專利名稱：一種橋式移相軟開關變換器的拓撲電路的制作方法
技術領域：
一種橋式移相軟開關變換器的拓撲電路
本實用新型涉及電力電子領域中的直流電源變換技術，特別涉及一種橋式移 相軟開關變換器的拓撲電路。
在現有技術中所采用的橋式移相軟開關變換的直流電源中，經常使用

圖1所示的變換器拓撲結構和經改進的圖2所示的變換器拓撲結構，這種變換器包括 橋式電路、變壓器TR、諧振電感LF和整流濾波電路，其中，圖l是最基本的橋 式移相軟開關拓撲結構，這兩種拓撲結構在實際使用中存在如下問題1、 變換器輸出30%~40%負載后方能完全滿足軟開關的條件。2、 為了能使變換器在輕載時可靠工作，串聯在主電路的諧振電感LF不能太 小，因為諧振電感LF太小就不能提供足夠大的能量，以完成移相過程。3、 由于諧振電感LF的接入，使得占空比損失太大，致使重載時輸出電壓跌 落，多數情況下占空比達不到80%,對于高壓大功率的應用很難滿足要求。4、 變換器的死負載太大(即變換器自身負載太大)， 一般要占總輸出的3% 5%，影響整機效率。5、 受輸出濾波電感器LZ的影響。 [發明內容]本實用新型要解決的技術問題是提供一種橋式移相軟開關變換器的拓撲電 路，能夠提供足夠的能量完成變換器的移相過程。
本實用新型的技術方案是
一種橋式移相軟開關變換器的拓撲電路，包括由兩橋臂組成的橋式電路、變 壓器和整流濾波電路，所述變壓器的副邊與所述整流濾波電路電連接；所述橋式 電路的一橋臂包括開關管MR1、開關管MR2、電感LB、 二極管DR1、 二極管DR2、 電容CR1和電容CR2,所述開關管MR1與開關管MR2串聯連接，該串聯支路的中 點作為該橋臂中點，與所述變壓器原邊的一端電連接，該串聯支路的兩端作為該 橋臂的兩輸入端，所述二極管DR1和二極管DR2同向串聯，該串聯支路兩端分別 連接該橋臂的兩輸入端，所述電容CR1和電容CR2分別并聯于二極管DR1和二極 管DR2兩端，所述電感LB連接在該橋臂中點和所述二極管DR1與二極管DR2的 連接點之間；所述橋式電路的另一橋臂包括開關管ML1和開關管ML2，所述開關 管ML1與開關管ML2串聯連接，該串聯支路的中點作為該橋臂中點,與所述變壓 器原邊的另一端電連接，該串聯支路的兩端作為該橋臂的兩輸入端；所述橋式電路的另一橋臂還包括電感LA、 二極管DL1、 二極管DL2、電容CL1 和電容CL2，所述二極管DL1和二極管DL2同向串聯，該串聯支路兩端分別連接 該橋臂的兩輸入端，所述電容CL1和電容CL2分別并聯于二極管DL1和二極管 DL2兩端，所述電感LA連接在該橋臂中點和所述二極管DL1與二極管DL2的連 接點之間。所述的一種橋式移相軟開關變換器的拓撲電路，還包括諧振電感LF,所述 任一橋臂中點通過該諧振電感LF與所述變壓器原邊相連接。所述的一種橋式移相軟開關變換器的拓撲電路，還包括鉗位二極管DF1和鉗 位二極管DF2，所述鉗位二極管DF1和鉗位二極管DF2同向串聯連接，該串聯支 路的兩端分別連接所述任一橋臂的兩輸入端，所述諧振電感LF與所述變壓器原 邊的連接點與所述鉗位二極管DF1和鉗位二極管DF2的連接點連接。本實用新型的有益效果是-本實用新型在其中一橋臂上增加了由電感LA、 二極管DL1、 二極管DL2、電 容CL1和電容CL2組成的輔助網絡，使得0 100%負載范圍內均可滿足橋式移相 軟開關變換器的工作條件；由于所增加的輔助網絡和諧振電感LF分擔了變換器 完成移相過程所需的能量，因此本實用新型中的諧振電感LF大大減小，對占空 比基本沒有影響，變換器的占空比可達到90%左右；本實用新型中的左右橋臂均
