一种开关电源中软开关电路的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种开关电源中软开关电路的控制方法，通过控制第一、二主功率开关器件不断开通与关断，形成交变的主功率滤波电流；并且通过控制正向和负向辅助开关器件的开通与关断，在谐振支路上形成与交变主功率滤波电流同方向的间歇交变谐振电流，以实现第一、二主功率开关器件的零电压开通；并且通过进一步控制正向和负向辅助开关器件的开通与关断，在谐振电流歇止期间的至少一段时间内，在谐振支路上形成与交变主功率滤波电流反方向的补偿电流，以保证谐振电容在死区时间内完成充电和放电过程，使续流二极管可以正常导通，从而避免软开关电路在电流过零处产生的冲击电流和尖峰电压对元器件造成伤害。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关电源，尤其涉及。
技术介绍
目前开关电源发展趋势为高频小型化，高功率密度，高效率，低成本。 而传统的开关电路由于半导体器件处于硬开关工作状态，其损耗非常大，无法 提高自身效率，从而使体积庞大，逐渐失去市场竞争力。由于受到半导体器件 行业发展以及价格等方面因素的限制，软开关电路拓扑成为绝大多数开关电源 厂商提高产品竞争力的选择，关于软开关电路方面的研究以及专利非常多，其 中一种"电感+开关"串连形式的软开关电路ARCP (auxiliary resonant commutatedpole辅助谐振换流极)因硬件电路简单，控制易实现，效果好，得 到很多开关电源行业人员青睐。如中国技术专利ZL 200620131113.6公开 了一种ARCP软开关电路，即属此类软开关电路的改进。传统的硬开关电路的工作原理是如图l，正负直流电源士l/2Ud与主功率 开关器件SW1与SW2组成主功率半桥逆变电路，通过控制主功率开关器件 SW1与SW2不断开通与关断，在B点得到il/2Ud的高频脉冲电压，通过主功 率滤波电路的电感Ll与谐振电容C3，在谐振电容C3两端得到设计需要的工 频输出电压，同时在L1上形成主功率滤波电流I1。这时，主功率开关器件SW1 与SW2属于传统硬开关，其损耗非常大。为降低主功率开关器件SW1、 SW2的损耗，ARCP软开关电路增加了两个 单向辅助开关器件SW3、 SW4和谐振电感L2，同时在主功率开关器件SW1、 SW2两端分别并联相对其自身寄生电容较大的谐振电容C1、 C2。通过控制辅 助开关器件SW3、 SW4的开通与关断，在谐振电感L2上形成谐振电流I2，其 电流在方向上与主功率滤波电流II保持一致，通过谐振电感L2与谐振电容C3 发生的谐振，实现主功率开关器件SW1与SW2零电压开通。同时，由于在主 功率开关器件SW1和SW2两端并联容值相对自身寄生电容大得很多的谐振电 容C1和C2，从而实现主功率开关器件的零电压关断。这样，ARCP软开关电路能够实现主功率开关器件SW1、 SW2的零电压开通和零电压关断，从而大大 降低了主功率器件的损耗。同时对于新增加的辅助开关器件SW3、 SW4，由于 与其串连的谐振电感L2的存在，电流不会发生突变，从而实现零电流开通， 通过合理的控制辅助开关器件SW3、 SW4的开通和关断的时间，可以实现辅助 开关器件SW3、 SW4的零电流关断，这样对于新增加的辅助开关器件SW3， SW4而言，其工作状态属于零电流开通和零电流关断，其开关损耗非常小。通过上述分析我们可以看到，ARCP软开关电路不但实现主功率开关器件 SW1、 SW2零电压开关，降低其损耗，而且还实现了辅助开关器件SW3、 SW4 的零电流开关，其开关损耗非常小，基本可以忽略其开关损耗。从而电路整体 工作效率有非常明显的提高，整机损耗大大降低，其体积也可以明显縮小，从 而提高产品整机竞争力。虽然ARCP软开关电路具备上述低损耗，高效率的优点，但实际使用过程 中发现，此电路拓扑存在一个明显缺点，即当主功率滤波电流Il比较小尤其是 在过零点附近的时候，在正半周，续流二极管D4无法正常导通，会造成以下 几种不良后果1) 谐振电容C1、 C2冲击电流非常大，会使其寿命降低甚至失效。2) 主功率开关器件SW2冲击电流非常大，会降低其可靠性甚至失效。3) 主功率开关器件SW1两端尖峰电压非常高，会击穿使之失效。以上三种不良后果都会直接导致电路工作异常甚至使整机无法正常工作。 同理，负半周，续流二极管D3无法正常导通，会造成以下几种不良后果1) 谐振电容C1、 C2冲击电流非常大，会使其寿命降低甚至失效。2) 主功率开关器件SW1冲击电流非常大，会降低其可靠性甚至失效。3) 主功率开关器件SW2两端尖峰电压非常高，会击穿使之失效。