滞后臂并联辅助网络的软开关全桥直流变换器制造技术

本发明专利技术提供一种滞后臂并联辅助网络的软开关全桥直流变换器，包括直流电源Ｖｉｎ、第一逆变桥臂和第二逆变桥臂、辅助变压器、辅助电容、辅助电感、箝位电路、隔离变压器及整流滤波电路。本发明专利技术采用移相控制方式，由于加入了由辅助电感、辅助变压器、辅助电容和辅助二极管组成的辅助网络，可以在较宽负载范围内实现开关管的零电压开关，同时副边电压尖峰和振荡得到很好的抑制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种滞后臂并联辅助网络的软开关全桥直流变换器，属于恒频、隔离 的全桥直流变换器，其利用增加的辅助网络在宽的输入电压和负载电流的范围内工作。
技术介绍
直直变换作为电力电子
的一个重要组成部分，近年来得到了大量的研 究。在中大功率的直流变换场合，全桥变换器由于开关管容易实现软开关和采用恒定频率 控制而得到了广泛的应用。近二十年来，出现了很多全桥变换器软开关控制策略和电路拓 扑。移相控制零电压开关和移相控制零电压零电流开关全桥变换器均可以实现开关管的软 开关。传统的移相控制零电压开关全桥变换器在负载较轻时滞后臂会失去软开关，如果想 拓宽滞后臂开关管的软开关范围，可以将附加的谐振电感与变压器串联。如果选择合适的 谐振电感，即便在小电流下也能实现滞后臂开关管的ZVS。不过，较大的谐振电感在全负载 范围均存储较高的能量，使得产生相当大的循环能量，使变换器效率变低。此外，和变压器 一次侧串联大电感延长了一次侧电流从正变负或从负变正所需的时间。这个延长的换向时 间引起变压器二次侧的占空比丢失，导致需要减小变压器原副边匝比补偿丢失的占空比， 这又使得效率降低。最后，值得指出的是在整流器的截止期间，在变压器的二次侧具有严重 的寄生振荡。所谓寄生振荡是由整流器的结电容和变压器的漏感以及外部串联电感引起 的。为了控制寄生振荡，需要在二次侧使用大的缓冲电路，这同样使得电路的变换效率大为 降低。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提供一种滞后臂并联辅 助网络的新型软开关全桥直流变换器，变换器工作在宽负载条件下都可以实现原边开关管 的零电压开关，提高变换效率。技术方案本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案本专利技术滞后臂并联辅助网络的软开关全桥直流变换器，包括直流电源、结构相同 的第一逆变桥臂和第二逆变桥臂、隔离变压器以及整流滤波电路；其中每个逆变桥臂都包 括二个开关管、二个体二极管和二个寄生电容，第一开关管的漏极分别与第一体二极管阴 极、第一寄生电容的一端连接构成逆变桥臂的正输入端，第一开关管的源极分别与第一体 二极管阳极、第一寄生电容的另一端、第二开关管的漏极、第二体二极管阴极、第二寄生电 容的一端连接构成逆变桥臂的输出端，第二开关管的源极分别与第二体二极管阳极、第二 寄生电容的另一端连接构成逆变桥臂的负输入端，直流电源的正极分别接第一逆变桥臂和 第二逆变桥臂的正输入端，直流电源的 负极分别接第一逆变桥臂和第二逆变桥臂的负输入 端，隔离变压器副边绕组的输出端接整流滤波电路的输入端，隔离变压器原边绕组具有一中心抽头，还包括由辅助变压器、辅助电容、辅助电感和箝位电路构成的无源辅助网络，其中辅助变压器原边绕组的输入端接隔离变压器的中心抽头端，辅助变压器原边绕组的输出端 接辅助电容的输入端，辅助变压器副边绕组的输出端接第一逆变桥臂的输出端，辅助变压 器副边绕组的输入端接辅助电感的输出端，辅助电容的输出端接直流电源的负极，箝位电 路包括二个辅助二极管，第一辅助二极管的阴极为箝位电路的正输入端，第二辅助二极管 的阳极为箝位电路的负输入端，第一辅助二极管的阳极、第二辅助二极管的阴极连接构成 箝位电路的输出端，直流电源的正极接箝位电路的正输入端，直流电源的负极接箝位电路 的负输入端，辅助电感的输入端接箝位电路的输出端。有益效果本专利技术披露了滞后臂并联辅助网络的新型软开关全桥直流变换器，其基本消除了 变压器二次侧的寄生振荡，并可以在宽负载范围实现开关管的零电压开关。与原有技术相 比的主要技术特点是，由于加入了辅助电路，使得在轻载时一部分能量储存于辅助电感中， 存储于辅助电感的能量可以帮助原边开关管在轻载甚至空载时实现软开关，由于变压器漏 感取值小，输出整流管因反向恢复引起的损耗大大减小，输出整流管的电压应力也随之减 小，变换器的效率可以提高。附图说明附图1是传统的零电压开关全桥变换器结构示意图。附图2是本专利技术的滞后臂并联辅助网络的新型软开关全桥直流变换器电路结构 示意图。附图3是本专利技术的滞后臂并联辅助网络的新型软开关全桥直流变换器主要工作 波形示意图。附图4 附图8是本专利技术的滞后臂并联辅助网络的新型软开关全桥直流变换器的 各开关模态示意图。上述附图中的主要符号名称Vin、电源电压谇 Q4、功率开关管A C4、寄生电 容讽 D4、体二极管；Tka、辅助变压器；CA、辅助电容；La、辅助电感；Da、Dra均为辅助二极 管；TK、隔离变压器；Lk、漏感；DK1、De2均为输出整流二极管；Lf、滤波电感；Cf、滤波电容；Ru、 负载；V。、输出电压；vAB、A与B两点间电压。