一种零电压零电流全桥DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种零电压零电流全桥ＤＣ－ＤＣ变换器，在超前臂开关管和滞后臂开关管的两端分别反向并联二极管，再在超前臂开关管Ｓ１、Ｓ３上并联电容Ｃ１、Ｃ３，在变压器ＴＸ１原边的同名端连接超前臂开关管Ｓ１的发射端，在变压器ＴＸ１原边的非同名端连接电感Ｌｌｋ；在变压器副边的同名端连接二极管Ｄ６的正极，副边的非同名端连接二极管Ｄ５的正极，在二极管Ｄ５、Ｄ６的负极和变压器副边的中心点两端增设输出耦合电感电路，该输出耦合电感电路主要由钳位电容Ｃｈ、输出耦合电感Ｌｃ以及二极管Ｄｆ、Ｄｄ、Ｄｃ组成；本发明专利技术可在较宽的负载范围上实现零电压零电流软开关；辅助电路没有耗能元件，电感无需预先储能，不增加原边电流应力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种DC/DC (直流/直流)电源变换装置；特指一种利用输出耦合电感实现 零电压零电流开关PWM (脉冲宽度调制)全桥变换器。
技术介绍
目前，零电压零电流软开关全桥DC/DC变换器电路是一种用于主开关回路的软开关 技术，常用的电路结构有两种， 一是如图l所示的全桥结构，在超前臂开关管Sh S3和滞 后臂开关管S2、 S4的两端分别反向并联二极管D卜D3、 D2、 D4，再在D" D3上并联电容， d、 C3。在变压器TX!原边的同名端连接Cb的一端，Cb的另一端连接Si的发射端，在变 压器原边的非同名端连接饱和电感Ls。在变压器TX,的副边的同名端连接两端D5的 正极，副边的非同名端连接D6的正极。二是如图2所示的全桥结构，在滞后桥臂开关管 S2、 S4的集电极上串联二极管D2、 D4。这两种全桥DC/DC变换器的电路结构的缺陷是1、 由于主开关回路中饱和电感Ls的存在，不仅导致占空比的丢失，而且饱和电感的设计和磁 性材料的选择比较困难；2、滞后桥臂串联的二极管D2、 D4增加了电路的通态损耗，因此 限制了电路最大效率的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服目前零电压零电流软开关全桥DC/DC变换器的不足，提供一种工 作可靠的新的零电压零电流全桥DC-DC变换器。本专利技术采用的技术方案是在超前臂开关管和滞后臂开关管的两端分别反向并联二极 管，再在超前臂开关管S" S3上并联电容d、 C3，在变压器TXi原边的同名端连接超前臂 开关管Si的发射端，在变压器TXi原边的非同名端连接电感Llk;在变压器副边的同名端连接二极管D6的正极，副边的非同名端连接二极管D5的正极，在二极管D5、 D6的负极和变压器副边的中心点两端增设输出耦合电感电路，该输出耦合电感电路主要由钳位电容Ch、 输出耦合电感Lc以及二极管Df 、 Dd.、 De组成。本专利技术是一种利用副边输出耦合电感实现超前桥臂的零电压和滞后桥臂的零电流软开 关的全桥移相PWM的DC-DC变换器，辅助谐振电路结构简单；副边整流二极管的电压和 电流应力与传统的全桥PWM变换器相同，不会产生电压和电流过冲；由于用来给维持电 容充放电的电流大小是根据负载情况自动调节的，从而可以在较宽的负载范围上实现零电 压零电流软开关。辅助电路没有耗能元件，电感无需预先储能，不增加原边电流应力，因 此工作可靠。 附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。 图1是利用饱和电感实现的零电压零电流软开关全桥DC/DC变换器。 图2是滞后桥臂串联二极管实现的零电压零电流软开关全桥DC/DC变换器。 图3是本专利技术的电路连接结构。 图4是本专利技术主电路各个模态的工作原理图。 具体实施例方式如图3所示，主电路包括四个功率管Si、 S3、 S2、 S4、九个二极管D1 D6、 Dd、 Df、 Dc、三个电容d、 Q和Ch、变压器TX卜滤波电感Lf和电源Vs组成的全桥PWM变换器。 在超前臂开关管Si、 S3)和滞后臂开关管S2、 S4的两端分别反向并联二极管D" D3、 D2、 D4， 再在超前臂开关管Si、 S3上并联电容d、 C3;在变压器TXi原边的同名端连接开关管Si的发 射端，在变压器TXi原边的非同名端连接电感Llk;在变压器TX,副边的同名端连接二极管 De的正极，副边的非同名端连接二极管D5的正极。在二极管Ds、 D6的负极和变压器TXi副 边的中心点两端增设增设输出耦合电感电路，该输出耦合电感电路主要由钳位电容Ch、输 出耦合电感Lc以及二极管Df 、 Dd.、 Dc组成。