半桥磁缓释边沿谐振软开关拓扑电路制造技术

半桥磁缓释边沿谐振软开关技术，在半桥主控管Ｑ１Ｑ２之截止区，使主变压器（含漏感）获得一个零电压续流时段，强迫主变压器（含漏感）进入磁通保持状态。这主要是依靠主变压器端点Ｍ及Ｎ之间接入两只对接的低压功率开关管器件完成，在Ｑ１或Ｑ２导通前解除磁通保持状态，从而获得零电压的开通条件。本发明专利技术使半桥电路方便的进入边沿谐振零电压脉宽调制工作状态，不仅提高了开关电源的效率，而且有效的抑制了浪涌电压电流，大大提高了电路的稳定性和可靠性。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及开关电源领域，具体是指一种在半桥电路中采用磁能延缓释放以实现脉冲边沿谐振过零的软开关技术。半桥式开关电源的拓扑形式，由于其抗不平衡能力强，结构简单，调整容易等优点，在中、低功率容量的开关电源中普遍被采用。但在半桥式开关电源中软开关技术的运用，其进展远不如全桥软开关成熟。近年来，各种论文、书刊、杂志对半桥式软开关电路的研究、讨论，比较倾向在谐振型或准谐振型领域寻求发展，虽然取得了一些成果，但目前对谐振型或准谐振型的电路拓扑，其零电压或零电流状态的实现，所需的控制电路还比较复杂，调整不易，一致性、均匀性还较差，实现规模化批量生产的难度较大，此外在谐振型或准谐振型中，开关器件的输出潜力不能充分发挥，器件利用率低，目前还只在小体积、小功率场合使用，在稍大功率以及中等功率情况下，使用还不普遍。从商品生产角度考虑，脉冲调宽方式加边沿谐振软开关技术是目前效果既显著，调整又容易，又便于实施规模化生产的实用化软开关技术，在全桥电路中已卓有成效，但在半桥式电路中，此项技术难以实现，迄今仍未能突破。本专利技术利用“磁能延缓释放”技术，目的是使之能在半桥电路中将脉冲调宽(PWM)技术与边沿谐振技术结合起来，从而创立半桥式电路的一项新的拓扑形式，以便于规模化实施半桥电路式软开关技术。半桥的基本电路如图一(a)所示，这是一个典型的常用电路，多数开关电源教材都有说明，这里不作解释，但为了在这个电路中实现磁缓释边沿谐振软开关的目的，需要先对这个电路的开通和关断过程作一分析，才便于对上述软开关技术能有深入的了解。以下按时序分析主变压器工作时的电压、电流波形。1、0～t1时段参看图一(b)及图二此区间Q1在导通状态，主变压器端压UMN＝Uin/2，UC1＝0，UC2＝Uin，变压器中之电流为I0。2、t1～t2时段t1时刻Q1管关断，由于主变压器漏感之存在，电流I0维持不变，此电流从t1时刻开始对C1充电，见图一(c)，若C1之值愈大，则UC1上升愈缓慢，Q1的关断损耗愈小，反之，关断损耗将增加。到t2时刻，Uc1被充电至Uin/2值，变压器端压UMN则下降至零伏。在此时段中C2中之电荷将通过R2放电，放电速率由R2、C2时间常数决定。3、t2～t3时段从t2时刻起，主变压器将反极性，其电压方向由UMN转变为UNM，见图一(d)，从而进入升压续流状态，并继续对C1充电。此时漏感的储能开始泄放，I0的数值也开始下降，如图二中的i0(t)。此时漏感中的储能中的一部分将转变为C1中的电能，到t3时刻UNM上升到Uin/2，UC1则上升到Uin，UC2则下降到零伏，如图一(d)及图二所示。4、t3～t4时段到t3时刻，UNM已上升到Uin/2，但漏感中的储能尚未耗尽，故此时漏感剩余能量将通过Q2管的内置二极管向电源反馈能量，同时还要向负载侧输出能量，如图一(e)所示(此等效电源以C02为代表，设C02容量相对甚大，故可认为UC02相对为恒定电压Uin/2不变)。由于UC02具有最高电压值，故此时漏感中的储能将在高电压下泄放，很快就耗尽，即在t4时刻，漏感的储能已不能再维持Uin/2的高续流电压，而开始迅速下降，同时i0(t)也将迅速下降如图二所示。5、t4～t5时段从t4时刻起，UNM急剧下降，漏感所残余的磁能将与回路中之分布电容以及器件的极间电容等构成一个短时间的自由振荡时区，并很快在t5时刻衰减至零。6、t5～t6时段此时段内，由于UMN＝UNM＝0，故UC1及UC2很快都将进入到Uin/2之静止电压状态，如图一(f)所示。直到t6时刻半桥中之另一管开通时为止。