CN1193490C - 增强型全桥移相软开关变换器 - Google Patents
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Abstract
一种涉及用于电源或类似的电力系统的变换设备的增强型全桥移相软开关变换器。其包括由开关管构成全桥移相电路，包括串接于变压器的原边端的电感(L1)，所述变压器的原边端与电感(L1)连接于一连接点(M)。所述的全桥移相电路接入并接于变压器的原边端与输入电压端的电压谐振网络，所述的电压谐振网络包括分别并接于上述连接点(M)和输入电压两端的第一电容(C1)和第一二极管(D1)、以及第二电容(C2)和第二二极管(D2)。通过串接于变压器原边的电感L1形成电压谐振，本发明结构简单，能有效地抑制电压尖峰，提高效率，可以获得在整个负载范围内的零电压开通。
Description
【技术领域】
本发明涉及用于电源或类似的电力系统的变换设备，尤其涉及一种增强型全桥移相软开关变换器。
【背景技术】
全桥移相软开关技术能够实现开关管的零电压开通，在大功率应用范围得到了广泛应用，其基本拓扑如图1所示，图1中四个开关管Q1、Q2、Q3和Q4为接近50％占空比驱动，其中开关管Q1和Q2互补驱动，开关管Q3和Q4互补驱动；开关管Q4的驱动相对于开关管Q1延迟一定角度，假设初始状态为开关管Q1，Q4导通，则能量从原边传递到次边，假设输出整流管DR1导通，若此时开关管Q1关断，则原边电流对开关管Q1的结电容充电，同时对开关管Q2的结电容放电，当开关管Q1结电容电压为Vin时，开关管Q2结电容电压为零，开关管Q2的反并联体二极管导通，由于开关管Q2反并联体二极管导通，此时开通开关管Q2为零电压开通；此时原边电流通过开关管Q2的体二极管，电感L1、开关管Q4续流；一定时间后关断开关管Q4，则电感L1中的电流对开关管Q4的结电容充电，对开关管Q3的结电容放电，当开关管Q4两端电压为Vin时，开关管Q3的体二极管导通，此时开通开关管Q3为零电压开通，同理可以分析开关管Q1，Q4都能实现零电压开通；但是对于开关管Q1，Q2和Q3，Q4过程有所不同，主要是开关管Q1，Q2的开通过程抽走结电容的能量为电感L1加上电感L2反射到原边的能量，抽走开关管Q3，Q4的能量为电感L1中的能量，一般称开关管Q1、Q2为超前管，这部分为超前臂，开关管Q3、Q4为滞后管，这部分为滞后臂，滞后管的零电压开通在轻载下存在困难；开关管Q3开通后，变压器原边有电压输入，由于输出整流管DR1的结电容及其反向恢复特性，将造成输出整流管DR1两端电压振荡。
由上分析可知，全桥移相仍有以下问题：
1.抽走滞后臂结电容的能量较小，这样在轻载时可能无法达到零电压开通，因而轻载损耗较大。
2.输出整流管换流过程造成两端电压振荡，增加二极管损耗及电压应力。
为解决以上问题，目前，有的采用辅助网络，如图2所示，其原理是在开关管Q3或Q4开通时，辅助电容和电感谐振，当电容两端电压为零时其反并联二极管导通，辅助电感中电流近似不变，当开关管Q3或Q4关断时，谐振电感中电流和电感L1中电流一起抽走开关管Q3和Q4结电容的能量，该方法的输出整流管换向过程的电压振荡仍然存在。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于提供一种工作平稳且效率高的增强型全桥移相软开关变换器。
为解决上述技术问题，本发明提供一种增强型全桥移相软开关变换器，其由开关管构成全桥移相电路，包括串接于变压器的原边端的电感(L1)，所述变压器的原边端与电感(L1)连接于一连接点(M)。所述的全桥移相电路接入并接于变压器的原边端与输入电压端的电压谐振网络，所述的电压谐振网络包括分别并接于上述连接点(M)和输入电压两端的第一电容(C1)和第一二极管(D1)、以及第二电容(C2)和第二二极管(D2)。
