[发明专利]一种半桥式软开关直流变换器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种软开关半桥式直流变换器及其控制方法，属于电能变换领域。

背景技术

半桥式直流变换器具有电压变比大、易于实现大功率化等优点，在个人电脑用开关电源以及通信领域的低压大功率开关电源中得到了广泛应用。但是传统电路采用的硬开关工作方式，在功率开关器件以及功率二极管的导通和关断过程中，由于开关频率很高，产生较大的开关损耗，造成系统效率下降，也制约了开关频率的提升，不利于降低损耗、体积和成本。

针对上述问题的一种解决方案是采用软开关技术。现有软开关方案中，有一种是采用上下两个开关器件的占空比移相的控制方案，将上管的控制信号通过延迟一定相角后作用到下管上去，并在两个开关器件的导通信号之间设置死区时间，利用在死区时间的区间内，变压器的漏感和开关器件的结电容谐振，使下管承受的电压出现等于零的时刻，若在此时开通开关器件，则可实现零电压开通(ZVS)。这种方案无需外加辅助谐振器件，结构简单，但是谐振条件受变压器漏感的大小和负载条件的限制，软开关范围有限，而且上管仍然是硬开关，其损耗仍然可观。另一种方案是外加辅助谐振电路，如图1所示，在半桥式直流变换器的基础上，将开关器件S₃和二极管D₃串联，再并联到变压器两端。开关器件S₃和二极管D₃起到了电流箝位的作用。该方案在S₃导通期间，变压器通过开关器件S₃和二极管D₃短路，避免漏感继续与结电容谐振。当下管关断时，变压器漏感中的能量可以用来帮助实现上管的零电压开通。但是开关器件S₃和二极管D₃的引入增加了变压器原边的环流损耗，另外，会在变压器副边的开关器件上产生电压振荡，产生高频电磁噪声和滤波电感、变压器的高频损耗，反而降低了系统效率，同时需要提高变压器副边连接的开关器件的耐压等级，间接提高了系统成本，也降低了可靠性。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种半桥式软开关直流变换器及其控制方法，解决半桥式直流-直流变换器存在的开关损耗大以及整流电路的电压振荡大的问题。

本发明上述第一个目的，一种半桥式软开关直流变换器，其特征在于：所述变换器的结构组成包括开关器件S₁、S_A、S₂、S_R1、S_R2，电感L_add、L_O，二极管D₁、D₂，变压器T_RS，谐振电容C_B，C_O；

其连接结构为：S₁的功率输入端与输入电源的正极以及D₁的负极相连，S₁的功率输出端与S_A的功率输入端、L_add的一端相连，S_A的功率输出端与S₂的功率输入端、D₂的正极相连，S₂的功率输出端与输入电源的负极、C_B的一端相连；L_add的另一端与D₁的正极、D₂的负极以及T_RS原边绕组的一端相连，T_RS原边绕组的另一端与C_B的另一端相连；T_RS的第一副边绕组的一端与第二副边绕组的一端、L_O的一端相连，T_RS的第一副边绕组的另一端与S_R2的功率输入端相连，T_RS的第二副边绕组的另一端与S_R1的功率输入端相连，S_R1的功率输出端与S_R2的功率输出端以及C_O的一端相连，并作为变换器输出端的负极，L_O的另一端与C_O的另一端相连，并作为变换器输出端的正极。

进一步地，上述开关器件S₁、S_A、S₂、S_R1、S_R2均为全控性开关器件MOSFET或IGBT。