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:克服上述ARCP软开关电路所存在的缺点。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种改进的软开关电路的控制方法，其在上述ARCP软开关电路的控制步骤下，通过进一步控制正向和负向辅助开关 器件的开通与关断，在谐振电流歇止期间的至少一段时间内，在谐振支路上形 成与交变主功率滤波电流反方向的补偿电流，以保证谐振电容在死区时间内完 成充电和放电过程，使续流二极管可以正常导通，从而避免软开关电路在电流 过零处产生的冲击电流和尖峰电压对元器件造成伤害。本专利技术还提供另一种改进的软开关电路的控制方法，其将上述ARCP软开 关电路的开关控制改为让正半周和负半周内分别产生谐振电流的负向和正向 辅助开关器件在死区时间内开通并在第一、二主功率开关器件开通期间关断， 并且还进一步控制正向和负向辅助开关器件的开通与关断，在谐振电流歇止期 间的至少一段时间内，在谐振支路上形成与交变主功率滤波电流反方向的补偿 电流，以保证谐振电容在死区时间内完成充电和放电过程，使续流二极管可以 正常导通，从而避免软开关电路在电流过零处产生的冲击电流和尖峰电压对元 器件造成伤害。其中，上述的主功率开关器件和辅助开关器件，可以是半导体器件IGBT、 MOSFET、 GTO或SCR。本专利技术与现有技术ARCP软开关电路对比的有益效果是因为在谐振支路上形成一个与主功率滤波电流方向相反的补偿电流，从而 加大谐振电容充放电电流，加快换流速度，从而确保在主功率滤波电流比较小 条件下，在死区时间内完成谐振电容的充电和放电过程，使续流二极管可以正 常导通，从而避免冲击电流和尖峰电压的产生，有效保护开关器件和谐振电容， 提高了电路和整机工作的可靠性。附图说明图1是现有技术ARCP软开关电路的工作原理示意图。 图2是现有技术ARCP软开关电路正半周的工作原理示意图。 图3是本专利技术软开关电路一个具体实施方式在正半周SW4开通时刻的工作 原理示意图。图4是本专利技术软开关电路一个具体实施方式在负半周SW3开通时刻的工作 原理示意图。图5是现有技术ARCP软开关电路正半周的开关逻辑示意图，图中所示的 起始时刻是该正半周之前相邻的负半周内SW1开通期间的某个时刻。图6A、 6B 17A、 17B分别是本专利技术各实施例的软开关电路正、负半周的 开关逻辑示意图，图中正、负半周的起时刻分别是其之前相邻的负、正半周内SW1开通期间的某个时刻。具体实施例方式下面对照附图并结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。在说明具体实施例之前，先对现有ARCP软开关电路的工作原理做一分析， 尤其是在主功率滤波电流过零处的分析，具体描述如下如图2，是现有ARCP软开关电路一个实施例的工作原理示意图，该电路 包括正负直流电源与主功率开关器件SW1、 SW2组成的主功率半桥逆变电路， 形成工频输出电压Uo和主功率滤波电流Il的主功率滤波电路，该主功率滤波 电路还包括用于降低SW1、 SW2损耗的两个单向开关器件SW3、 SW4和谐振 电感L2，以及用于控制所述主功率开关器件SW1、 SW2和单向开关器件SW3、 SW4开通与关断的PWM信号发生器。上述用于控制所述主功率开关器件SW1、 SW2和单向开关器件SW3、 SW4 开通与关断的PWM信号发生器也可以是PFM信号发生器或PWM-PFM混合 信号发生器或者其他类型的方波信号发生器或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源中软开关电路的控制方法，通过控制第一、二主功率开关器件（ＳＷ１、ＳＷ２）不断开通与关断，形成交变的主功率滤波电流（Ｉ１）；并且通过控制正向和负向辅助开关器件（ＳＷ４、ＳＷ３）的开通与关断，在谐振支路上形成与交变主功率滤波电流（Ｉ１）同方向的间歇交变谐振电流（Ｉ２），以实现第一、二主功率开关器件（ＳＷ１、ＳＷ２）的零电压开通；其特征是：　进一步控制正向和负向辅助开关器件（ＳＷ４、ＳＷ３）的开通与关断，在谐振电流（Ｉ２）歇止期间的至少一段时间内，在谐振支路上形成与交变主功率滤波电流（Ｉ１）反方向的补偿电流（Ｉ３、Ｉ４），以保证谐振电容（Ｃ１、Ｃ２）在死区时间内完成充电和放电过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张春涛，肖学礼，张晓飞，
申请(专利权)人：力博特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]