一种推挽串联谐振软开关变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种推挽串联谐振软开关变换器，包括原边推挽电路、隔离变压器、副边整流电路和输出电路，隔离变压器与副边整流电路之间串联了一个LC谐振单元。通过设置合适的原边推挽电路的功率开关管充放电电容值和合适的LC串联谐振电感电容值，变换器工作于软开关状态，功率开关管零电压开通、零电流关断，且可消除次级侧整流单元关断尖峰。从而提高变换效率，减小开关噪声，并促进变换器的轻量化。本发明专利技术结构简单，变换器中的谐振单元体积小，利于变换器的轻量化；变换效率比传统变换器高；可消除开关操作引起的开关噪声，提高变换器的电磁兼容效果。

【技术实现步骤摘要】
一种推挽串联谐振软开关变换器
本专利技术涉及电力电子的变换
，具体涉及一种推挽型开关变换器。
技术介绍
目前，推挽拓扑变换器由于其自身特点得到广泛应用，在低电压输入高电压输出的场合尤为突出。随着电力电子技术的发展，对电源产品提出了小型化，轻量化，高效率的要求。在推挽变换器中滤波电感、电容和变压器占体积和重量的很大比例，减小这些元器件的体积和重量是小型化、轻量化的主要途径。推挽变换器电路中，提高开关频率可以相应的提高滤波器的截止频率，从而选用较小的电感和电容，降低滤波器的体积和重量；提高开关频率同样可以降低变压器的体积和重量；但是提高开关频率的同时，开关损耗增大，二极管反向恢复等问题加剧，电路效率下降，电磁干扰增大。
技术实现思路
本专利技术的目的为解决现有推挽电路在提高开关频率引起的开关损耗增大，二极管反向恢复加剧，电路效率下降和电磁干扰等问题，提供了一种结构简单、轻量化、开关变换器效率高，电磁干扰小的推挽变换器。本专利技术的技术方案如下:一种推挽串联谐振软开关变换器，包括原边推挽电路，用于将直流输入电压转换为交流电压；隔离变压器，用于将交流电压进行升压，其原边绕组中间抽头形成两绕组；副边整流电路，用于将升压后的交流电压进行全波整流，产生直流高压；输出电路，用于储存副边整流电路所输出的直流电能。所述原边推挽电路包括一个直流电源、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2和两个充放电电容C1、C2，其中第一功率开关管Ql的漏极与所述隔离变压器的原边第一绕组NI的异名端相连，第二功率开关管Q2的漏极与所述隔离变压器的原边第二绕组N2的同名端相连，第一功率开关管Ql的源极和第二功率开关管Q2的源极相连并接地；所述充放电电容Cl并联在第一功率开关管Ql源极和漏极两端，充放电电容C2并联在第一功率开关管Q2源极和漏极两端；所述直流电源的正极与隔离变压器原边的中间抽头点相连，直流电源的负极与第一和第二功率开关管源极连接点相连。所述副边整流电路为由二极管D3、D4、D5和D6组成的全波整流桥，二极管D3和二级管D4共阴极，二极管D5和二极管D6共阳极，二极管D3的阳极和二极管D5的阴极相连，二极管D4的阳极和二极管D6的阴极相连。所述隔离变压器副边绕组的同名端通过串联一个谐振单元与全波整流电路相连，其中谐振单元由电感L和电容C串联而成，电感L的一端与隔离变压器副边绕组的同名端相连，电容C的一端与全波整流电路的二极管D3的阳极相连，所述隔离变压器副边绕组的异名端与二极管D4阳极和二极管D6的阴极相连。所述输出电路由输出电容C3组成,供电给负载RL,输出电容C3的一端与全波整流桥的二极管D3、D4的共阴极相连，输出电容C3的另一端与全波整流桥的二极管D5、D6的共阳极相连。进一步，所述的充放电电容Cl和C2可选功率开关管的寄生电容，也可采用独立电容。进一步，所述谐振单元的电感L为所述隔离变压器的等效漏感，也可以为独立电感；谐振单元的电容C为高频特性较好的聚丙烯电容(CBB);所述第一和第二功率开关管采用场效应管。