[發明專利]一種非對稱半橋反激變換器及其設計方法

在審

• 申請號: 202210967240.3
• 申請日: 2022-08-12
• 公開（公告）號: CN115347794A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 姚凱;荊子琦;湯其媛;張士順
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/00;H02M1/44
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 張菊萍

1.一種非對稱半橋反激變換器，其特征在于：包括主功率電路，所述主功率電路包括V_B為交流輸入電壓經過整流橋和輸入濾波電容的母線電壓，S₁、S₂為原邊開關管，采用GaN器件，由于GaN器件沒有體二極管但存在第三象限，因此用原理圖中與S₁、S₂并聯的二極管代表其第三象限以便描述續流過程。變壓器模型可等效為漏感為L_r，勵磁電感為L_m與一個匝比為n:1的理想變壓器，C_r為諧振電容，Q₁為副邊同步整流管，C_o為輸出電容，R_o為負載。

2.一種非對稱半橋反激變換器的設計方法，用于上述所述的一種非對稱半橋反激變換器，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A：根據變換器工作模態分析每個模態下漏感電流i_Lr與諧振電容兩端電壓v_Cr方程；

步驟B：根據勵磁電感伏秒平衡得到上管S₁占空比為

步驟C：根據輸入功率積分可得到輸出電流其中I_Lmmax與I_Lmmin分別為勵磁電感的正負峰值電流。其具體計算為其中t_off為上管關斷時間；

步驟D：副邊電流可以近似看作半個正弦波，一個周期內副邊電流的平均值等于輸出電流I_o可得副邊峰值電流

步驟E：輸入電容C_in的大小取決于交流電壓的最小有效值V_{inrms_min}和最小的電容電壓V_{B_min}，輸入濾波電容值為

步驟F：根據上管設定最大占空比可得最大匝比根據副邊同步整流管Q₁耐壓可得最小匝比由此求得變壓器匝比n；

步驟G：進行變壓器設計，根據磁芯有效面積面積A_e及磁通密度變量ΔB可求得變壓器副邊匝數由此求得變壓器原邊匝數N_p以及磁芯氣隙大小δ；

步驟H：由于副邊電流近似半個正弦波，其波形與I_o的在波形上的交點為t_A1和t_A2，根據輸出電壓紋波幅值ΔU的要求得到輸出電容

3.根據權利要求2所述的一種非對稱半橋反激變換器的設計方法，其特征在于：諧振電容上電壓波動谷值即圖1中t₁時刻諧振電容電壓值為

式中

諧振電容上電壓波動峰值即圖1中t₅時刻諧振電容電壓值為

式中

4.根據權利要求2所述的一種非對稱半橋反激變換器的設計方法，其特征在于：上管關斷即下管開通時間t_off(忽略死區時間)需盡量與諧振時間相匹配，以減小諧振腔內環流同時使得副邊同步整流管零電流關斷，諧振時間為

式中

5.根據權利要求2所述的一種非對稱半橋反激變換器的設計方法，其特征在于：采用平面變壓器設計，采用PPPSSS繞法利用原邊線圈單獨的一匝將其設計成一層屏蔽層，與諧振電容C_r正極同電位，使原副邊之間的耦合電容都耦合到一個波動很小的電位上，能有效減小共模噪聲，同時不需要額外串聯諧振電感以減小損耗。

6.根據權利要求2所述的一種非對稱半橋反激變換器的設計方法，其特征在于：原邊開關管上管選用GaN System公司的GS-065-011-1-L，下管選用GaN Systems公司的GS66508B，副邊同步整流管選擇英飛凌公司的BSC093N15NS5，磁芯選擇TDK的PC95EL25X8.6-Z；控制芯片采用英飛凌公司的XDPS2201芯片。