一种原边钳位型软开关全桥变换器及其不对称控制方法技术

本发明专利技术公开了一种原边钳位型软开关全桥变换器及其不对称控制方法，变换器包括输入电源，全桥逆变电路，隔离变压器，全波整流电路，LC滤波电路，负载以及输出电源；全桥逆变电路包括第一至第四开关管、第一至第四钳位二极管、第一至第二谐振电感、第一至第二钳位电容；第一、第三开关管，第二、第四开关管分别构成两个半桥电路；第一、第三钳位二极管，第二、第四钳位二极管分别构成两路钳位桥臂电路。不对称控制方法中利用钳位二极管对副边整流开关管关断电压进行钳位，同时利用钳位电容改变副边整流管的关断尖峰，且减小钳位损耗。本发明专利技术这种完全对称的钳位电路结构，可以保证两个回路电流对称，抑制变压器饱和，更易实现变换器MOSFET管的ZVS。

【技术实现步骤摘要】
一种原边钳位型软开关全桥变换器及其不对称控制方法
本专利技术涉及一种原边钳位型软开关全桥变换器及其不对称控制方法，属于电力电子

技术介绍
DC\DC变换器的拓扑种类繁多，在大、中、小功率的运用场合各有其对应的拓扑结构，而一般在大功率的运用场合里，以全桥变换器运用最为广泛。全桥变换器主要以移相全桥变换器和全桥LLC谐振变换器研究和应用最为普遍，其中全桥LLC谐振变换器也分为PWM控制和PFM控制两种方式。但是运用在宽输入电压、大输出电流的环境下，为了减小整流管的开通损耗，一般要求必须要采用同步整流技术。而不管是移相全桥还是全桥LLC电路，都存在诸多不足之处，主要问题有：1)移相全桥变换器(如图1所示)超前桥臂开关管(Q1、Q3)易实现ZVS，而滞后桥臂开关管(Q2、Q4)不易实现ZVS，为使得滞后桥臂实现ZVS一般会增大谐振感L，则电感上的损耗就会增加，发热严重，同时还会造成占空比丢失越大。2)移相全桥变换器轻载时工作性能较差，由于是通过移相获取占空比信号，不是直接控制占空比，不易实现零占空比控制，在空载下容易出出故障；同时，同步整流信号也不易获得。3)全桥LLC谐振变换器(如图2所示)PFM控制下，磁性器件设计困难，过流时容易发生故障，输出纹波较大，输入电压范围窄。4)全桥LLC谐振变换器在PWM控制下，同样存在输出纹波较大，输入电压范围窄，不易获得副边同步整流信号，占空比小或者空载时性能较差，工作状况不稳定。针对以上各自的缺点，为了能够更好满足宽输入电压、大输出电流的工作条件，提高变换器效率，提高系统在特殊工况下工作的稳定性，需要提出一种新的变换器。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种原边钳位型软开关全桥变换器及其不对称控制方法，在全桥电路中增加钳位二极管D1-D4和钳位电容C1-C2，可以更好地对副边整流管的关断电压进行钳位并减小钳位二极管的损耗，且完全对称的结构可以使得两个回路的电流完全对称，利于使用峰值电流控制模式，抑制变压器饱和现象，同时更易实现全桥变换器MOSFET管的ZVS，提高了变换器效率及工作的稳定性。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种原边钳位型软开关全桥变换器，包括输入电源、隔离变压器、全波整流电路、LC滤波电路、负载和输出电源，隔离变压器、全波整流电路、LC滤波电路、负载依次连接，且负载两端接输出电源的正、负极；还包括全桥逆变电路，所述全桥逆变电路包括第一至第四开关管、第一至第四钳位二极管、第一至第二谐振电感、第一至第二钳位电容；第一开关管和第三开关管、第二开关管和第四开关管分别构成两个半桥电路，两个半桥电路的两端分别与输入电源的正、负极连接；第一钳位二极管的阳极接第三钳位二极管的阴极、第二钳位二极管的阳极接第四钳位