一种钳位二极管加电容型软开关全桥变换器及其控制方法技术

本发明专利技术提出一种钳位二极管加电容型软开关全桥变换器及其控制方法，本发明专利技术在全桥电路中增加钳位二极管D1‑D2、钳位电容C和谐振电感Lr，同时通过对全桥变换器的不对称控制，使开关管Q1、Q2的控制信号互补，开关管Q3、Q4的控制信号互补，第一、第三开关管控制信号大于0.5，第二、第四开关管控制信号小于0.5，且斜对角开关管控制信号中心对称，下管控制信号脉宽即为变换器占空比。本发明专利技术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，同时也使得全桥变换器开关管更易实现ZVS，且在该不对称控制方法下，简化对全桥变换器的控制，提高变换器的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种钳位二极管加电容型软开关全桥变换器及其控制方法
本专利技术涉及钳位型零电压开关全桥变换器，尤其是一种钳位二极管加电容型软开关全桥变换器及其控制方法。
技术介绍
自上个世纪80年代起，传统的移相全桥变换器(PSFB)一直作为功率变换器的研究重点，也广泛应用在中、大功率的场合，例如通讯电源、汽车逆变器、不间断电源等等。普通全桥变换器拓扑往往通过变压器漏感和功率管寄生电容谐振作用，实现功率管的软开关，以减小开关管的开关损耗。针对副边整流管的反向恢复过程引起的电压尖峰和震荡，Redl等人在变压器原边增加了一个谐振电感和两个钳位二极管，以消除输出整流二极管上的电压尖峰和震荡。但由此引起变换器结构不对称，容易引起变压器偏磁，无法稳定工作。通过将钳位二极管进行位置优化，并加入隔直电容，虽然可以解决上述问题，且减小钳位二极管的损耗，抑制整流管的关断电压尖峰，但是隔直电容若长期参与工作，性能必然有所下降，系统稳定性降低。此外，有人提出在整流管副边加入有源钳位电路，以实现对副边整流管的钳位作用，但是控制电路复杂化，且无法实现有源钳位开关管的ZVS，增大损耗。也有人提出，钳位二极管加电流互感器钳位的PSFB变换器，既实现了副边整流管关断电压钳位作用，也实现钳位二极管的自然关断，但是引入结构复杂，同时也引入新的损耗。这些研究，往往无法在抑制副边整流二极管电压尖峰前提下，兼顾抑制变压器的偏磁，或者降低钳位二极管的损耗，以提高稳定性。
技术实现思路
专利技术目的：为解决上述技术问题，能够更好实现全桥变换器的软开关，并且抑制副边整流二极管的关断尖峰，同时减小钳位二极管的损耗，提高变换器效率，并提高系统在特殊工况下工作的稳定性，本专利技术提出一种钳位二极管加电容型软开关全桥变换器及其控制方法。本专利技术在全桥电路中增加钳位二极管D1-D2、钳位电容C和谐振电感Lr，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，同时也使得全桥变换器开关管更易实现ZVS，且在该不对称控制方法下，简化对全桥变换器的控制，提高变换器的稳定性。技术方案：为实现上述技术效果，本专利技术提出以下技术方案：一种钳位二极管加电容型软开关全桥变换器，包括：隔离变压器T、变压器原边侧电路和变压器副边侧电路；变压器原边侧电路包括：开关管Q1～Q4、钳位二极管D1～D2、谐振电感Lr和钳位电容C；开关管Q1～Q4构成单相全桥逆变电路，其中，Q1和Q2串联形成单相全桥逆变电路的第一桥臂，Q3和Q4串联形成单相全桥逆变电路的第二桥臂，Q1、Q3分别为对应桥臂的上管，Q3、Q4分别为对应桥臂的下管；D1、D2串联形成钳位桥臂，钳位桥臂一端连接单相全桥逆变电路输入端的正极，另一端连接单相全桥逆变电路输入端的负极；谐振电感Lr一端与Q1、Q2的连接点相连，另一端与钳位电容C负极相连，钳位电容C正极与D1、D2的连接点相连；谐振电感Lr和钳位电容C的连接点与隔离变压器T原边绕组的同名端相连；Q3和Q4的连接点与隔离变压器T原边绕组的异名端相连。进一步的，所述变压器副边侧电路包括：全桥整流电路和LC滤波电路；全桥整流电路的输入端的正、负极分别与隔离变压器T副边绕组的同名端和异名端相连，全桥整流电路的输出端与LC滤波电路的输入端相连，LC滤波电路的输出端即为钳位二极管加电容型软开关全桥变换器的输出端。本专利技术还提出一种钳位二极管加电容型软开关全桥变换器的控制方法，其特征在于，对上述钳位二极管加电容型软开关全桥变换器的单相全桥逆变电路中各开关管采用不对称信号控制，包括步骤：向单相全桥逆变电路中的各开关管的驱动信号输入端输入脉冲控制信号，其中，开关管Q1和Q2的脉冲控制信号互补，开关管Q3和Q4的脉冲控制信号互补；Q1和Q3的脉冲控制信号脉宽相等，且都大于0.5个周期；Q2和Q4的脉冲控制信号脉宽均为所述钳位二极管加电容型软开关全桥变换器的占空比，且Q2和Q4的脉冲控制信号脉宽均小于0.5个周期；Q1和Q4的脉冲控制信号的中心频率轴线重合，Q2和Q3的脉冲控制信号的中心频率轴线重合。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：1、本专利技术更易实现全桥变换器开关管的软开关，同时钳位二极管D1-D2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，同时两个钳位二极管均只对副边整流管尖峰抑制时开通，不存在多余导通时刻。