可在全程負載范圍內實現軟開關變換，不受輸出濾波電感器的影響，同時，死負載降為總輸出負載的0.2% 0.5%，整機損耗大大降低；另外，本實用新型中的 變壓器也不需要特別設計、輔助電感LA或LB、諧振電感LF使用普通的鐵氧體 材料，體積大大減小，散熱器比目前橋式移相軟開關變換器中的散熱器小，所以 降低了整機的成本；本實用新型相比現有基本移相電路空載時產生的干擾，空載 電磁干擾小。
圖1是現有技術中基本橋式移相軟開關變換器拓撲電路結構圖。
圖2是現有技術中另一種橋式移相軟開關變換器拓撲電路結構圖。
圖3是本實用新型的橋式移相軟開關變換器拓撲電路結構圖(一)。
圖4是本實用新型的橋式移相軟開關變換器拓撲電路結構圖(二)。
圖5是本實用新型的橋式移相軟開關變換器拓撲電路結構圖(三)。
圖6是圖3所示電路的起始狀態示意圖。
圖7是圖3所示電路處于右橋臂諧振過渡周期的示意圖。
圖8是圖3所示電路處于鉗位續流周期的示意圖。
圖9是圖3所示電路處于左橋臂諧振過渡周期的示意圖。
圖IO是圖3所示電路處于功率傳輸周期的示意圖。
圖11是本實用新型的變換器效率曲線圖。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進行進一步闡述-橋式移相軟開關變換器的工作條件是1、儲在諧振電感LF中的能量必須大于在最大過渡時間內一側橋臂的開關管 輸出電容與變壓器分布電容充、放電所需的總能量。
2、移相過程必須在過渡時間內完成。根據上述條件，本實用新型提出利用外加附加網絡和諧振電感共同提供能量 來滿足上述條件的思想，達到最佳橋式移相軟開關變換，并克服目前采用的拓撲 結構的缺陷；變換器的成本沒有增加；輕載效率大大提高。圖3是本實用新型的橋式移相軟開關變換器拓撲電路結構圖(一)，本實用 新型的變換器拓撲電路包括由兩橋臂(左、右橋臂)組成的橋式電路、變壓器 和整流濾波電路(整流電路可以是全波整流，也可以是全橋整流等)，所述變壓器 的副邊與所述整流濾波電路電連接；所述橋式電路的一橋臂包括開關管MR1、開 關管MR2、電感LB、 二極管DR1、 二極管DR2、電容CR1和電容CR2，所述開關 管MR1與開關管MR2串聯連接，該串聯支路的中點作為該橋臂中點，與所述變壓 器原邊的一端電連接，該串聯支路的兩端作為該橋臂的兩輸入端，所述二極管 DR1和二極管DR2同向串聯，該串聯支路兩端分別連接該橋臂的兩輸入端，所述 電容CR1和電容CR2分別并聯于二極管DR1和二極管DR2兩端，所述電感LB連 接在該橋臂中點和所述二極管DR1與二極管DR2的連接點之間；所述橋式電路的 另一橋臂包括開關管ML1和開關管ML2，所述開關管ML1與開關管ML2串聯連接， 該串聯支路的中點作為該橋臂中點，與所述變壓器原邊的另一端電連接，該串聯 支路的兩端作為該橋臂的兩輸入端；所述橋式電路的另一橋臂還包括電感LA、 二極管DL1、 二極管DL2、電容CL1和電容CL2,所述二極管DL1和二極管DL2 同向串聯，該串聯支路兩端分別連接該橋臂的兩輸入端，所述電容CL1和電容 CL2分別并聯于二極管DL1和二極管DL2兩端，所述電感LA連接在該橋臂中點 和所述二極管DL1與二極管DL2的連接點之間。需要說明的是，該拓撲電路還包括諧振電感LF，所述任一橋臂中點通過該 諧振電感LF與所述變壓器原邊相連接，即諧振電感LF可以串接在左橋臂與變壓 器原邊之間，也可以串接在右橋臂與變壓器原邊之間。圖4是本實用新型的橋式移相軟開關變換器拓撲電路結構圖(二)，相對于 圖3來說，圖4中的結構圖增加了鉗位二極管DF1和鉗位二極管DF2，所述鉗位 二極管DF1和鉗位二極管DF2同向串聯連接，該串聯支路的兩端分別連接所述橋 臂的兩輸入端，所述諧振電感LF與所述變壓器原邊的連接點與所述鉗位二極管DF1和鉗位二極管DF2的連接點。