本发明的原理及有益效果为：在本发明中，当电压谐振网络的电容完成充放电时进行换流，此时其中一电容上电压为零，另一电容电压为输入电压，与电容并联的二极管的导通将从而将变压器原边电压钳位于输入电压，抑制输出整流管DR1、DR2上电压尖峰，采用该电压谐振网络以后，在二极管D1、D2换向过程中，当一个整流管关断时，虽然存在反向恢复电流，但由于二极管D1、D2的钳位作用，输出整流管DR1、DR2换流过程振荡现象将消失，使得输出整流管DR1、DR2工作平稳，不存在电压尖峰，提高效率；同时选择合适的辅助电容C1和C2及谐振电感L1，可以获得在整个负载范围内滞后臂的零电压开通，特别是对开关频率较高和轻载时的改善很明显，对比采用辅助网络的技术不需要额外的辅助电感，进一步简化了电路；单独采用辅助二极管可以对整流管的电压尖峰有所抑制，如图3所示，采用辅助二极管D1、D2，在输出整流管换向过程中将原边电压钳在输入电压上，来减轻整流管两端的振荡，在输出整流管换向过程时，由于输出整流管的反向恢复特性，造成变压器次边电流电流反射到原边，原边电感的作用，使电流不能突变，因此辅助二极管D1、D2导通，将变压器原边电压钳位在输入电压值Vin，使得输出整流管上没有尖峰出现，如图4所示为这种单独采用辅助二极管的方案中变压器原边电压及辅助二极管的电流时序，图5则为本发明相应的变压器的原边电压及辅助二极管的电流时序，很明显，本发明和单独采用辅助二极管的方案在原理上有所不同，本发明不但辅助二极管工作平稳，抑制了整流管的电压尖峰，而且，本发明对开关频率较高和轻载时的改善很明显，这是这种单独采用辅助二极管的方案所不能比拟的；在本发明中，电压谐振网络简单地采用并接于变压器的原边与电感L1连接点M与输入电压两端的电容C1和二极管D1、以及电容C2和二极管D2，结构也较为简单。
总之，本发明结构简单，能有效地抑制电压尖峰，提高效率，可以获得在整个负载范围内的零电压开通。
【附图说明】
图1为全桥移相软开关电路原理图；
图2为现有技术方案一电路示意图；
图3为现有技术方案二电路示意图；
图4为现有技术方案二中变压器的原边电压及辅助二极管的电流时序示意图；
图5为本发明变压器的原边电压及辅助二极管的电流时序示意图；
图6为本发明电路示意图；
图7为阶段1电路等效示意图；
图8为阶段2电路等效示意图；
图9为阶段3电路等效示意图；
图10为阶段4电路等效示意图；
图11为阶段5电路等效示意图；
图12为阶段6电路等效示意图；
图13为阶段7电路等效示意图；
图14为阶段8电路等效示意图；
图15为阶段9电路等效示意图；
图16为阶段10电路等效示意图；
图17为阶段11电路等效示意图；
图18为阶段12电路等效示意图；
图19为本发明电路中主要器件电特性时序示意图；
图20为输出整流管的电压和电流实际波形图；
图21为空载时开关管Q2、开关管Q4、电压谐振网络中点M以及变压器原边电流实际波形图；
图22为电压谐振网络用于三电平的应用示意图。
【具体实施方式】
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
根据图6，开关管Q1、Q2、Q3和Q4构成基本的全桥移相电路，还包括串接于变压器的原边端的电感L1，全桥移相电路接入电压谐振网络，该电压谐振网络包括分别并接于变压器的原边与电感L1的连接点M和输入电压两端的电容C1和二极管D1、以及电容C2和二极管D2，通过串接于变压器原边的电感L1形成电压谐振，这种设计能够实现轻载条件下的零电压开通，而且换向过程中由于辅助电容C1、C2和二极管D1、D2的作用，能抑制输出整流管DR1、DR2的电压振荡，提高效率。