本专利技术推挽串联谐振软开关变换器的隔离变压器原边的电路工作于推挽方式，通过隔离变压器副边的谐振单元产生谐振电流电压实现功率输入单元在软开关模式下工作，实现第一和第二功率开关管工作在零电流关断和零电压开通状态，并且整流单元工作于零电流关断状态。本专利技术具有以下优点:1、该推挽串联谐振软开关变换器结构简单，根据传统推挽变换器作必要改进便可形成，结构简单；2、该推挽串联谐振软开关变换器谐振单元体积小，不会过度增加变换器的体积和重量，利于变换器的轻量化；3、该推挽串联谐振软开关变换器效率比传统变换器有更高的变换效率；4、该变换器可消除开关操作引起的开关噪声，改善了变换器的电磁兼容EMC效果。【附图说明】图1为现有技术的传统推挽式变换器的原理图；图2为本专利技术的推挽式谐振软开关变换器的原理图；图3为硬开关模式和谐振软开关模式下功率开关管的开关状态示意图；图4为本专利技术推挽式谐振软开关变换器的工作阶段I的原理示意图；图5为本专利技术推挽式谐振软开关变换器的工作阶段2的原理示意图；图6为本专利技术推挽式谐振软开关变换器的工作阶段3的原理示意图；图7为本专利技术推挽式谐振软开关变换器的工作阶段4的原理示意图；图8为本专利技术推挽式谐振软开关变换器的工作参数理想波形组图。图9为本专利技术推挽式谐振软开关变换器的软开关状态仿真验证波形图。【具体实施方式】下面结合附图及【具体实施方式】对本专利技术作进一步说明。参见图1，现有的传统推挽变换器包括:功率输入电路和功率输出电路。其中功率输入电路又包含:直流输入电源，功率开关管Ql和Q2，相同匝数的2对原边绕组。功率输出电路又包含:次级绕组，整流桥03、04、05、06，以及输出电容C3。图1电路的工作方式为:在第一周期内开关管Ql开通，电流延匝数为NI的一次绕组，流经开关管Q1。相应的，在副边侧，电流经整流管D4，输出电容，D5返回副边绕组同名端。在Q1、Q2都关断的时间段内，输出电容继续想负载RL供电。在第二周期内，开关管Q2开通，Ql处于关断状态，电流延匝数为N2的一次绕组，流经开关管Q2回到直流电源端。相应的，在副边侧，电流经整流管D3，输出电容，D6返回副边绕组异名端。本专利技术是在图1所示的传统推挽变换器的结构上得改进，结构原理参见图2，其中原边推挽电路包括:直流电源，隔离变压器的第一绕组和第二绕组，第一和第二功率开关管Q1、Q2，第一和第二充放电电容C1、C2。充放电电容Cl并联在第一功率开关管Ql源极和漏极两端，充放电电容C2并联在第一功率开关管Q2源极和漏极两端。直流输入电源的正极通过匝数为NI和匝数为N2的第一和第二绕组分别连接功率开关管Ql、Q2的漏极，直流输入电源的负极连接功率开关管Q1、Q2的源极。副边电路由副边绕组、电感L和电容C组成的谐振单元、二极管D3、D4、D5、D6组成的全波整流桥和输出电容C3。副边绕组同名端连接谐振电感L 一端，电感L另一端连接谐振电容一端，谐振电容另一端连接全波整流桥中二极管D3阳极，二极管D3与二极管D4共阴极连接，二极管D阳极连接二极管D6阴极并与副边绕组异名端相连，二极管D6与二极管D5共阳极连接，二极管D5阴极连接二极管D3阳极。充放电电容Cl和C2可选功率开关管的寄生电容，也可采用独立电容。谐振单元的电感L可为隔离变压器的等效漏感，也可为独立电感；谐振单元的电容C选用高频特性较好的聚丙烯电容。第一功率开关管和第二功率开关管可采用场效应管，采用具有负温度系数导通电阻的场效应管的选择是缓解偏磁问题的一种途径。图3为硬开关模式和谐振软开关模式下功率开关管的开关状态，该图说明了硬开关模式和谐振软开关模式下原边功率开关管Ql和Q2的开关损耗，根据开关损耗的计算形式，可以很明显的表明，在谐振软开关模式下，Ql和Q2的开关损耗要明显小于硬开关模式下其二者的损耗。