[发明专利]不对称半桥变换器及控制方法

说明书

本发明公开了一种不对称半桥变换器及控制方法，通过增加一个与变压器原边、副边或第三绕组并联的单向钳位网络，在励磁电感电流达到设定值时，控制辅开关关断、单向钳位网络导通，钳位电流流过单向钳位网络，单向钳位网络钳位并维持钳位电流保持基本不变，在主开关导通前的一段时间，控制单向钳位网络关断，释放此钳位电流，使主开关两端电压降低至零或接近零，实现主开关的零电压开通。本发明能实现对励磁电感电流负向峰值的有效控制，降低变换器轻空载下功率器件的电流有效值，在保留现有技术方案能够实现零电压开通的优势的情况下，大幅提升变换器轻载效率，降低空载损耗，且控制实现上简单高效。

技术领域

本发明涉及开关变换器，特别涉及不对称半桥变换器及其控制方法。

背景技术

从20世纪60年代开始得到发展和应用的开关变换器多使用硬开关技术。但是随着科学技术的发展，各行各业对电源提出了更高地要求，高效率、高功率密度、小型化等成为电源行业研究的主要课题。采用硬开关技术的开关变换器存在开关损耗大、效率低、开关频率不高、EMI差等缺点，为此出现了软开关技术，所谓软开关是指：零电压开关(Zero-Voltage-Switching)，简称ZVS；零电流开关(Zero-Current-Switching)，简称ZCS。软开关技术主要利用谐振原理，使开关变换器的开关器件中的电流(或电压)按正弦或准正弦规律变化，当开关器件电流自然过零时，开关关断，或开关器件电压为零时，开关开通，从而使开关器件损耗为零。因而有可能使得开关变换器的开关频率提高到兆赫兹级水平，为开关电源的高效率、高功率密度及小型化提供了可能。

Vicor公司提出了一种有源钳位正激拓扑，专利号US5805434，如图1所示，在正激电路的变压器原边绕组两端增加钳位电路330，辅开关332与主开关20驱动信号互补，主开关20关断时，钳位电容334吸收漏感能量并使电流反向，二极管350为反向电流提供续流回路，实现近似无损续流，抑制钳位电容334与励磁电感、漏感谐振。钳位电路330的主要目的是漏感能量回收与抑制谐振、并优化EMI，钳位电路并没有实现主开关零电压开通的效果。

Vicor公司还提出了一种双钳位ZVSBUCK-BOOST拓扑，专利号US7561446，如图2-1、图2-2所示，副边电流到零后开关Q3关断、开关Q4导通，变压器被钳位至零电压，变压器剩余电流在钳位电路续流，在开关Q1导通前关断开关Q2，变压器剩余电流使开关Q1实现零电压开通。此技术强调副边电流到零开关Q3关断、开关Q4导通，且电路连接方式上与不对称半桥反激变换器存在较大差别。

Astec公司提出了一种有源钳位反激拓扑，专利号US9973098，如图3所示，钳位阶段钳位电容C2能量全部释放至变压器，变压器被二极管D2钳位至零电压，漏感电流通过二极管D2续流，在主开关管Q1导通前关断钳位开关管Q2，漏感电流实现主开关管Q1的零电压开通。钳位电路回收漏感能量，在主开关管Q1导通前释放回收的漏感能量，实现主管零电压开通。此技术强调回收漏感能量并实现零电压开通，且电路连接方式上与不对称半桥反激变换器也存在较大差别。

不对称半桥反激变换器可利用变压器的激磁电感、漏感，实现全输入/全负载范围内开关器件的ZVS、ZCS，这为开关电源产品的效率提升、体积减小、制造工艺简化、EMI改善等带来了可能。