具体实施方案下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述附图1所示的是传统的零电压开关全桥变换器结构示意图。附图2所示的是滞后臂并联辅助网络的新型软开关全桥直流变换器电路结构示 意图。由直流电源Vin、两个逆变桥臂1和2、隔离变压器3、辅助变压器4、辅助电容5、辅助 电感6、箝位电路7及整流滤波电路8组成。Q1 Q4是四只功率开关管，D1 D4分别是开 关管Q1 Q4的体二极管，C1 C4分别是开关管Q1 Q4的寄生电容，Tea是辅助变压器，nA 是辅助变压器的原副边匝比，La是辅助电感，Ca是辅助电容， ；是隔离变压器，Lk是漏感， Dci> Dc2是辅助二极管，Dei, De2是输出整流二极管，Lf是输出滤波电感，Cf是输出滤波电容，RLd为负载。本变换器采用移相控制，开关管Q1和Q3分别滞后于开关管Q4和Q2 —个相位， 称开关管Q1和Q3组成的第一逆变桥臂为滞后桥臂，开关管Q2和Q4组成的第二逆变桥臂则 为超前桥臂。其中辅助电容Ca的电压为输入电压Vin的一半，即v。A = Vin/2，可看作为Vin/2 的电压源。下面以附图2为主电路结构，结合附图3 附图8叙述本专利技术的具体工作原理。由 附图3可知整个变换器一个开关周期有10种开关模态，分别是, 、 、、、、、、，其中，为前半周期， 为后半周期。下面对各开关模态的工作情况进行具体分析。在分析之前，先作如下假设①所有开关管和二极管均为理想器件；②滤波电感 足够大，因此副边输出可等效为恒流源，所有电感、电容均为理想元件；③C1 = C3 = Clag，C2 —C4 — CleadO 1.开关模态UttTt1]在、时刻之前，Q2和Q3导通，Q1和Q4截止，原边电流近似不变，Vab = Vin，下整流 二极管Dk2流过全部负载电流，Dki截止，原边给负载供电。、时刻关断Q2,电流ip从Q2中转 移到C2和C4支路中，vAB由Vin逐渐变为零，在这个时段里，储存在Lk和Lf中的能量给C2充 电，同时给C4放电。在、时刻，C4的电压下降到零，Q4的反并联二极管D4自然导通，Q4可 实现零电压开通，该模态结束。2.开关模态2D4导通后，开通Q4, Q2和Q4驱动信号之间的死区时间td(lead) > t01o A点电位下降 为零，所以vAB = 0，原边不向负载提供能量。此时辅助电感La承受的电压为l/2Vin/nA，辅 助二极管D。2导通，因此U从零开始增加。在t2时刻，辅助电感La中的电流上升为最大值!La。3.开关模态3在t2时亥lj，关断Q3,原边电流ip本文档来自技高网...

【技术保护点】
滞后臂并联辅助网络的软开关全桥直流变换器，包括直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）、结构相同的第一逆变桥臂（１）和第二逆变桥臂（２）、隔离变压器（３）以及整流滤波电路（８）；其中每个逆变桥臂都包括二个开关管、二个体二极管和二个寄生电容，第一开关管的漏极分别与第一体二极管阴极、第一寄生电容的一端连接构成逆变桥臂的正输入端，第一开关管的源极分别与第一体二极管阳极、第一寄生电容的另一端、第二开关管的漏极、第二体二极管阴极、第二寄生电容的一端连接构成逆变桥臂的输出端，第二开关管的源极分别与第二体二极管阳极、第二寄生电容的另一端连接构成逆变桥臂的负输入端，直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）的正极分别接第一逆变桥臂（１）和第二逆变桥臂（２）的正输入端，直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）的负极分别接第一逆变桥臂（１）和第二逆变桥臂（２）的负输入端，隔离变压器（３）副边绕组的输出端接整流滤波电路（８）的输入端，隔离变压器（３）原边绕组具有一中心抽头，其特征在于：还包括由辅助变压器（４）、辅助电容（５）、辅助电感（６）和箝位电路（７）构成的无源辅助网络，其中辅助变压器（４）原边绕组的输入端接隔离变压器（３）的中心抽头端，辅助变压器（４）原边绕组的输出端接辅助电容（５）的输入端，辅助变压器（４）副边绕组的输出端接第一逆变桥臂（１）的输出端，辅助变压器（４）副边绕组的输入端接辅助电感（６）的输出端，辅助电容（５）的输出端接直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）的负极，箝位电路（７）包括二个辅助二极管，第一辅助二极管的阴极为箝位电路（７）的正输入端，第二辅助二极管的阳极为箝位电路（７）的负输入端，第一辅助二极管的阳极、第二辅助二极管的阴极连接构成箝位电路（７）的输出端，直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）的正极接箝位电路（７）的正输入端，直流电源（Ｖ↓［ｉｎ］）的负极接箝位电路（７）的负输入端，辅助电感（６）的输入端接箝位电路（７）的输出端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仲，陈淼，季锋，季飚，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]