[发明专利]电流梯形波变换器

说明书

本专利发明涉及开关电源领域，特别是涉及一族新型电流梯形波变换器电路；新型电流梯形波变换器电路可在全部LLC变换器中通过采用可控电压源对谐振电容的置换得到实现，因此，为一族变换器。本专利说明以半桥电流梯形波变换器为例，阐述了新型电流梯形波变换器电路的基本工作原理；该电路在具备主开关管零电压开关、整流开关管零电流关断、整流开关管电压应力低等优点的同时，其主功率回路电流为梯形电流波，主功率回路电流有效值小，提升了变换器效率。本专利中提出了一种利用辅助开关管及电压源或电容实现辅助电压源的方法；同时，利用原边电感，或变压器激磁电感与漏感的储能，可实现辅助电压源辅助开关管的零电压开关。

所属技术领域：

本发明涉及开关电源领域，特别是涉及一族电流梯形波变换器电路，该电路在具备主开关管零电压开关、整流开关管零电流关断、整流开关管电压应力低等优点的同时，其主开关回路电流为梯形电流波，进一步减小了电流有效值，提升了变换器效率。

背景技术

LLC谐振变换器由于电路简单，可实现主开关元件零电压开关，整流管零电流关断而避免反向恢复损耗，及副边整流管电压应力低等特点，在工业领域得到广泛应用。附图1所示即为半桥LLC谐振变换器。然而，由于LLC电路是通过谐振电感、谐振电容及变压器激磁电感谐振来实现各开关器件的软开关，变换器原边及副边电流为近似正弦波，其电流峰值高，有效值大，大大的增加了变换器主功率器件的电流应力及导通损耗。如果可以保持LLC电路原有主开关元件零电压开关，整流管零电流关断，及副边整流管电压应力低等特点的同时，减小主功率回路电流峰值与有效值，则变换器效率可以进一步提高。

本发明从全新的角度提出了一种复合变换器，利用辅助电平电路，对原边电感进行能量的储存与释放，形成梯形电流波，有效的减小了变换器的电流峰值与有效值；同时，变换器中全部功率开关元件可实现零电压开关，整流管零电流关断而避免反向恢复损耗，及副边整流管电压应力低等特点。由于电路原副边电流波形均为梯形波电流，定义该复合变换器拓扑电路为电流梯形波变换器。

发明内容

由电路基本知识可知，对电感元件而言，如需在电感中产生梯形波电流，需要三个阶段：激磁阶段，正向电压施加在电感两端，使电感电流快速上升；维持阶段，电感两端电压为零，电感电流维持不变；去磁阶段，电感两端电压为负，使电感电流迅速下降。电感电压电流关系如附图2所示。

对照LLC电路，以附图1半桥LLC为例，将谐振电容位置替换为辅助电压源Vaux，则可构成复合电路，如附图3所示。其中，输入电压源Vin，原边开关管Q1，Q2，半桥分压电容C1，C2，辅助电压源Vaux，谐振电感Lr，变压器T1及其激磁电感Lm，副边整流管D1，D2，输出滤波电容Co，负载Ro可构成梯形波变换器。假定输出电压等于Vin*1/(2*n)，则当副边整流管导通时，变压器副边电压被钳在输出电压，变压器原边电压为1/2*Vin。

当Q1导通Q2关断时，副边整流二极管D1导通，若此时Vaux电压为负，则Lr两端电压为Vaux，电感电流线性增加；若此时Vaux电压为零，则Lr两端电压为零，电感电流维持不变；若此时Vaux电压为正，则Lr两端电压为-Vaux，电感电流线性减小。Q1关断Q2导通时，副边二极管D2导通，电路进入下半周期，其原理与上半周期相同，不再累述。附图4所示为变换器AB两点间的电压及电感Lr内的电流波形；可见，在传统LLC谐振变换器电路中，用可控电压源Vaux替代谐振电容Cr，只需控制Vaux电压幅值、极性及时序，即可在适当时刻在电感Lr内产生相应激磁、维持与去磁电压，在主功率回路中产生梯形波电流。因此，将LLC谐振变换器中，将谐振电容Cr用可控电压源Vaux替换，Vaux的电压幅值、极性及时序可进行相应控制变在变换器主功率回路中产生梯形波电流，此电路即为电流梯形波变换器。

根据以上分析可知，电流阶梯波变换器在形成电流梯形波过程中具备以下三个典型工作状态：

i.激磁阶段：输入电压源与辅助电压源共同作用，在电路中电感或变压器漏感激磁两端产生激磁电压，电流线性或非线性增加；