一种高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路制造技术

本发明专利技术提供一种高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路，包括由第一主功率管、第三主功率管、第五主功率管和第七主功率管构成的超前桥臂、由第二主功率管、第四主功率管、第六主功率管和第八主功率管构成的滞后桥臂、第一钳位二极管、第二钳位二极管、主功率变压器、隔直电容、全波整流电路和谐振网络；所述第一主功率管与第五主功率管并联，所述第三主功率管与第七主功率管并联，所述第二主功率管与第六主功率管并联，所述第四主功率管与第八主功率管并联。本发明专利技术可以有效降低主功率管损耗，提高了滞后桥臂实现零电压软开关的程度，减小了主功率变压器的体积，解决了副边整流滤波电路发热严重的问题，并能够有效提高整机效率。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及移相全桥零电压软开关变换
，具体是一种高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路。

技术介绍

随着电源产品向高功率密度、高可靠性、高效率方向发展，移相全桥电路得到了广泛的应用和研究。相对于传统的硬开关电路，移相全桥电路工作在零电压开关模式下，开关损耗大大减小，有助于提高开关频率，减小电源产品的体积和重量。随着移相控制芯片的推出，通过移相控制方式，在原有的硬开关电路上，增加谐振网络和钳位电路，可以在一定负载范围内实现主功率管的零电压软开关。但是受到电路本身的限制，传统的移相全桥零电压软开关电路仍存在以下问题：
（1）电源输出功率较大时，主功率管发热量较大，很难通过热设计进行优化，而且主功率管的热冲击较大，可能会造成热击穿，降低电源的可靠性；
（2）移相全桥电路的滞后桥臂在开关过程中，变压器副边相当于短路状态，此时输出滤波电感的电流通过整流部分续流，不再反射到变压器原边，用来实现滞后桥臂软开关的能量仅来自谐振电感，因此不同于超前桥臂在软开关时可以利用输出电感和谐振电感的能量，滞后桥臂往往很难实现软开关，导致开关损耗很大，电路热分布不均匀，且电源整体效率降低；
（3）实现滞后桥臂软开关的常用方法是增大谐振电感的感量，即除了变压器的漏感，额外增加一个独立的谐振电感，通过调整谐振电感的感量，使得滞后桥臂实现软开关。但是随着谐振电感感量的增大，一方面会进一步加剧副边的占空比丢失，使得更多的能量不能有效传递到副边，导致电源效率降低，另一方面谐振电感自身发热会愈加严重，增加散热成本；
（4）随着电源输出功率的增加，通常采用多幅磁芯并绕的方式绕制主功率变压器，会导致变压器重量和体积的增大，不利于实现电源的小型化、轻量化；
（5）电源输出功率较大时，如果使用单个全波整流电路，则流过输出电感的电流很大，由于电感自身存在直流阻抗，导致其发热严重；同样的，流过输出整流二极管的电流很大，导致其同样发热严重，另外在切换负载时引起的电流尖峰可能会导致二极管的热冲击进而导致器件热失效。

