[發明專利]一種不對稱半橋反激驅動電路

有效

• 申請號: 201710491902.3
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107276374B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 宋建峰;金若愚;劉湘
• 申請（專利權）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H02M1/38;H02M3/335
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技術領域

本發明涉及開關變換器領域，特別涉及一種不對稱半橋反激驅動電路。

背景技術

電力電子的領域飛速發展，使得高頻開關電源的應用越來越廣泛。傳統的工業和民用開關電源的輸入端經常需要從電網取電，經過電源內部的整流濾波電路后，變成較高的直流電，再輸入到功率轉換電路，變成低壓直流電，為負載提供電能。為了適應不同國家的電網標準，一般兩相交流輸入的開關電源，其輸入電壓范圍為85VAC～264VAC，整流濾波后的直流電壓約為120VDC～373VDC。用于這種場合的開關電源，根據功率的不同，供其選擇的電路拓撲較多，如具有結構簡單、成本低廉等特點的反激、正激電路；結構復雜，但具有軟開關功能的LLC、不對稱半橋、移相全橋電路等等。

隨著新能源產業的迅猛發展，電動汽車、風力發電、光伏等行業對超高超寬輸入電壓范圍的開關電源的需求越來越多，且要求越來越嚴苛。電動汽車行業的充電樁使用的電源要求輸入電壓范圍為200VDC～800VDC，有的要求達到1000VDC上限；風力發電及光伏行業的光伏匯流箱、逆變器等使用的電源產品要求輸入電壓范圍達150VDC～1500VDC。如此寬范圍、高輸入電壓的應用提高了開關電源的設計難度，包括開關管電壓應力處理；輸入電壓升高導致開關管的開通和關斷損耗增大，引起的熱處理；變壓器工藝設計等等。

目前行業寬范圍、高輸入電壓的開關電源采用普通反激或正激電路實現，其實際應用電路是把變壓器原邊功率繞組分成兩個或兩個以上，分別接開關管，然后再串聯起來達到耐高壓的目的(電路如圖1和圖2所示，該方案為現有公知技術，此處不再詳細介紹)。但是這兩種拓撲是硬開關，而且不能回收漏感能量，因此限制了小功率產品的效率和體積。并且，其難以應用于中大功率的寬范圍、高輸入電壓的開關電源中。因為由漏感所引起的電壓尖峰應力和高的輸入電壓導致開關管承受很高的電壓應力；加之是硬開關，開關損耗很大，管子發熱嚴重，所以必須選擇更高耐壓、更大體積的開關管，成本升急劇增加。而高耐壓的開關管導通阻抗和結電容都比較大，進一步降低了產品的效率。特別是近年來業內對更大功率高輸入電壓開關電源的需求逐漸增多，上述電路拓撲在該應用場合表現出來的缺點尤為明顯。電源效率低導致的溫升高和體積大和使用高耐壓開關管導致的成本高的問題，嚴重制約了高壓電源的發展。

電力電子行業對高功率密度、高可靠性和小體積的開關電源的需求，衍生了軟開關技術的發展。它是利用電感、電容諧振的原理，使開關電源的開關管實現零電壓開通或零電流關斷，從而減小開關管的開關損耗，顯著的提升了產品的效率。但諸如LLC和不對稱半橋等具有軟開關功能的電路，由于其占空比要求小于0.5，并且開關管的應力等于輸入電壓，所以較難應用在寬范圍、高輸入電壓的開關電源上，一般在前級接有一級預穩壓環節，然而預穩壓電源模塊在寬范圍高壓應用中也存在較多的問題，同時也帶來成本的壓力。而常規的不對稱半橋反激電路雖然占空比可大于0.5，但其開關管的應力等于輸入電壓，故也不適用于高輸入電壓的場合。以上為公知技術，這里不再詳細介紹。

由此，為滿足以上要求及克服上述電路中的缺點產生了不對稱半橋反激電路串聯模式的方法，通過將原邊串聯，副邊采用變壓器耦合的方式解決了寬范圍高壓輸入所引起的問題，然而對于高壓輸入，在輸入電壓范圍變化較寬的情況下，為滿足輸入母線電容的有效均壓，驅動的信號要求電平電壓變化小、時序一致性高，同時也要滿足較高的隔離電壓，由此串聯模式的不對稱半橋反激電路中的開關管驅動將變的復雜；現有的驅動方式多為光耦驅動或者隔離驅動器，普通的光耦很難滿足要求，雖然有高速驅動光耦面世，然而其較高的價格也將導致電源成本的增加，同時也這種高速光耦需要隔離的電源以給光耦供電，這又導致電源成本的增加，同時作為電源自身來說也是一種矛盾；現有的驅動通常采用一種磁隔離驅動的方式，然而在多組驅動信號條件下，繞組之間耦合較差，驅動信號的一致性差，死區時間也不容易控制，甚至導致驅動工作不正常；同時隨著開關管數量的增多，驅動的功耗將進一步的增加，也影響到驅動波形的質量。

發明內容

有鑒于此，本發明為解決上述的問題，提供一種不對稱半橋反激驅動電路，應用于寬范圍、高輸入電壓的不對稱半橋反激電源中，能夠使得信號工作可靠一致，也使得驅動能力得以提升。