSFET开关管S2的源极，开关整流二极管VD2的负极连接MOSFET开关管S2的漏极。结电容C2的两端分别连接开关管S2的源极和漏极。
开关整流二极管VD3的正极连接MOSFET开关管S3的源极，开关整流二极管VD3的负极连接MOSFET开关管S3的漏极。结电容C3的两端分别连接开关管S3的源极和漏极。
开关整流二极管VD4的正极连接MOSFET开关管S4的源极，开关整流二极管VD4的负极连接MOSFET开关管S4的漏极。结电容C4的两端分别连接开关管S4的源极和漏极。
MOSFET开关管S4的漏极与辅助电感La的一端连接，辅助电感La的另一端通过辅助电容Ca连接MOSFET开关管S4的源极。
开关管S1的源极和开关管S2的源极分别连接在变压器Tr原边的两端；作为另一种实施方式，开关管S1的源极可通过一谐振电感Lr连接变压器Tr原边的一端，开关管S2的源极可通过一隔直电容Cb连接变压器Tr原边的另一端。
变压器Tr的副边为两个绕组，两个绕组的上端为同名端；第一个绕组的同名端连接在第一整流二极管D1的阳极，第一个绕组的异名端与第二个绕组的同名端连接，此连接点为变压器Tr副边绕组的中点抽头；变压器Tr的副边第二个绕组的异名端连接第二整流二极管D2的阳极，第一整流二极管D1和第二整流二极管D2的阴极相连，并同时连接在输出电感Lf的一端，输出电感Lf的另一端为输出电压Vo的正极，输出电感Lf的另一端分别连接滤波电容Cf和负载电阻R，滤波电容Cf和负载电阻R并联，滤波电容Cf和负载电阻R的另一端连接变压器Tr副边绕组的中点抽头且为输出电压Vo的负极。
如图2所示，当开关管S2驱动电压变成低电平后，一次侧电流ip失去通路，电流转移到结电容C2和结电容C4中，这段时间的等效电路如图2，作为辅助支路的LC网络的辅助电感La、辅助电容Ca和结电容C4组成谐振电路。帮助谐振电感Lr给结电容C2充电，结电容C4放电，使得开关管S2上的电压从零逐渐上升，实现零电压关断。
如图3所示，当开关管S2上电压上升到1/2的输入电压Vin的时候，开关整流二极管VD4导通，谐振电感Lr储能返还给输入侧，原边电流ip在输入电压Vin作用下正向变大。由于开关整流二极管VD4导通，因此可以零电压开通开关管S4。
本发明采用以上技术方案，采用的是LC无源器件作为辅助支路，结构简单，不需要复杂的控制逻辑和驱动电路，解决滞后臂开关管在轻载的时候难以实现ZVS的问题。本发明能够有效的改善滞后桥臂的软开关状态，LC辅助支路还能有效的抑制输出整流二极管的电压尖峰。

Claims (6)

1.一种带辅助支路的全桥软开关电路，其特征在于：其包括第一桥臂模块、第二桥臂模块和变压器，
所述第一桥臂模块包括第一开关单元和第三开关单元；第一开关单元的一端连接输入电压的正极，第一开关单元的另一端连接第三开关单元的一端，第三开关单元的另一端连接输入电压的负极；
所述第二桥臂模块包括第二开关单元和第四开关单元；第二开关单元的一端连接输入电压的正极，第二开关单元的另一端连接第四开关单元的一端，第四开关单元的另一端连接输入电压的负极；
所述第四开关单元的两端接入一LC网络；
第一开关单元的另一端连接变压器原边的一端，第二开关单元的另一端连接变压器原边的一端，变压器的副边连接有整流滤波电路。
2.根据权利要求1所述的一种带辅助支路的全桥软开关电路，其特征在于：所述第一桥臂模块为超前桥臂模块，第二桥臂模块为滞后桥臂模块。
3.根据权利要求1所述的一种带辅助支路的全桥软开关电路，其特征在于：所述LC网络由一辅助电感和一辅助电容串联而成，第四开关单元的一端与辅助电感的一端连接，辅助电感的另一端通过辅助电容连接第四开关单元的另一端。
4.根据权利要求1所述的一种带辅助支路的全桥软开关电路，其特征在于：第一开关单元的另一端通过一谐振电感连接变压器原边的一端，第二开关单元的另一端通过一隔直电容连接变压器原边的另一端。
5.根据权利要求1所述的一种带辅助支路的全桥软开关电路，其特征在于：变压器的副边为两个绕组，两个绕组的上端为同名端；第一个绕组的同名端连接在第一整流二极管的阳极，第一个绕组的异名端与第二个绕组的同名端连接，此连接点为变压器副边绕组的中点抽头；变压器的副边第二个绕组的异名端连接第二整流二极管的阳极，第一整流二极管和第二整流二极管的阴极相连，并同时连接在输出电感的一端，输出电感的另一端为输出电压的正极，输出电感的另一端分别连接滤波电容和负载电阻，滤波电容和负载电阻并联，滤波电容和负载电阻的另一端连接变压器副边绕组的中点抽头且为输出电压的负极。
6.根据权利要求1至5之一所述的一种带辅助支路的全桥软开关电路，其特征在于：所述第一至第四开关单元均包括一MOSFET开关管、一开关整流二极管和一结电容，每个MOSFET开关管的漏极分别为对应开关单元的一端，MOSFET开关管的源极为对应开关单元的另一端，开关整流二极管和结电容分别并联于对应开关单元的两端，开关整流二极管的正极连接MOSFET开关管的源极，开关整流二极管的负极连接MOSFET开关管的漏极。
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