該圖所示的拓撲電路，主要用于高壓輸出的變 換器中，DF1、 DF2是鉗位二極管，使變壓器原、副邊的電壓鉗位在設計范圍內， 避免由于諧振電感LF和變壓器原邊電壓相位相反時產生高壓，損壞副邊整流二 極管DZ1、 DZ2，起到保護作用，同時，鉗位二極管的增加也降低對變壓器耐壓 的要求。圖5是本實用新型的橋式移相軟開關變換器拓撲電路結構圖(三)，相對于 圖3來說，圖5所示的結構圖去掉了諧振電感LF，單純利用變壓器的漏電感做 諧振電感器，不外加諧振電感。下面對圖3所示拓撲電路進行工作周期分析定義T0時刻初級側的電流為IP (T0)。1、 當KT0時，變換器處于起始狀態，如圖6所示:對角臂上的開關管ML1， 開關管MR2導通。IP (TO)經ML1、變壓器的一次側(原邊)、諧振電感LF流入 開關管MR2，電流方向如圖中箭頭所示。變壓器一次側電流在TO時刻等于IP (T0)。同時，在T0時刻，MR2被控制 電路關斷，并進入右橋臂諧振轉換周期。此刻，IP (TO)由一次側的諧振電感 LF和右側輔助網絡維持，近似為常量。2、 當TO 〈T 〈Tl時，變換器處于右橋臂諧振過渡周期，如圖7所示MR2 關斷后，變壓器一次側電流通過開關管輸出電容繼續流動， 一次側電流和右側輔 助網絡同時對MR2的輸出電容充電，電壓由OV上升至電源電壓。同時變壓器分 布電容和MR1輸出電容則開始放電。這樣，經過諧振過渡周期，當MR1開通時， 其源-漏之間的電壓已經降為零，零電壓開通ZVS得以實現。3、 當TKT〈T2時，變換器處于鉗位續流周期，如圖8所示r右橋臂諧振 周期結束后， 一次側電流將通過ML1、 MR1的體二極管續流。4、 當T2〈T〈T3時，變換器處于左橋臂諧振過渡周期，如圖9所示在T2 時刻，變壓器一次側仍有電流，其值略低于IP (T0)。由于MR1已導通，ML1將 被關斷。這時，變壓器一次側電流繼續流動，但其流動方向變為流向ML1的輸出 電容，左側輔助網絡的電流也流入ML1的輸出電容，電壓由OV上升至電源電壓。同時變壓器分布電容也開始充電，ML2輸出電容則開始放電。在諧振過渡周期中， ML2源-漏之間的電壓已經降為零，為零電壓開關的實現創造了條件。 一次側電 流被ML2的體二極管鉗位，此時ML2仍處在關斷狀態。 一旦ML2開通，由于MR1 己經處于導通狀態，輸入電壓將全部加在變壓器的一次側，并通過變壓器的二次 側向負載傳輸能量。5、 當T3〈T〈T4時，變換器處于功率傳輸周期，如圖10所示在功率傳輸 周期中，對角橋臂中的兩只開關管都處于導通狀態，輸入電壓完全施加在變壓器一次繞組上。6、 開關管關斷周期(T4): MR1在T4時關斷，至此一個完整的開關周期完 成了。由于MR1關斷，電流通過輸出電容繼續流動，這使MR1源-漏之間的電壓 由零上升至電源電壓。輔助網絡加速這一過程的進程。與此同時，MR2的輸出電 容立即通過變壓器的一次側放電，為MR2工作在ZVS狀態創造條件。為了體現本實用新型所能達到的有益效果，以圖3所示電路為例進行試驗， 在高壓情況下，輸出整流電路采用全橋方式，DL1, DL2， DR1， DR2選用MUR460 二極管，DF1, DF2選用DSEI 15-06A。 CL1， CL2， CR1， CR2取值1220PF/1KV瓷 片電容。LA， LB取值200uH。 LF取值10 uH。輸入電壓400VDC，輸出電壓360VDC， 功率1500W。死負載4W，實驗數據如下表，相應曲線圖如圖11所示的變換器效 率曲線圖。負載w效率負載比例負載百分比效率12572%8.3001338.30%72%25083%16扁2716.60%83%35788%23.7051823.70%88%50092%33.2005333.20%92%62593%41.5006641.50%93%83395%55.3120855.30%95%100097%66.4010666.40%97%111697%74.1035974.腦97%125098%83細3383%98%137398%91.應691.20%98%150698%100100%98%