当电压谐振网络的电容充放电完成时进行换流，此时其中一电容上电压为零，另一电容电压为输入电压，与电容并联的二极管的导通，从而将变压器原边电压钳位于输入电压，限制输出整流管DR1、DR2上电压尖峰的出现，如图5所示为本发明变压器的原边电压及二极管D1的电流时序示意图。
对于本发明，整个电路的工作过程可以分成为十二个阶段，每个阶段的等效电路如图7至图18，下面详细说明各阶段的工作过程。
阶段1(t0-t1)：输出整流管DR2关断，二极管D2导通，从原边向次边传输能量，如图7所示，开关管Q1和Q4导通，二极管D2导通，整流管DR1导通，电流流过开关管Q1，变压器，谐振电感L1，开关管Q4，变压器能量传递到输出，由于谐振电感L1中电流大于变压器原边电流，二极管D2中有电流流过，此时主要器件电特性时序如图19所示，在图19中：波形a1为开关管Q1驱动电压的波形；
波形a2为开关管Q2驱动电压的波形；
波形a3为开关管Q3驱动电压的波形；
波形a4为开关管Q4驱动电压的波形；
波形a5为超前臂中点电压波形；
波形a6为滞后臂中点电压波形；
波形a7为电压谐振网络中点电压波形；
波形a8为变压器输入电压波形；
波形a9为变压器输入电流波形；
波形a10为电感电流波形；
波形a11为变压器次边输出电压波形；
波形a12为整流管DR1电流波形；
波形a13为整流管DR2电流波形。
阶段2(t1-t2)：开关管Q1关断，超前臂结电容充放电，如图8所示，开关管Q1在t1时刻关断，变压器原边电流开关管Q1结电容Cq1充电，Cq2放电，输出仍为整流管DR1导通，此时对超前臂充电谐振的电感包括次边电感反馈到原边的值，变压器漏感，谐振电感L1，同时二极管D2仍然保持导通，此时主要器件电特性时序如图19所示。
阶段3(t2-t3)：开关管Q2零电压导通，输出整流管DR1续流导通，如图9所示，在t2时刻，电容Cq1电压等于Vin，Cq2电压为零，开关管Q2的体二极管自然导通，此时变压器原边输入电压为零，此时，输出整流管DR2仍不导通，变压器原边电流折算到次边通过输出整流管DR1续流。在开关管Q2体二极管导通的时间内，在t3时刻开通开关管Q2将获得零电压开通，由于谐振电感L1中电流大于原变压器初级电流，二极管D2仍然保持导通。在此过程中，由于仍为次边提供能量，原边电流不断减小，此时主要器件电特性时序如图19所示。
阶段4(t4-t5)：开关管Q4关断，滞后臂结电容充放电，如图10所示，在t4时刻关断开关管Q4，滞后臂桥臂电容和谐振电感L1谐振，电容Cq4电压将上升，电容Cq3电压降低，直到t5时刻电容Cq4电压等于Vin，此时电容Cq3电压等于零，此时谐振电感电流仍没有反向，因此开关管Q3体二极管导通，此时主要器件电特性时序如图19所示。
阶段5(t5-t6)：开关管Q3零电压开通，电感L1电流衰减至原边漏感电流，如图11所示，在t6时刻开通开关管Q3为零电压开通，其中包括体二极管导通，二极管D2导通，因此电感L1中电流将线性衰减到变压器原边漏感电流时，二极管D2将自然关断，在此之前，电容C1和C2上的电压分别为Vin和零，次边仍为输出整流管DR1续流导通，此时主要器件电特性时序如图19所示。
阶段6(t6-t7)：电容C1，C2与电感L1，变压器漏感谐振，如图12所示，由于谐振电感电流衰减到原边漏感电流，二极管D2关断，此时整流管DR1和DR2同时导通，变压器输入电压钳在零，但此时漏感仍在起作用；因此，电容C1，C2将和电感L1及漏感谐振，电容C1电压减小，电容C2电压上升，由于变压器原边电流变化，电流反向并不断增大，折算到付边使得输出整流管DR1中电流不断减小，输出整流管DR2中电流不断增加，此时主要器件电特性时序如图19所示。
