[发明专利]一种前后桥臂复用高效率全桥移相变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种软开关变换器，具体的说是一种实现全范围软开关，高效率的全桥移相变换器，适用于大功率充电设备。

背景技术

随着社会发展，储能电池电源系统的应用越来越广泛，例如电动汽车储能电池电源，海岛大功率后备储能电池电源系统等。为提高能源利用率，减低碳排放，提高经济效益，为这些储能电池电源系统充电的充电电源设备应具备尽可能高的电能转换效率。

全桥移相变换器目前在大功率高频开关电源设备中得到广泛应用。但是传统的全桥移相变换器存在滞后臂ZVS开关范围窄，初级环流损耗大、占空比丢失明显、次级整流二极管上电压振铃严重，电压应力大等缺点，这些缺点直接影响了电能转换效率的提高。

LLC谐振拓扑是目前高频开关电源中最常用的一种电路拓扑，具有良好的ZVS特性，次级整流二极管实现ZCS，电压应力小，输出不需要滤波电感，减小了损耗和变换器的体积，因此获得电磁干扰小，效率高的优点。但是LLC谐振变换器是通过调节频率来调节输出电压的，一旦谐振频率偏离LLC谐振腔的谐振频率点较大，变换器的效率会降低，而在大功率充电设备应用中需要输出电压在一个较宽的范围内变化，因此LLC谐振变换器在这方面存在缺陷。

为提高变换器的电能转换效率，人们对全桥移相变换器与LLC谐振变换器的组合进行了大量研究。文献《Zero-Voltage-Switching PWM Resonant Full-Bridge Converter With Minimized Circulating Losses and Minimal Voltage Stresses of Bridge Rectifiers for Electric Vehicle Battery Chargers》提出了一种全桥移相变换器与半桥LLC谐振变换器共享滞后臂的电路，转换效率大大提高。

所以，针对全桥移相变换器与LLC谐振变换器的组合方式的研究对提高变换器的电能转换效率有现实意义。

发明内容

本发明所要解的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种前后桥臂复用高效率全桥移相变换器，解决现有技术中超前臂和滞后臂不能全负载范围实现ZVS的问题，解决次级整流二极管的电压振铃的问题，降低电压应力，有效减小移相全桥功率变换器主回路环流损耗，适用于大容量蓄电池的充电设备及相关需要高输出电压的场合。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种前后桥臂复用高效率全桥移相变换器，包括全桥移相变换单元；所述全桥移向变换单元包括由第一功率开关器件和第三功率开关器件串联构成的超前臂，由第二功率开关器件和第四功率开关器件串联构成的滞后臂；所述超前臂与所述滞后臂并联，所述超前臂的输出端、滞后臂的输出端均与次级整流电路的输入端连接；所述全桥移相变换单元与第一半桥LLC谐振变换器共享超前臂，所述第一半桥LLC谐振变换器次级输出采用全桥整流电路，所述第一半桥LLC谐振变换器次级整流电路的低电位端与全桥移相变换器的次级整流电路低电位端相连，第一半桥LLC谐振变换器次级整流电路的高电位端与所述次级整流电路高电位端通过一个谐振电容相连；所述全桥移相变换单元与第二半桥LLC谐振变换器共享滞后臂，所述第二半桥LLC谐振变换器次级采用全波整流电路，为扇热直流风机提供直流电源。

所述超前臂、滞后臂的四个功率开关器件的集电极/漏极与发射极/源极均并联有用于改善功率开关器件关断特性的吸收电容，且四个电容的参数相同。

所述超前臂与所述次级整流电路之间依次通过隔直电容、主功率变压器连接。

与全桥移相变换器共享超前臂的第一半桥LLC谐振变换器，其次级输出采用全桥整流，第一半桥LLC谐振变换器次级整流电路的低电位端与全桥移相变换器的次级整流电路低电位端直接相连，第一半桥LLC谐振变换器次级整流电路的高电位端与全桥移相变换器的次级整流电路高电位端通过一个谐振电容C_re相连，利用主功率变换器T的初级漏感L_lk与谐振电容C_re谐振，实现变换器初级环流快速置零，次级整流二极管电压钳位，谐振能量储存到C_O2中；续流期间，储存在C_re和C_O2的能量通过输出电感Lo传递到输出端。

与全桥移相变换器共享滞后臂的第二半桥LLC谐振变换器，其次级采用全波整流电路，在为扇热直流风机提供48V直流电源的同时，帮助滞后臂功率开关器件实现ZVS。