7、t6～t7时段t6时刻开通Q2管，由于Q2管开通时，UC1＝UC2＝Uin/2，因电容电压不能突变，故Q2管在开通时将有一个大的浪涌电流对C1充电，如图一(g)所示，至t7时刻，C1由Uin/2充满至Uin值，Q2管的Uce才由Uin/2下降到零伏，显然Q2的开通是有损耗的，此外在C1的电压由Uin/2开始上升时，UNM也由零伏开始上升，在t7时刻UC1上升至Uin时，UNM也就上升至Uin/2最大值上。在此时段中，C2中的电荷将通过Q2和R2放电，最终UC2将趋于零伏(这将为以后关断Q2时创造一个电压缓升的条件)。8、进入下半周后工作过程与上半周的情况相同。由以上的分析可以看出半桥电路的开关损耗的大小，主要决定于主控器件上并联电容C的大小(C1＝C2)。从关断损耗来看，并联电容应尽可能选大，则关断损耗可减小。然而C加大之后，C中之储能CU2/2增大，而这一项储能最终将消耗在电阻R1及R2上，故加大C值最终开关损耗不一定能够减小，此外C值加大，在上述t6～t7时段中所描述的主控管开通时的浪涌电流也增大，开通损耗也要增加。综上所述，半桥电路的开通、关断都有一定的损耗，而软开关的目的，就是将这一损耗尽可能的减小，直至趋近于零，但目前半桥电路的软开关技术的研究，离实用化要求还有一定的差距，迫切需要有所突破。本专利专利技术独创了一种“磁缓释”技术，使半桥开关电路在保持原脉冲调宽方式的调节方便、容易的优点之外，同时又能方便的施加零电压边缘谐振技术，达到理想的软开关模式，这种新的半桥式软开关的拓扑如图三所示，与图一相比，取消了二极管D1、D2以及两只功率电阻R1、R2，增加了两只低压MOS管M1及M2，此两管对接，并用同一信号触发。M1和M2实质是组成为一个双向功率电子开关，在上半周，M1、M2的触发脉冲起始点为t2，终止点在tA，tA点超前于t6点一个固定时间Δt(Δt一般可安排为几十纳秒到1微秒内，这要视电源工作频率的高低而定)，在下半周，M1M2的触发脉冲起始点为t2′，终止点在tB，同样tB点超前于t6′一个Δt时间。t2，tA， t2′，tB各点位置见图二。所述半桥式磁缓释边沿谐振软开关技术，由主控器件Q1及Q2以及主变压器T构成的半桥高频开关电源的主电路，其在分压电容C01与C02连接节点M与由主控器件Q1、Q2的连接节点N之间接有一主变压器T，还接有两只对接的低压辅助开关管M1及M2，整个电路由外接的逻辑控制电路实施控制以完成电源变换，本专利技术的特征是在Q1及Q2的截止区给主变压器(含漏感)设置一个零电压续流时段，强迫主变压器进入磁通保持状态，具体而言零电压续流时段从端点M与端点N等电位时开始，在Q1及Q2开通前Δt时间处停止，Δt在几十纳秒到1微秒数量级间。在所述主变压器T上设置了两只对接的低压功率开关器件M1及M2，该器件在上述的时段内导通，以保证主变压器(含漏感)能进入磁通保持状态。其主控器件Q1及Q2的集电极与发射极之间(或漏极与源极之间)，分别并有电容C1及C2(C1＝C2)，其特征是C1与C2的电容量较该主电路的通常用法为大，具体而言，其容量一般增大5-10倍。综合以上叙述，可得出以下结论1、“半桥式磁缓释边沿谐振软开关”主控器件关断损耗的减小，是依靠增大并联电容C1及C2之值，可比常规增大5至10倍以上，则基本上很接近零电压关断。2、开通损耗的减小是由于本专利专利技术创造性的设置了一个零电压续流时段，将漏感中的磁能存储一段时间，在主控管需要导通前的某一瞬间再行释放。从而给开通管创造了一个零电压，零电流的开通条件，使开通损耗趋于零值。如果由于C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半桥式磁缓释边沿谐振软开关技术，由主控器件Ｑ↓［１］及Ｑ↓［２］以及主变压器Ｔ构成的半桥高频开关电源的主电路，其在分压电容Ｃ↓［０１］与Ｃ↓［０２］连接节点Ｍ与由主控器件Ｑ↓［１］、Ｑ↓［２］的连接节点Ｎ之间接有一主变压器Ｔ，还接有两只对接的低压辅助开关管Ｍ↓［１］及Ｍ↓［２］，整个电路由外接的逻辑控制电路实施控制以完成电源变换，本专利技术的特征是：在Ｑ↓［１］及Ｑ↓［２］的截止区给主变压器（含漏感）设置一个零电压续流时段，强迫主变压器进入磁通保持状态，具体而言：零电压续流时段从端点Ｍ与端点Ｎ等电位时开始，在Ｑ↓［１］及Ｑ↓［２］开通前Δｔ↑［Δ］时间处停止，Δｔ在几十纳秒到１微秒数量级间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：张承志，
申请(专利权)人：张承志，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]