根據以上分析，現有技術中由于輕載時原邊電流很小，諧振電感小，其儲能不能保證諧振過程中的電流持續，使得電容的充、放電過程不能達到ov或者電源電壓，并使移相過程不能在過渡周期中完成，為zvs創造條件，從而產生損耗，并使變換器工作產生尖峰干擾，而本實用新型中左、右輔助網絡的同時加入，在 過渡過程中提供諧振所需能量，并達到諧振能量要求，使得諧振過程如期完成，zvs順利實現，克服了目前移相橋式諧振軟開關變換拓撲的缺陷。
權利要求1、 一種橋式移相軟開關變換器的拓撲電路，包括由兩橋臂組成的橋式電路、 變壓器和整流濾波電路，所述變壓器的副邊與所述整流濾波電路電連接；所述橋 式電路的一橋臂包括開關管MR1、開關管MR2、電感LB、 二極管DR1、 二極管DR2、 電容CR1和電容CR2，所述開關管MR1與開關管MR2串聯連接，該串聯支路的中 點作為該橋臂中點，與所述變壓器原邊的一端電連接，該串聯支路的兩端作為該 橋臂的兩輸入端，所述二極管DR1和二極管DR2同向串聯，該串聯支路兩端分別 連接該橋臂的兩輸入端，所述電容CR1和電容CR2分別并聯于二極管DR1和二極 管DR2兩端，所述電感LB連接在該橋臂中點和所述二極管DR1與二極管DR2的 連接點之間；所述橋式電路的另一橋臂包括開關管ML1和開關管ML2，所述開關 管ML1與開關管ML2串聯連接，該串聯支路的中點作為該橋臂中點，與所述變壓 器原邊的另一端電連接，該串聯支路的兩端作為該橋臂的兩輸入端；其特征在于所述橋式電路的另一橋臂還包括電感LA、 二極管DL1、 二極管DL2、電容CL1 和電容CL2，所述二極管DL1和二極管DL2同向串聯，該串聯支路兩端分別連接 該橋臂的兩輸入端，所述電容CL1和電容CL2分別并聯于二極管DL1和二極管 DL2兩端，所述電感LA連接在該橋臂中點和所述二極管DL1與二極管DL2的連 接點之間。
2、 根據權利要求1所述的一種橋式移相軟開關變換器的拓撲電路，其特征 在于還包括諧振電感LF,所述任一橋臂中點通過該諧振電感LF與所述變壓器 原邊相連接。
3、 根據權利要求2所述的一種橋式移相軟開關變換器的拓撲電路，其特征 在于還包括鉗位二極管DF1和鉗位二極管DF2，所述鉗位二極管DF1和鉗位二 極管DF2同向串聯連接，該串聯支路的兩端分別連接所述任一橋臂的兩輸入端， 所述諧振電感LF與所述變壓器原邊的連接點與所述鉗位二極管DF1和鉗位二極 管DF2的連接點相連。
專利摘要本實用新型公開了一種橋式移相軟開關變換器的拓撲電路，涉及電力電子領域中的直流電源變換技術。該拓撲電路包括由兩橋臂組成的橋式電路、變壓器和整流濾波電路，所述變壓器的副邊與所述整流濾波電路連接；所述橋式電路的一橋臂包括開關管MR1、開關管MR2、電感LB、二極管DR1、二極管DR2、電容CR1和電容CR2，所述橋式電路的另一橋臂包括開關管ML1和開關管ML2，所述橋式電路的另一橋臂還包括電感LA、二極管DL1、二極管DL2、電容CL1和電容CL2。本實用新型能夠提供足夠的能量完成變換器的橋式移相軟開關過程。
文檔編號H02M3/22GK201022179SQ20062001664
公開日2008年2月13日 申請日期2006年12月22日 優先權日2006年12月22日
發明者楓 楊 申請人:楓 楊