二极管的阴极，分别构成两个钳位桥臂电路，第一、第二钳位二极管的阴极均接输入电源的正极，第三、第四钳位二极管的阳极均接输入电源的负极；第一谐振电感的一端与第一、第三开关管的中点相连，第一钳位电容的一端与第一、第三钳位二极管的中点相连，第一谐振电感的另一端与第一钳位电容的另一端相接后与隔离变压器原边同名端相连；第二谐振电感的一端与第二、第四开关管的中点相连，第二钳位电容的一端与第二、第四钳位二极管的中点相连，第二谐振电感的另一端与第二钳位电容的另一端相接后与隔离变压器原边异名端相连。作为本专利技术变换器的一种优选方案，所述隔离变压器副边包括第一至第二绕组，第一绕组异名端和第二绕组同名端共用中心抽头，且中心抽头与输出电源负极相连。作为本专利技术变换器的一种优选方案，所述全波整流电路包括第五至第六全波整流开关管，第五全波整流开关管源极接第一绕组同名端，第六全波整流开关管源极接第二绕组异名端，第五全波整流开关管漏极、第六全波整流开关管漏极相接后与LC滤波电路连接。作为本专利技术变换器的一种优选方案，所述LC滤波电路包括滤波电感、滤波电容，滤波电感一端分别接第五全波整流开关管漏极、第六全波整流开关管漏极，另一端接滤波电容一端；滤波电容另一端接中心抽头；滤波电容与负载并联。一种原边钳位型软开关全桥变换器不对称控制方法，第一、第三开关管的控制信号互补导通且存在死区，第二、第四开关管的控制信号互补导通且存在死区；第一、第二开关管的控制信号占空比相同且小于50％，第三、第四开关管的控制信号占空比相同且大于50％，且第一开关管占空比与第四开关管占空比中心对称，实际占空比信号由第一开关管决定，第二开关管占空比与第三开关管占空比中心对称，实际占空比信号由第二开关管决定；第六全波整流开关管的控制信号与第一开关管的控制信号互补，且通过逻辑判断，在第四开关管关断时第六全波整流开关管导通；第五全波整流开关管的控制信号与第二开关管的控制信号互补，且通过逻辑判断，在第三开关管关断时第五全波整流开关管导通。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本专利技术更易实现全桥变换器MOSFET管的ZVS，同时钳位二极管D1-D4的存在对副边整流二极管关断电压进行钳位，减小了大电流情况下反向恢复时的损耗；并且由于钳位二极管开通时对变压器原边主电流分流作用，可以有效减小占空比损失。2、本专利技术由于钳位电容C1与C2的存在，可以通过改变容值大小而改变副边整流管的关断尖峰，可以更有效的抑制其关断尖峰，并且可以减小钳位二极管的功率损耗。3、本专利技术占空比直接获得，并对变换器进行控制，可以真正实现零占空比的工作条件，其空载性能更加稳定。4、本专利技术同步整流信号与上管控制信号占空比互补，控制信号易获得，且逻辑控制更加简单可靠。5、本专利技术由于电路结构完全对称，因此在不对称的控制方法下，具体取值上，谐振感值相等，钳位容值也相等，两个主回路电流完全对称，则可以使得电流平均值相等，可以有效降低变压器饱和的风险。附图说明图1是
技术介绍
中移相全桥变换器的电路图。图2是
技术介绍
中全桥LLC变换器的电路图。图3是本专利技术原边钳位型软开关全桥变换器的电路图。图4是本专利技术原边钳位型软开关全桥变换器的控制信号时序电路图。图5是本专利技术原边钳位型软开关全桥变换器在不对称控制下的主要波形图。其中，Vin为输入电源，Q1-Q4为开关管，D1-D4为钳位二极管，L1-L2为谐振电感，C1-C2为钳位电容，T为隔离变压器，Q5-Q6为全波整流开关管，Lf为滤波电感、Cf为滤波电容，R为负载，Vo为输出电源。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。