[发明专利]高效率的零电压、零电流全桥变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效率的零电压、零电流全桥变换器，属于电力开关电源。

背景技术

如今开关电源广泛应用于各个行业、各个领域，用户对开关电源也提出了越来越严格的要求：高功率密度、高可靠性、高效率、很好的电磁兼容性能。在大功率开关电源中，全桥电路使用最为广泛。为了满足用户的上述要求，出现了很多的零电压(ZVS)、零电流(ZCS)软开关全桥电路拓扑。总结起来有如下几种：1、最为简单的方法是在基本全桥电路变压器的原边串联饱和电感，利用饱和电感饱和后反向阻抗无穷大的特点，阻止原边电流反向谐振，实现滞后臂的零电流开关。如图1：它在变压器Tr的原边串联了一个饱和电感Ls，通过电容C_b与电感Ls适当配合，能使滞后桥臂Q2、Q4实现零电流开关。在原边电压过零阶段，饱和电感工作在线性状态，阻止原边电流反向流动。当原边电压为V_in或-V_in时，它工作在饱和状态。这种电路最大的优点是简单，但也有不足之处，这种方法的缺点是饱和电感会导致副边占空比的丢失、饱和电感损耗大、只能在很窄的输入电压和负载范围实现软开关。2、另一种使桥臂开关管实现零电压、零电流的方法，是在副边加有源箝位。如IEEE论论文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.原理框图如图2：相对于上种方法，这种电路没有使用耗能元件。副边外加的电路为：有源箝位开关Qb和箝位电容Cb串联后，连接在输出储能电感Lf左端和输出地之间。Q1、Q3为超前臂，Q2、Q4为滞后臂。在超前臂关断后，通过控制有源箝位开关管Qb的导通与关断，使变压器Tr原边电流回零，为滞后桥臂创造零电流开关条件。超前桥臂在零电压导通与关断的过程中，输出滤波电感Lf参与了谐振过程，而输出滤波电感通常具有很大的值，超前桥臂开关管可以在很大的范围内实现零电压开关。这种方法的缺点是副边箝位管工作于硬开关、电压高、电流大、损耗大，副边箝位管驱动困难。3、第三种实现全桥零电压、零电流方法，是在副边采用无源、无损吸收。副边无损吸收的电路有多种，但其基本原理都是一样的：即利用副边所加的箝位电容上的电压，在原边滞后臂关断和开通前使原边电流回到零，实现原边的软开关。很典型的一种副边无源无损吸收电路如IEEE论文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。原理框图如图3：C_b1，D_b1，D_b2为外加电路，构成副边箝位电路，连接关系如图3所示。在超前臂Q₁(或者Q₃)关断后，箝位电容C_b1上的电压比例到原边，使原边电流复位回零，实现原边的零电流开关。这种电路的缺点是：原边开关管开通时，副边要给箝位电容C_b1充电，导致原边开关管有很大的瞬态电流尖峰；箝位电容C_b1箝位时，输出电感Lf的电流由C_b1提供，不反馈到原边，导致超前臂Q₁、Q₃失去零电压开关条件。

现有各种类型的零电压、零电流全桥电路，存在的缺点：外加辅助元器件的损耗大、效率低；辅助元器件控制复杂；原副边占空比差别大导致变压器匝比计算困难；实现零电压、零电流的范围有限，受输入电压和输出负载影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效率的零电压、零电流全桥变换器，解决已有电路的缺点，能够在全范围内实现原边桥臂的零电压、零电流开关。