`图4、图5、图6和图7分别为该变换器各工作阶段原理示意图，结合图8该变换器关键参数理想波形阐述如下:理想工作条件下，理想工作条件是指电路工作的开关周期等于谐振周期与死区时间之和，其中该死区时间满足开关管漏源极间的寄生电容从零充电到最高电压或者从最高电压放电到零所需要的时间。由于输出电容C3较大，输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种推挽串联谐振软开关变换器，包括原边推挽电路，用于将直流输入电压转换为交流电压；隔离变压器，用于将交流电压进行升压，其原边绕组中间抽头形成两绕组；副边整流电路，用于将升压后的交流电压进行全波整流，产生直流高压；输出电路，用于储存副边整流电路所输出的直流电能；其特征在于：所述原边推挽电路包括一个直流电源、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2和两个充放电电容C1、C2，其中第一功率开关管Q1的漏极与所述隔离变压器的原边第一绕组N1的异名端相连，第二功率开关管Q2的漏极与所述隔离变压器的原边第二绕组N2的同名端相连，第一功率开关管Q1的源极和第二功率开关管Q2的源极相连并接地；所述充放电电容C1并联在第一功率开关管Q1源极和漏极两端，充放电电容C2并联在第一功率开关管Q2源极和漏极两端；所述直流电源的正极与隔离变压器原边的中间抽头点相连，直流电源的负极与第一和第二功率开关管源极连接点相连；所述副边整流电路为由二极管D3、D4、D5和D6组成的全波整流桥，二极管D3和二极管D4共阴极，二极管D5和二极管D6共阳极，二极管D3的阳极和二极管D5的阴极相连，二极管D4的阳极和二极管D6的阴极相连；所述隔离变压器副边绕组的同名端通过串联一个谐振单元与全波整流电路相连，其中谐振单元由电感L和电容C串联而成，电感L的一端与隔离变压器副边绕组的同名端相连，电容C的一端与全波整流电路的二极管D3的阳极相连，所述隔离变压器副边绕组的异名端与二极管D4阳极和二极管D6的阴极相连；所述输出电路由输出电容C3组成，供电给负载RL，输出电容C3的一端与全波整流桥的二极管D3、D4的共阴极相连，输出电容C3的另一端与全波整流桥的二极管D5、D6的共阳极相连。...

【技术特征摘要】
1.一种推挽串联谐振软开关变换器， 包括原边推挽电路，用于将直流输入电压转换为交流电压； 隔离变压器，用于将交流电压进行升压，其原边绕组中间抽头形成两绕组； 副边整流电路，用于将升压后的交流电压进行全波整流，产生直流高压； 输出电路，用于储存副边整流电路所输出的直流电能； 其特征在于: 所述原边推挽电路包括一个直流电源、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2和两个充放电电容Cl、C2，其中第一功率开关管Ql的漏极与所述隔离变压器的原边第一绕组NI的异名端相连，第二功率开关管Q2的漏极与所述隔离变压器的原边第二绕组N2的同名端相连，第一功率开关管Ql的源极和第二功率开关管Q2的源极相连并接地；所述充放电电容Cl并联在第一功率开关管Ql源极和漏极两端，充放电电容C2并联在第一功率开关管Q2源极和漏极两端；所述直流电源的正极与隔离变压器原边的中间抽头点相连，直流电源的负极与第一和第二功率开关管源极连接点相连； 所述副边整流电路为由二极管D3、D4、D5和D6组成的全波整流桥，二极管D3和二极管D4共阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：禄盛，陈龙，朴昌浩，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：