如图3所示，全桥软开关直流变换器由输入电源Vin，开关管Q1-Q4，钳位二极管D1-D4，谐振电感L1-L2，钳位电容C1-C2，隔离变压器T，副边全波整流开关管Q5-Q6，输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf，负载R，输出电源Vo构成。开关管Q1和开关管Q3，开关管Q2和开关管Q4分别构成两个半桥电路，两个半桥电路两端分别与输入电源正极、负极连接；开关管Q1漏极接输入电源正极，开关管Q3源极接输入电源负极，开关管Q1源极、开关管Q3漏极均与谐振电感L1左端连接；开关管Q2漏极接输入电源正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原边钳位型软开关全桥变换器，包括输入电源、隔离变压器、全波整流电路、LC滤波电路、负载和输出电源，隔离变压器、全波整流电路、LC滤波电路、负载依次连接，且负载两端接输出电源的正、负极；其特征在于，还包括全桥逆变电路，所述全桥逆变电路包括第一至第四开关管、第一至第四钳位二极管、第一至第二谐振电感、第一至第二钳位电容；第一开关管和第三开关管、第二开关管和第四开关管分别构成两个半桥电路，两个半桥电路的两端分别与输入电源的正、负极连接；第一钳位二极管的阳极接第三钳位二极管的阴极、第二钳位二极管的阳极接第四钳位二极管的阴极，分别构成两个钳位桥臂电路，第一、第二钳位二极管的阴极均接输入电源的正极，第三、第四钳位二极管的阳极均接输入电源的负极；第一谐振电感的一端与第一、第三开关管的中点相连，第一钳位电容的一端与第一、第三钳位二极管的中点相连，第一谐振电感的另一端与第一钳位电容的另一端相接后与隔离变压器原边同名端相连；第二谐振电感的一端与第二、第四开关管的中点相连，第二钳位电容的一端与第二、第四钳位二极管的中点相连，第二谐振电感的另一端与第二钳位电容的另一端相接后与隔离变压器原边异名端相连。

【技术特征摘要】
1.一种原边钳位型软开关全桥变换器，包括输入电源、隔离变压器、全波整流电路、LC滤波电路、负载和输出电源，隔离变压器、全波整流电路、LC滤波电路、负载依次连接，且负载两端接输出电源的正、负极；其特征在于，还包括全桥逆变电路，所述全桥逆变电路包括第一至第四开关管、第一至第四钳位二极管、第一至第二谐振电感、第一至第二钳位电容；第一开关管和第三开关管、第二开关管和第四开关管分别构成两个半桥电路，两个半桥电路的两端分别与输入电源的正、负极连接；第一钳位二极管的阳极接第三钳位二极管的阴极、第二钳位二极管的阳极接第四钳位二极管的阴极，分别构成两个钳位桥臂电路，第一、第二钳位二极管的阴极均接输入电源的正极，第三、第四钳位二极管的阳极均接输入电源的负极；第一谐振电感的一端与第一、第三开关管的中点相连，第一钳位电容的一端与第一、第三钳位二极管的中点相连，第一谐振电感的另一端与第一钳位电容的另一端相接后与隔离变压器原边同名端相连；第二谐振电感的一端与第二、第四开关管的中点相连，第二钳位电容的一端与第二、第四钳位二极管的中点相连，第二谐振电感的另一端与第二钳位电容的另一端相接后与隔离变压器原边异名端相连。2.根据权利要求1所述原边钳位型软开关全桥变换器，其特征在于，所述隔离变压器副边包括第一至第二绕组，第一绕组异名端和第二绕组同名端共用中心抽头，且中心抽头...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐智成，王慧贞，刘伟峰，陈强，史传洲，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32