一种改进型移相全桥变换器电路 |
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| 申请号 | CN201710469295.0 | 申请日 | 2017-06-20 | 公开(公告)号 | CN107370383A | 公开(公告)日 | 2017-11-21 |
| 申请人 | 哈尔滨工业大学; | 发明人 | 李浩昱; 赵雷; 李振伟; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种改进型移相全桥变换器 电路 ，包括第一至第四MOSFET，第一、第二 变压器 ，第一、第二电容，第一至第四 二极管 ， 电阻 ，电感。本发明的电路可应用于各类移相全桥变换器，实现了 开关 管的宽 软开关 工作范围，同时实现了在整个开关周期内保持原边功率向二次侧传递的连续性，有效的减小了电感 电流 纹波和整流 电压 的振荡。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种改进型移相全桥变换器电路，其特征在于：包括第一至第四MOSFET，第一、第二变压器，第一、第二电容，第一至第四二极管，电阻，电感，其中，所述第一MOSFET的漏极分别与输入端正极、第二MOSFET的漏极相连接，第一MOSFET的源极分别与第三MOSFET的漏极、第二变压器的第一次级绕组的一端相连接，第三MOSFET的源极分别与输入端负极、第一电容的一端相连接，第二MOSFET的源极分别与第四MOSFET的漏极、第二变压器的第二次级绕组的一端相连接，第二变压器的第一次级绕组的另一端与第二变压器的第二次级绕组的另一端、第二变压器的初级绕组的一端相连接，第二变压器的初级绕组的另一端与第一变压器的初级绕组的一端相连接，第一变压器的初级绕组的另一端与第一电容的另一端相连接，所述第一二极管的阴极与第二二极管的阴极、电感的一端相连接，第一二极管的阳极与第一变压器次级绕组的一端、第三二极管的阴极相连接，第二二极管的阳极与第一变压器次级绕组的另一端、第四二极管的阴极相连接，第三二极管的阳极与第四二极管的阳极、第二电容的一端、电阻的一端相连接并接地，电感的另一端与第二电容的另一端、电阻的另一端相连接。 |
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| 说明书全文 | 一种改进型移相全桥变换器电路技术领域背景技术[0002] 软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一，其主要特点是使开关器件中的电流(或电压)按正弦或准正弦规律变化，当电流自然过零时，使器件关断(或电压为零时，使器件开通)从而减少开关损耗。软开关技术不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题,还能解决由硬开关引起的EMI等问题。 [0003] 传统的移相全桥变换器利用变压器漏感或原边串联电感和开关器件结电容之间的谐振来实现零电压开关，因其电路元件数量少、结构简单得到了广泛的应用，成为软开关技术在直流变换器中国较成功的例子。然而，传统的移相全桥变换器依然存在着一些问题，其开关器件的电流应力和电压应力与硬开关PWM变换器一样。其零电压开通条件受负载电流影响，轻载时条件难以满足，从而导致系统效率降低，电磁干扰变高。其整流过程中的寄生振荡增加了器件的电压应力和输出电压纹波，导通损耗也显著增加。 发明内容[0004] 本发明专利所要解决的技术问题是：为克服现有技术中存在的不足，提供一种改进型移相全桥变换器电路，实现了所有开关管的宽软开关技术的工作范围，同时实现了在整个开关周期内保持原边功率向二次侧传递的连续性，有效的减小了电感电流纹波和整流电压的振荡。 [0005] 本发明专利为解决上述技术问题采用以下技术方案： [0006] 一种改进型移相全桥变换器电路，包括第一至第四MOSFET，第一、第二变压器，第一、第二电容，第一至第四二极管，电阻，电感， [0007] 所述第一MOSFET的漏极分别与输入端正极、第二MOSFET的漏极相连接，第一MOSFET的源极分别与第三MOSFET的漏极、第二变压器的第一次级绕组的一端相连接，第三MOSFET的源极分别与输入端负极、第一电容的一端相连接，第二MOSFET的源极分别与第四MOSFET的漏极、第二变压器的第二次级绕组的一端相连接，第二变压器的第一次级绕组的另一端与第二变压器的第二次级绕组的另一端、第二变压器的初级绕组的一端相连接，第二变压器的初级绕组的另一端与第一变压器的初级绕组的一端相连接，第一变压器的初级绕组的另一端与第一电容的另一端相连接，所述第一二极管的阴极与第二二极管的阴极、电感的一端相连接，第一二极管的阳极与第一变压器次级绕组的一端、第三二极管的阴极相连接，第二二极管的阳极与第一变压器次级绕组的另一端、第四二极管的阴极相连接，第三二极管的阳极与第四二极管的阳极、第二电容的一端、电阻的一端相连接并接地，电感的另一端与第二电容的另一端、电阻的另一端相连接。 [0008] 本发明与现有技术相比的主要技术特点是： [0009] 初级侧的开关管都能在宽范围内实现零电压开关。 [0011] 图1是本发明专利的电路连接示意图，其中：Q1、Q2、Q3、Q4分别为第一至第四MOSFET，Caux、C0分别为第一、第二电容，Tm、Taux分别为第一、第二变压器，np为第一变压器的初级绕组，ns为第一变压器的次级绕组，m3为第二变压器的初级绕组，m1为第二变压器的第一次级绕组，m2为第二变压器的第二次级绕组，Llk为Tm的漏感，Lm为Taux的励磁电感，Taux和Tm的变比分别是m1:m2:m3＝1:1:m(m>1)和np:ns＝1:n，D1、D2、D3、D4分别为第一至第四二极管，R为电阻，L0为电感。 [0012] 图2是本发明的移相全桥变换器电路的主要工作波形示意图。 [0013] 图3～8是本发明的移相全桥变换器的等效电路结构示意图。 具体实施方式[0014] 下面详细描述本发明专利的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明专利，而不能解释为对本发明专利的限制。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 [0015] 下面结合附图对本发明专利的技术方案做进一步的详细说明： [0016] 一种改进型移相全桥变换器电路，包括第一至第四MOSFET，第一、第二变压器，第一、第二电容，第一至第四二极管，电阻，电感， [0017] 所述第一MOSFET的漏极分别与输入端正极、第二MOSFET的漏极相连接，第一MOSFET的源极分别与第三MOSFET的漏极、第二变压器的第一次级绕组的一端相连接，第三MOSFET的源极分别与输入端负极、第一电容的一端相连接，第二MOSFET的源极分别与第四MOSFET的漏极、第二变压器的第二次级绕组的一端相连接，第二变压器的第一次级绕组的另一端与第二变压器的第二次级绕组的另一端、第二变压器的初级绕组的一端相连接，第二变压器的初级绕组的另一端与第一变压器的初级绕组的一端相连接，第一变压器的初级绕组的另一端与第一电容的另一端相连接，所述第一二极管的阴极与第二二极管的阴极、电感的一端相连接，第一二极管的阳极与第一变压器次级绕组的一端、第三二极管的阴极相连接，第二二极管的阳极与第一变压器次级绕组的另一端、第四二极管的阴极相连接，第三二极管的阳极与第四二极管的阳极、第二电容的一端、电阻的一端相连接并接地，电感的另一端与第二电容的另一端、电阻的另一端相连接。 [0018] 下面以附图1为主电路结构，结合附图2～8叙述本发明的具体工作原理。由附图2可知整个变换器在一个开关周期有12种开关模态，分别是[t0～t1]、[t1～t2]、[t2～t3]、[t3～t4]、[t4～t5]、[t5～t6]、[t6～t7]、[t7～t8]、[t8～t9]、[t9～t10]、[t10～t11]、[t11～t12](见附图2)，其中，[t0～t6]为前半周期，[t6～t12]为后半周期。下面对各开关模态的工作情况进行具体分析。 [0019] 在分析之前，作如下假设：1)所有器件均为理想器件；2)隔直电容C1、C2看作幅值为0.5Vin的恒压源；3)四个MOSFET的结电容均为Coss；4)忽略Tm的漏感Llk和Taux的励磁电感Lm； 5)输出滤波电感L0看作恒流源。 [0020] 开关模态1[t0～t1]Q1、Q2、D1-D4导通。变压器Taux初级绕组Lm上的电压为0，iLm达到正向最大值+Im。变压器Tm的初级绕组两端的电压为0.5Vin，流过的电流为nI0，整流电压为0.5nVin。 [0021] 开关模态2[t1～t2]在t1时刻，Q2关断。Q2、Q4的结电容通过恒流源ilea线性放电。超前臂电压vlea从Vin下降到零，同时vp从0.5Vin下降到0.5mVin，变压器Taux的励磁电感Lm两端的电压从零开始下降。 [0022] 开关模态3[t2～t3]在t2时刻，vlea下降到零，Q4的寄生二极管正向偏置，Q4零电压导通。vp和vrec分别保持为 0.5mVin和0.5nmVin。因此，在模态3的持续期间内，原边功率保持向二次侧传递。Lm两端的电压保持在-Vin，iLm从+Im下降到-Im。 [0023] 开关模态4[t3～t4]在t3时刻，Q1关断。此时，iLm上升到反向最大值-Im。输出滤波电感等效到初级侧，Q1、Q3的结电容通过恒流源ilag线性放电。vlag、vp开始下降。 [0024] 开关模态5[t4～t5]在t4时刻，vp下降到零，滞后臂中点电压vlag为Vin/(1+m)，整流侧电压跌落为零，所有整流二极管同时导通。变压器Tm的初级绕组和次级绕组两端的电压均为零。初级侧结电容与漏感发生谐振。 [0025] 开关模态6[t5～t6]在t5时刻，vlag下降到零。Q3的体二极管导通，Q3能够零电压导通。整流二极管保持导通，vAB保持为零。Llk两端的电压为-0.5Vin，使ip线性下降。在t6时刻，ip达到-nI0，同时D1、D4关断，D2、D3保持导通，Lm两端的电压为零，iLm达到反向最大值。 [0026] 后半周期[t6～t12]的工作原理与前半周期[t0～t6]基本相同，只是电流、电压反方向变化，因此不再多述。 [0027] 由以上描述可知，本发明提出的改进型移相全桥变换器具有如下优点： [0028] 初级侧的开关管都能在宽范围内实现零电压开关。 [0029] 超前臂换流期间，整流二极管导通状态不变，整流侧电压线性上升，无电压振荡；滞后臂换流期间，整流侧电压很小，有效地抑制了电压振荡。 [0030] 在整个开关周期内保持原边功率连续地向输出侧传递，解决了传统移相全桥变换器的环流问题，有效地减弱了整流电压的振荡，降低了对输出滤波电感的要求。 |
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