[發明專利]高效率的零電壓、零電流全橋變換器

有效

• 申請號: 200810049122.4
• 申請日: 2008-01-21
• 公開（公告）號: CN101494419A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 李彩生
• 申請（專利權）人: 許繼集團有限公司;許繼電源有限公司
• 主分類號: H02M3/28
• 分類號: H02M3/28
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 陳 浩

技術領域

本發明涉及一種高效率的零電壓、零電流全橋變換器，屬于電力開關電源。

背景技術

如今開關電源廣泛應用于各個行業、各個領域，用戶對開關電源也提出了越來越嚴格的要求：高功率密度、高可靠性、高效率、很好的電磁兼容性能。在大功率開關電源中，全橋電路使用最為廣泛。為了滿足用戶的上述要求，出現了很多的零電壓(ZVS)、零電流(ZCS)軟開關全橋電路拓撲。總結起來有如下幾種：1、最為簡單的方法是在基本全橋電路變壓器的原邊串聯飽和電感，利用飽和電感飽和后反向阻抗無窮大的特點，阻止原邊電流反向諧振，實現滯后臂的零電流開關。如圖1：它在變壓器Tr的原邊串聯了一個飽和電感Ls，通過電容C_b與電感Ls適當配合，能使滯后橋臂Q2、Q4實現零電流開關。在原邊電壓過零階段，飽和電感工作在線性狀態，阻止原邊電流反向流動。當原邊電壓為V_in或-V_in時，它工作在飽和狀態。這種電路最大的優點是簡單，但也有不足之處，這種方法的缺點是飽和電感會導致副邊占空比的丟失、飽和電感損耗大、只能在很窄的輸入電壓和負載范圍實現軟開關。2、另一種使橋臂開關管實現零電壓、零電流的方法，是在副邊加有源箝位。如IEEE論論文JunGoo?Cho，Changyang?Jeong，F?red?C?Y?L?ee.《Zero-Voltage?and?Zero-Current-Switching??Full-Bridge?PWM?Converter?UsingSecondary?Active?Clamp》.IEEE?TRANSACTIONS?ON?POWERELECTRONICS，VOL.13，NO.4，JULY?1998.原理框圖如圖2：相對于上種方法，這種電路沒有使用耗能元件。副邊外加的電路為：有源箝位開關Qb和箝位電容Cb串聯后，連接在輸出儲能電感Lf左端和輸出地之間。Q1、Q3為超前臂，Q2、Q4為滯后臂。在超前臂關斷后，通過控制有源箝位開關管Qb的導通與關斷，使變壓器Tr原邊電流回零，為滯后橋臂創造零電流開關條件。超前橋臂在零電壓導通與關斷的過程中，輸出濾波電感Lf參與了諧振過程，而輸出濾波電感通常具有很大的值，超前橋臂開關管可以在很大的范圍內實現零電壓開關。這種方法的缺點是副邊箝位管工作于硬開關、電壓高、電流大、損耗大，副邊箝位管驅動困難。3、第三種實現全橋零電壓、零電流方法，是在副邊采用無源、無損吸收。副邊無損吸收的電路有多種，但其基本原理都是一樣的：即利用副邊所加的箝位電容上的電壓，在原邊滯后臂關斷和開通前使原邊電流回到零，實現原邊的軟開關。很典型的一種副邊無源無損吸收電路如IEEE論文Jung-Goo?Cho，Ju-Won?Baek，Chang-Yong?Jeong，andGeun-Hie?Rim，《Novel?Zero-Voltage?and?Zero-Current-Switching?Full-BridgePWM?Converter?Using?a?Simple?Auxiliary?Circuit》.IEEE?TRANSACTIONSON?INDUSTRY?APPLICATIONS，VOL.35，NO.1，JANUARY/FEBRUARY1999。原理框圖如圖3：C_b1，D_b1，D_b2為外加電路，構成副邊箝位電路，連接關系如圖3所示。在超前臂Q₁(或者Q₃)關斷后，箝位電容C_b1上的電壓比例到原邊，使原邊電流復位回零，實現原邊的零電流開關。這種電路的缺點是：原邊開關管開通時，副邊要給箝位電容C_b1充電，導致原邊開關管有很大的瞬態電流尖峰；箝位電容C_b1箝位時，輸出電感Lf的電流由C_b1提供，不反饋到原邊，導致超前臂Q₁、Q₃失去零電壓開關條件。

現有各種類型的零電壓、零電流全橋電路，存在的缺點：外加輔助元器件的損耗大、效率低；輔助元器件控制復雜；原副邊占空比差別大導致變壓器匝比計算困難；實現零電壓、零電流的范圍有限，受輸入電壓和輸出負載影響。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高效率的零電壓、零電流全橋變換器，解決已有電路的缺點，能夠在全范圍內實現原邊橋臂的零電壓、零電流開關。