阶段7(t7-t8)：二极管D1导通，输出整流管DR1关断，从原边向次边传输能量，如图13所示，在t7时刻二极管D1自然导通，原边电流流过开关管Q3，电感L1，变压器，开关管Q2将能量传输到输出，同时二极管D1也保持导通；与此同时输出整流管DR1不断减小到零，输出整流管DR2中电流不断增加，直到输出整流管DR1关断，输出整流管DR2流过全部电流，能量从原边传递到次边。在输出整流管DR1关断的瞬间，虽然存在反向恢复电流，但是由于二极管D1将变压器原边电压钳在Vin，因此输出整流管DR1关断时振荡现象将消失，此时主要器件电特性时序如图19所示。
阶段8(t8-t9)：如图14所示，开关管Q2关断，超前臂结电容充放电，此时主要器件电特性时序如图19所示。
阶段9(t9-t10)：如图15所示，开关管Q1零电压开通，输出整流管DR2续流导通，此时主要器件电特性时序如图19所示。
阶段10(t10-t11)：如图16所示，开关管Q3关断，滞后臂结电容充放电，此时主要器件电特性时序如图19所示。
阶段11(t11-t12)：如图17所示，开关管Q4零电压开通，辅助电感电流衰减至零，此时主要器件电特性时序如图19所示。
阶段12：此时又开始一个新的周期，如图18所示，电容C1，C2和辅助电感，变压器漏感谐振，此时主要器件电特性时序如图19所示。
以上阶段8至阶段12的过程分别类似于阶段2至阶段6，只不过是另一桥臂的换向过程，这里不再赘述。
通过以上的分析可知，当电压谐振网络的电容进行充放电时开始换流，其中一电容上电压为零，另一电容电压为输入电压，与电容并联的二极管D1、D2的导通限制输出整流管DR1、DR2上电压尖峰的出现，当一个整流管关断时，虽然存在反向恢复电流，但由于二极管D1、D2的钳位作用，输出整流管DR1、DR2换流过程振荡现象将消失，使得输出整流管DR1、DR2工作平稳，不存在电压尖峰，提高效率，如图20所示，图20中的上部为整流管DR1、DR2电压交替叠加成的波形，明显没有产生电压尖峰，图20中的下部为整流管DR1、DR2电流交替叠加成的波形，反映了整流管DR1、DR2工作平稳；再参见图21空载时开关管Q2、开关管Q4、电压谐振网络中点M以及变压器原边电流实际波形图，显示本发明在空载情况下，仍能实现零电压开关，说明本发明可以在开关频率较高和轻载时获得在整个负载范围内超前臂和滞后臂的零电压开通。
由于三电平和全桥移相在很大程度上存在对偶关系，因此本发明可以很方便地推广到三电平中，同样能够实现二极管电压尖峰抑制和增强轻载换流作用，如图22所示，其工作原理和过程与上面分析是一致的，在此匆需赘述。
Claims (1)
1.一种增强型全桥移相软开关变换器，由开关管构成全桥移相电路，包括串接于变压器的原边端的电感(L1)，所述变压器的原边端与电感(L1)连接于一连接点(M)，其特征在于：所述的全桥移相电路接入并接于变压器的原边端与输入电压端的电压谐振网络，所述的电压谐振网络包括分别并接于上述连接点(M)和输入电压两端的第一电容(C1)和第一二极管(D1)、以及第二电容(C2)和第二二极管(D2)。
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Families Citing this family (7)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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