技术实现思路

本专利技术的目的在于提供一种高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路，以解决传统移相全桥零电压软开关电路在大功率应用场合的主功率管发热严重、滞后桥臂难以实现软开关、主功率变压器体积大、副边整流滤波电路发热严重以及整机效率较低的问题。
本专利技术的技术方案为：
一种高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路，包括由第一主功率管、第三主功率管、第五主功率管和第七主功率管构成的超前桥臂、由第二主功率管、第四主功率管、第六主功率管和第八主功率管构成的滞后桥臂、第一钳位二极管、第二钳位二极管、主功率变压器、隔直电容、全波整流电路和谐振网络；
所述第一主功率管的源极与第三主功率管的漏极连接，所述第五主功率管的源极与第七主功率管的漏极连接，所述第一主功率管的漏极与第五主功率管的漏极连接，所述第三主功率管的源极与第七主功率管的源极连接，所述第一主功率管与第三主功率管之间的节点连接到第五主功率管与第七主功率管之间的节点；
所述第二主功率管的源极与第四主功率管的漏极连接，所述第六主功率管的源极与第八主功率管的漏极连接，所述第二主功率管的漏极与第六主功率管的漏极连接，所述第四主功率管的源极与第八主功率管的源极连接，所述第二主功率管与第四主功率管之间的节点连接到第六主功率管与第八主功率管之间的节点；
所述第五主功率管的漏极与第二主功率管的漏极连接，所述第七主功率管的源极与第四主功率管的源极连接，第一钳位二极管的阴极连接到第五主功率管与第二主功率管之间的节点，所述第一钳位二极管的阳极与第二钳位二极管的阴极连接，所述第二钳位二极管的阳极连接到第七主功率管与第四主功率管之间的节点；
所述主功率变压器的原边分别与隔直电容的一端和超前桥臂连接，所述隔直电容的另一端连接到第一钳位二极管与第二钳位二极管之间的节点，所述主功率变压器的副边与全波整流电路连接；所述谐振网络的一端连接到第一钳位二极管与第二钳位二极管之间的节点，另一端与滞后桥臂连接。
所述的高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路，所述主功率变压器由第一变压器和第二变压器构成，所述全波整流电路由第一全波整流电路和第二全波整流电路构成，所述第一全波整流电路包括第一整流二极管、第二整流二极管和第一输出电感，所述第二全波整流电路包括第三整流二极管、第四整流二极管和第二输出电感；
所述第一变压器的原边与第二变压器的原边通过一副磁芯并联绕制；所述第一变压器的原边的一端抽头与隔直电容连接，另一端抽头与超前桥臂连接；所述第二变压器的原边的一端抽头连接到第一变压器的原边与隔直电容之间的节点，另一端抽头连接到第一变压器的原边与超前桥臂之间的节点；
所述第一变压器的副边的中心抽头与第二变压器的副边的中心抽头连接，为输出负；所述第一变压器的副边的两端抽头分别与第一整流二极管和第二整流二极管的阳极连接，所述第一整流二极管和第二整流二极管的阴极与第一输出电感的一端连接；所述第一输出电感的另一端与第二输出电感的一端连接，为输出正；所述第二输出电感的另一端与第三整流二极管和第四整流二极管的阴极连接，所述第三整流二极管和第四整流二极管的阳极分别与第二变压器的副边的两端抽头连接。
所述的高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路，所述谐振网络包括谐振电感、第一谐振电容、第二谐振电容、第三谐振电容和第四谐振电容；所述谐振电感的一端连接到第一钳位二极管与第二钳位二极管之间的节点，另一端连接到第二主功率管与第四主功率管之间的节点；所述第一谐振电容的一端连接到第二主功率管的源极，另一端连接到第二主功率管的漏极；所述第二谐振电容的一端连接到第四主功率管的源极，另一端连接到第四主功率管的漏极；所述第三谐振电容的一端连接到第六主功率管的源极，另一端连接到第六主功率管的漏极；所述第四谐振电容的一端连接到第八主功率管的源极，另一端连接到第八主功率管的漏极。
所述的高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路，所述第一主功率管与第五主功率管的驱动信号一致，所述第三主功率管与第七主功率管的驱动信号一致，且所述第一主功率管与第三主功率管的驱动信号互补，中间的间隔时间即为死区时间；
所述第二主功率管与第六主功率管的驱动信号一致，所述第四主功率管与第八主功率管的驱动信号一致，且所述第二主功率管与第四主功率管的驱动信号互补，中间的间隔时间即为死区时间；
所述第一主功率管和第五主功率管超前于第二主功率管和第六主功率管一个相位；所述第三主功率管和第七主功率管超前于第四主功率管和第八主功率管一个相位。
所述的高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路，所述第一主功率管、第二主功率管、第三主功率管、第四主功率管、第五主功率管、第六主功率管、第七主功率管和第八主功率管的内部分别一一对应集成有第一体二极管、第二体二极管、第三体二极管、第四体二极管、第五体二极管、第六体二极管、第七体二极管和第八体二极管；所述第一主功率管、第二主功率管、第三主功率管、第四主功率管、第五主功率管、第六主功率管、第七主功率管和第八主功率管的内部分别一一对应寄生有第一结电容、第二结电容、第三结电容、第四结电容、第五结电容、第六结电容、第七结电容和第八结电容。
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【技术保护点】
一种高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路，其特征在于：包括由第一主功率管（Q1）、第三主功率管（Q3）、第五主功率管（Q5）和第七主功率管（Q7）构成的超前桥臂、由第二主功率管（Q2）、第四主功率管（Q4）、第六主功率管（Q6）和第八主功率管（Q8）构成的滞后桥臂、第一钳位二极管（DC1）、第二钳位二极管（DC2）、主功率变压器（Tr）、隔直电容（Cb）、全波整流电路和谐振网络；所述第一主功率管（Q1）的源极与第三主功率管（Q3）的漏极连接，所述第五主功率管（Q5）的源极与第七主功率管（Q7）的漏极连接，所述第一主功率管（Q1）的漏极与第五主功率管（Q5）的漏极连接，所述第三主功率管（Q3）的源极与第七主功率管（Q7）的源极连接，所述第一主功率管（Q1）与第三主功率管（Q3）之间的节点连接到第五主功率管（Q5）与第七主功率管（Q7）之间的节点；所述第二主功率管（Q2）的源极与第四主功率管（Q4）的漏极连接，所述第六主功率管（Q6）的源极与第八主功率管（Q8）的漏极连接，所述第二主功率管（Q2）的漏极与第六主功率管（Q6）的漏极连接，所述第四主功率管（Q4）的源极与第八主功率管（Q8）的源极连接，所述第二主功率管（Q2）与第四主功率管（Q4）之间的节点连接到第六主功率管（Q6）与第八主功率管（Q8）之间的节点；所述第五主功率管（Q5）的漏极与第二主功率管（Q2）的漏极连接，所述第七主功率管（Q7）的源极与第四主功率管（Q4）的源极连接，第一钳位二极管（DC1）的阴极连接到第五主功率管（Q5）与第二主功率管（Q2）之间的节点，所述第一钳位二极管（DC1）的阳极与第二钳位二极管（DC2）的阴极连接，所述第二钳位二极管（DC2）的阳极连接到第七主功率管（Q7）与第四主功率管（Q4）之间的节点；所述主功率变压器（Tr）的原边分别与隔直电容（Cb）的一端和超前桥臂连接，所述隔直电容（Cb）的另一端连接到第一钳位二极管（DC1）与第二钳位二极管（DC2）之间的节点，所述主功率变压器（Tr）的副边与全波整流电路连接；所述谐振网络的一端连接到第一钳位二极管（DC1）与第二钳位二极管（DC2）之间的节点，另一端与滞后桥臂连接。...