在二极管D5、 D6的负极连接二极管Df的负极、二极管Dd的负极和滤波电感L啲同名端； 二极管Dd的正极连接钳位电容Ch的正极和电感Liks—端；电感Liks的另一端连接输出耦合电感Lc;变压器TXi副边的中心点连接二极管Df的正极、钳位电容Ch的负极和二极管De的正极；输出耦合电感Lc与滤波电感L瀬合。本专利技术的变压器TX,副边采用中央抽头结构，全波整流方式。超前臂开关管S" S3零电压开关原理是由于增设输出耦合电感电路，使输出耦合电感LC参与了超前桥臂的谐振，所以在原边串联电感Lik很小的情况下，也可以给超前臂开关管S卜S3的并联电容d、 Q提供能量，来实现S卜S3零电压开关。而实现滞后桥臂S2、 S4零电流开关的基本原理是在续流期间，钳位电容Ch上的电压反射到变压器TX,原边加在变压器漏感上，使得原边电流迅速下 降来实现的。在原边向副边提供能量阶段，钳位电容Ch与滤波电感Lf的耦合绕组Lc的等效 漏感Liks发生谐振，经过Dc—Liks—Ch回路向钳位电容Ch充电。而在续流期间，钳位电容Ch 上的电压逐渐下降， 一方面经过滤波电感Lf向负载提供部分能量， 一方面反射到变压器原 边，反方向阻止原边电流，使得原边电流以较快的速度降为零，从而实现滞后桥臂开关管S2、 S4的零电流开关。如图4，本专利技术的零电压零电流软开关DC/DC变换器电路的工作过程如下面的八种模态模态l (tQ—ti) : to时，开关管Sb S4都导通，输入电源电压Vta加在变压器原边电感 U上，变压器原边电流Ip线性增加，直到等于输出电流折算到原边值，所以S2的开通是零 电流开通。，=^ (1)"^汰在Ip达到输出电流折算到原边值前，由于二极管Df导通，变压器副边电压为零，原边 不向副边传送能量，这段时间为占空比丢失。模态2 (tl—t2) : 二极管Df关断，输入功率传递到变压器副边。箝位电容Ch通过辅 助电路与绕组漏感Llks谐振来充电，其电压、电流满足关系式cosK,)] (2)"0 = - sin(w/) (3)其中 ^=2(^ — ^)) (4)附 w在t2时，箝位电容Ch充电结束，其电压为VH，设计中应注意使VH(n^)小于Vin/n，以防二极管Dd此时导通。模态3 (t2 — t3):箝位电容Ch充满电荷并保持电压VH，充电电流1。h等于 零，D。零电流软关断，原边继续向副边传送能量。模态4 (t3—t4):在t3时，开关管S!关断，原边的串联电感与开关管并联电容d、 C3谐振，原边电流ip给d充电，C3放电，变压器原边电压如 (5)《,其中1。是输出电流，(^=<^+<:3同时变压器副边电压vrec以同样的速率下降，直到电压等于^被箝位。模态5 (t4 — t5):当变压器副边电压下降到Vre^VH时，Dd导通，变压器原边电压Vab 以同样的速率下降，直到零，但Vrec由于箝位电容的箝位，下降缓慢，相对原边电压来说， 可被看作恒压源。变压器副边折算到原边的电压与原边电压的差加在漏感上，原边的电压、 电流为<formula>formula see original document page 6</formula> (6)<formula>formula see original document page 6</formula> (7) 其中w=i/V^当Q充满到输入电压Vin， C3完全放电，其反并联二极管D3导通，原边电压VAB也降到 零。模态6(ts — t6):电容C3完全放电，开关管S3反并联二极管D3开通，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种零电压零电流全桥ＤＣ－ＤＣ变换器，在超前臂开关管（Ｓ↓［１］、Ｓ↓［３］）和滞后臂开关管（Ｓ↓［２］、Ｓ↓［４］）的两端分别反向并联二极管（Ｄ↓［１］、Ｄ↓［３］、Ｄ↓［２］、Ｄ↓［４］），再在超前臂开关管（Ｓ↓［１］、Ｓ↓［３］）上并联电容（Ｃ↓［１］、Ｃ↓［３］）；在变压器（ＴＸ↓［１］）原边的同名端连接超前臂开关管Ｓ↓［１］的发射端，在变压器（ＴＸ↓［１］）原边的非同名端连接电感（Ｌ↓［１Ｋ］）；在变压器（ＴＸ↓［１］）副边的同名端连接二极管（Ｄ↓［６］）的正极，副边的非同名端连接二极管（Ｄ↓［５］）的正极，其特征是：在二极管（Ｄ↓［５］、Ｄ↓［６］）的负极和变压器（ＴＸ↓［１］）副边的中心点两端增设输出耦合电感电路，该输出耦合电感电路主要由钳位电容（Ｃ↓［ｈ］）、输出耦合电感（Ｌｃ）以及二极管（Ｄ↓［ｆ］、Ｄ↓［ｄ］、Ｄ↓［ｃ］）组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星桥，陈光菊，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]