[發明專利]一種移相軟開關變換器的控制方法

有效

• 申請號: 201310435891.9
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103457477A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 張東華;李小兵;梁金峰;萬美政;黃興;賀智軼;王媛
• 申請（專利權）人: 武漢中原電子集團有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/14
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

技術領域

本發明屬于電源控制領域，更具體涉及一種移相軟開關變換器的控制方法，適用于電源的移相全橋控制。

技術背景

目前基本移相全橋零電壓開關DC/DC變換器的結構如圖1所示，主開關Q1和Q2構成超前橋臂，主開關Q3和Q4構成滯后橋臂。其中，Q1和Q2驅動信號互補，Q3和Q4驅動信號互補，Q1和Q2分別超前Q4和Q3一個相位，通過調節移相角來調節輸出電壓。在輸出側，整流二極管Dr1和Dr2構成中心抽頭的整流電路，整流二極管通過輸出濾波電感Lo連接到輸出電容Co上。該變換器在負載滿足一定的條件時可以實現主功率開關管的零電壓開關，因此可以減小開關損耗，提高變換器可靠性和效率，成為應用很廣的一種優秀的DC/DC電路拓撲。

由于實現主開關管零電壓開關的能量來自于儲能電感上的儲能，在超前管開關期間，輸出濾波電感折算到原邊與原邊電感串聯，由于一般輸出濾波電感很大，所以有足夠的儲能來實現超前管的零電壓開關；而滯后管開關期間，變換器處于整流二極管換流期間，兩個整流二極管同時導通將變壓器副邊鉗位在零電位，這樣輸出濾波電感就不能折算到原邊，此時給滯后管兩端電容充放電的能量只有原邊等效電感的儲能，此電感一般為變壓器漏感，由于一般漏感很小，所以很難實現滯后管的零電壓開關，導致滯后管的損耗很大，在頻率高的時候損耗成比例增加，導致變換器效率降低，熱設計很難優化。

為了實現滯后橋臂的全開關，我們一般在變換器原邊串聯一個諧振電感來提高滯后管開關的時候實現零電壓開關的能量。但是串聯諧振電感導致了副邊占空比丟失，變換器可用的占空比減小，為了實現輸入低電壓時候全負載功率輸出設計主功率變壓器滿足輸入電壓最低時候的變比，過小的變壓器變化導致原邊電流有效值增加，從而導致變換器損耗增加，效率降低。因此，為了實現滯后管零電壓開關所加的諧振電感帶來別的負面影響。同時，此諧振電感上的能力在二極管換流器件由于二極管的反向恢復影響而與二極管兩端寄生電容發生諧振，在二極管兩端以電壓尖峰的形式表現處理，帶來很嚴重的EMC問題和可靠性問題，不利于變換器的工業應用。為了消除二極管反向恢復帶來的電壓尖峰問題，很多文獻提出原邊加二極管鉗位的移相全橋軟開關變換器，可以將諧振電感的能量消耗在電路中，消除了二極管反向恢復的電壓尖峰問題。但是仍然存在負載小于一定值時難以實現主功率開關管的軟開關而帶來的問題。因此，移相控制軟開關變換器在負載小于一定值時的損耗增大問題帶來了工業應用的限制。

移相全橋相對于傳統硬開關全橋變換器而言，在輕載時候由于沒有足夠的能量來給主功率管兩端的電容充放電，從而沒有實現輕載時的零電壓開關。而一些全橋變換器的環流損耗使得在輕載時候移相全橋變換器比傳統硬開關全橋變換器損耗大很多，相對于傳統硬開關全橋變換器，移相全橋在輕載或者空栽時效率很低，導致變換器熱設計比較麻煩，同時，限制了移相全橋的應用。

移相全橋軟開關變換器業界分為兩種不同類型的變換器，一種為零電壓開關變換器，亦即ZVS變換器，超前管和滯后管都可以實現零電壓開關；一種為零電壓零電流開關變換器，亦即ZVZCS變換器，超前管實現零電壓開關，滯后管實現零電流開關。但是，兩類變換器在輕載時候都從中實際應用中的問題，即當變換器負載小于一定值后變換器滯后管不能實現軟開關，從而導致損耗急劇增加，由于從在環流損耗，使得移相全橋軟開關變換器在輕載時候的損耗比同調節的傳統硬開關全橋變換器的損耗都大。電源行業的專家和學者相繼提出很多種移相控制全橋軟開關變換器的改進型電路，可以在一定程度上改進移相控制全橋軟開關變換器的部分性能，但是帶來的是電路結構復雜化而導致不利于工程實際中大批量的設計和生產。而且由于所加輔助電路在一定程度上是將損耗進行了轉移，有時候還會導致變換器性能更加惡化。

存儲在諧振電感Lr及變壓器的電感、輸出濾波電感Lo中的能量對開關管結電容進行充放電，使相應結電容兩端的電壓達到零，借此實現開關管的零電壓開通。通過控制開關管的開通和關斷，即給開關管的基極或者柵極輸入一定的驅動邏輯波形，驅動為高時，開關管開通，驅動為低時，開關管關斷，從而實現對變換器的控制。現有技術中，能夠產生移相全橋波形的控制芯片有UCC3875、UCC3895等。