[发明专利]具有可变不工作区控制和零电压切换的半桥

说明书

提供了一种使用可变不工作区的电压馈送半桥的零电压切换（ZVS）的改进方法。不工作区的持续时间是动态确定的并且精确地足够长以确保没有直通事件，同时还最小化或消除切换损耗和反向传导损耗。该方法一般地包括：（a）计算由对半桥的中点充电的电流源看到的等效电容；（b）基于链接电压和等效电容来计算ZVS电荷要求；（c）计算在不工作区矢量期间电流源随时间传递的电荷，使结果与ZVS电荷要求相等，并求解在切换周期上的每个换向点处的ZVS时间要求；以及（d）针对切换模式功率转换器中的每个半桥的每个换向更新不工作区。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年10月26日提交的美国临时申请62/750,896的权益，其公开通过引用整体并入。

技术领域

本发明涉及用于车载（on-board）充电器和其他应用的半桥转换器的零电压切换（switching）。

背景技术

半桥是许多开关模式功率转换器（SMPC）拓扑的部件。隔离的双有源桥（DAB）例如是使用四个半桥和变压器来将功率从变压器的初级传递到次级的SMPC。DAB具有驱动初级绕组的一个全桥（并联的两个半桥）和驱动次级绕组的一个全桥。图1中所示的电流馈送（current-fed）半桥包括利用到中点节点的连接与电流源或存储元件，比如电感器，串联的两个半导体开关。在串联组合的末端处的节点被称为联接（linkage）。在图2中所示的电压馈送半桥的情况下，该联接被称为DC联接，因为其值不允许变负。电压馈送半桥可以以受控或不受控开关的任何组合出现。示例包括完全受控半桥（例如，双向降压-升压DC/DC转换器）、半受控半桥（例如，简单的降压DC/DC转换器）和不受控半桥（例如，Totem-Pole PFC拓扑的前端整流器）。

将半桥视为一个类型的切换块，电流馈送半桥（CFHB）和电压馈送半桥（VFHB）可以用于构造SMPC。切换块是有源功率部件并且被置于具有无源功率部件的配置中以创建SMPC功率路径。电压馈送半桥可以附加地被控制、半控制或不受控制。SPMC中使用的许多或大多数受控半导体开关仅在电流沿一个方向流过其初级传导（conduction）路径时受控，并且在电流沿相反方向流动时将自激活（变为反向偏置）。尽管具有不受控状态，但半桥配置中的两个这样的开关被认为是受控切换块。

给定跨联接的正emf，四个块状态中的每个可由控制器进行命令。更特别地，每个开关具有两个状态：传导和非传导（阻断）。可能的控制矢量（vector）（驱动信号）包括以下内容：