【技术特征摘要】
1.一种高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路，其特征在于：包括由第一主功率管（Q1）、第三主功率管（Q3）、第五主功率管（Q5）和第七主功率管（Q7）构成的超前桥臂、由第二主功率管（Q2）、第四主功率管（Q4）、第六主功率管（Q6）和第八主功率管（Q8）构成的滞后桥臂、第一钳位二极管（DC1）、第二钳位二极管（DC2）、主功率变压器（Tr）、隔直电容（Cb）、全波整流电路和谐振网络；
所述第一主功率管（Q1）的源极与第三主功率管（Q3）的漏极连接，所述第五主功率管（Q5）的源极与第七主功率管（Q7）的漏极连接，所述第一主功率管（Q1）的漏极与第五主功率管（Q5）的漏极连接，所述第三主功率管（Q3）的源极与第七主功率管（Q7）的源极连接，所述第一主功率管（Q1）与第三主功率管（Q3）之间的节点连接到第五主功率管（Q5）与第七主功率管（Q7）之间的节点；
所述第二主功率管（Q2）的源极与第四主功率管（Q4）的漏极连接，所述第六主功率管（Q6）的源极与第八主功率管（Q8）的漏极连接，所述第二主功率管（Q2）的漏极与第六主功率管（Q6）的漏极连接，所述第四主功率管（Q4）的源极与第八主功率管（Q8）的源极连接，所述第二主功率管（Q2）与第四主功率管（Q4）之间的节点连接到第六主功率管（Q6）与第八主功率管（Q8）之间的节点；
所述第五主功率管（Q5）的漏极与第二主功率管（Q2）的漏极连接，所述第七主功率管（Q7）的源极与第四主功率管（Q4）的源极连接，第一钳位二极管（DC1）的阴极连接到第五主功率管（Q5）与第二主功率管（Q2）之间的节点，所述第一钳位二极管（DC1）的阳极与第二钳位二极管（DC2）的阴极连接，所述第二钳位二极管（DC2）的阳极连接到第七主功率管（Q7）与第四主功率管（Q4）之间的节点；
所述主功率变压器（Tr）的原边分别与隔直电容（Cb）的一端和超前桥臂连接，所述隔直电容（Cb）的另一端连接到第一钳位二极管（DC1）与第二钳位二极管（DC2）之间的节点，所述主功率变压器（Tr）的副边与全波整流电路连接；所述谐振网络的一端连接到第一钳位二极管（DC1）与第二钳位二极管（DC2）之间的节点，另一端与滞后桥臂连接。
2.根据权利要求1所述的高效率的大功率移相全桥零电压软开关电路，其特征在于：所述主功率变压器（Tr）由第一变压器（Tr-1）和第二变压器（Tr-2）构成，所述全波整流电路由第一全波整流电路和第二全波整流电路构成，所述第一全波整流电路包括第一整流二极管（DR1）、第二整流二极管（DR2）和第一输出电感（LO1），所述第二全波整流电路包括第三整流二极管（DR3）、第四整流二极管（DR4）和第二输出电感（LO2）；
所述第一变压器（Tr-1）的原边与第二变压器（Tr-2）的原边通过一副磁芯并联绕制；所述第一变压器（Tr-1）的原边的一端抽头与隔直电容（Cb）连接，另一端抽头与超前桥臂连接；所述第二变压器（Tr-2）的原边的一端抽头连接到第一变压器（Tr-1）的原边与隔直电容（Cb）之间的节点，另一端抽头连接到第一变压器（Tr-1）的原边与超前桥臂之间的节点；
所述第一变压器（Tr-1）的副边的中心抽头与第二变压器（Tr-2）的副边的中心抽头连接，为输出负；所述第一变压器（Tr-1）的副边的两端抽头分别与第一整流...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡方，汪邦照，徐高杰，王琦，
申请(专利权)人：合肥华耀电子工业有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34