2、本专利技术由于钳位电容C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、本专利技术中开关管Q1、Q2的控制信号互补，开关管Q3、Q4的控制信号互补，第一、第三开关管控制信号大于0.5，第二、第四开关管控制信号小于0.5，且斜对角开关管控制信号中心对称，下管控制信号脉宽即为变换器占空比。4、本专利技术二极管加电容钳位电路不影响变压器原边电流对称型，可以有效降低变压器直流磁化风险。附图说明图1为本专利技术钳位二极管加电容型软开关全桥变换器电路图；图2为本专利技术钳位二极管加电容型软开关全桥变换器不对称控制时序图；图3为本专利技术钳位二极管加电容型软开关全桥变换器在不对称控制下的主要波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，钳位二极管加电容型软开关全桥变换器由输入电源Vin、开关管Q1-Q4、钳位二极管D1-D2、谐振电感Lr、钳位电容C、隔离变压器T、整流二极管DR1-DR4、滤波电感Lf、滤波电容Cf和负载R构成。开关管Q1～Q4构成单相全桥逆变电路，其中，Q1和Q2串联形成单相全桥逆变电路的第一桥臂，Q3和Q4串联形成单相全桥逆变电路的第二桥臂，Q1、Q3分别为对应桥臂的上管，Q3、Q4分别为对应桥臂的下管，两个桥臂两端分别与输入电源正极、负极连接；图中开关管Q1-Q4的并联二极管为各开关管的寄生二极管。D1、D2串联形成钳位桥臂，钳位桥臂一端连接单相全桥逆变电路输入端的正极，另一端连接单相全桥逆变电路输入端的负极；谐振电感Lr一端与Q1、Q2的连接点相连，另一端与钳位电容C负极相连，钳位电容C正极与D1、D2的连接点相连；谐振电感Lr和钳位电容C的连接点与隔离变压器T原边绕组的同名端相连；Q3和Q4的连接点与隔离变压器T原边绕组的异名端相连。整流二极管DR1-DR4组成全桥整流电路，其中，DR1的阳极与DR2的阴极相连，形成全桥整流电路的第一半桥电路；DR3的阳极与DR4的阴极相连，形成全桥整流电路的第二半桥电路；DR1的阴极与DR3的阴极相连，DR2的阳极与DR4的阳极相连。DR1与DR2的连接点与隔离变压器T副边绕组的同名端相连，DR3与DR4的连接点与隔离变压器T副边绕组的异名端相连。滤波电感Lf一端与DR1和DR3的连接点相连，另一端与滤波电容Cf的正极相连，且滤波电感Lf与滤波电容Cf的连接点作为所述钳位二极管加电容型软开关全桥变换器的输出端正极；滤波电容Cf的负极与DR2和DR4的连接点相连，且该连接点作为钳位二极管加电容型软开关的输出端负极。滤波电感Lf和滤波电容Cf形成LC谐振电路。输出负载R并联在钳位二极管加电容型软开关的输出端。本专利技术还提供一种钳位二极管加电容型软开关全桥变换器的控制方法，对上述钳位二极管加电容型软开关全桥变换器的单相全桥逆变电路中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钳位二极管加电容型软开关全桥变换器，其特征在于，包括：隔离变压器T、变压器原边侧电路和变压器副边侧电路；变压器原边侧电路包括：开关管Q1～Q4、钳位二极管D1～D2、谐振电感Lr和钳位电容C；开关管Q1～Q4构成单相全桥逆变电路，其中，Q1和Q2串联形成单相全桥逆变电路的第一桥臂，Q3和Q4串联形成单相全桥逆变电路的第二桥臂，Q1、Q3分别为对应桥臂的上管，Q3、Q4分别为对应桥臂的下管；D1、D2串联形成钳位桥臂，钳位桥臂一端连接单相全桥逆变电路输入端的正极，另一端连接单相全桥逆变电路输入端的负极；谐振电感Lr一端与Q1、Q2的连接点相连，另一端与钳位电容C负极相连，钳位电容C正极与D1、D2的连接点相连；谐振电感Lr和钳位电容C的连接点与隔离变压器T原边绕组的同名端相连；Q3和Q4的连接点与隔离变压器T原边绕组的异名端相连。

【技术特征摘要】
1.一种钳位二极管加电容型软开关全桥变换器，其特征在于，包括：隔离变压器T、变压器原边侧电路和变压器副边侧电路；变压器原边侧电路包括：开关管Q1～Q4、钳位二极管D1～D2、谐振电感Lr和钳位电容C；开关管Q1～Q4构成单相全桥逆变电路，其中，Q1和Q2串联形成单相全桥逆变电路的第一桥臂，Q3和Q4串联形成单相全桥逆变电路的第二桥臂，Q1、Q3分别为对应桥臂的上管，Q3、Q4分别为对应桥臂的下管；D1、D2串联形成钳位桥臂，钳位桥臂一端连接单相全桥逆变电路输入端的正极，另一端连接单相全桥逆变电路输入端的负极；谐振电感Lr一端与Q1、Q2的连接点相连，另一端与钳位电容C负极相连，钳位电容C正极与D1、D2的连接点相连；谐振电感Lr和钳位电容C的连接点与隔离变压器T原边绕组的同名端相连；Q3和Q4的连接点与隔离变压器T原边绕组的异名端相连。2.根据权利要求1所述的一种钳位二极管加电容型软开关全桥变换器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐智成，王慧贞，张逸云，章春娟，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