一种实现全范围软开关的全桥直流变换器转让专利
申请号 : CN201911390652.X
文献号 : CN111130355B
文献日 : 2021-05-04
发明人 : 颜翔 , 杨宇帆 , 范永明
申请人 : 四川甘华电源科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种实现全范围软开关的全桥直流变换器,包括全桥同步整流桥和整流侧滤波电路;所述全桥同步整流桥的正输出端和负输出端经整流侧滤波电路分别连接全桥直流变换器的正输出端和负输出端;其特征在于,
所述全桥直流变换器还包括:滞后桥臂、辅助谐振桥臂、超前桥臂、谐振电感L2和主功率变压器T1;所述滞后桥臂和超前桥臂均包括二个开关管;所述滞后桥臂和超前桥臂的正输入端与全桥直流变换器的正输入端连接,所述滞后桥臂和超前桥臂的负输入端与全桥直流变换器的负输入端连接;
所述谐振电感L2的输入端与滞后桥臂的输出端连接,所述谐振电感L2的输出端与主功率变压器T1的原边绕组的正输入端连接;主功率变压器T1的原边绕组的负输入端与超前桥臂的输出端连接,主功率变压器T1的副边绕组的正输出端与全桥同步整流桥的正输入端连接,主功率变压器T1的副边绕组的负输出端与全桥同步整流桥的负输入端连接;
所述辅助谐振桥臂采用CLC星型谐振网络,包括谐振电感L1、谐振电容C2和谐振电容C3;谐振电容C2的一端与滞后桥臂和超前桥臂的正输入端之间的连接点连接,谐振电容C2的另一端经谐振电容C3后与滞后桥臂和超前桥臂的负输入端之间的连接点连接;谐振电感L1的输入端与滞后桥臂的输出端连接,谐振电感L1的输出端与谐振电容C2和谐振电容C3之间的连接点连接;
所述全桥同步整流桥包括四个开关管Q5、Q6、Q7和Q8,其中开关管Q5和开关管Q7为全桥同步整流桥的第一桥臂,开关管Q6和开关管Q8为全桥同步整流桥的第二桥臂;
开关管Q5和开关管Q6之间的连接点为所述全桥同步整流桥的正输入端;
开关管Q7和开关管Q8之间的连接点为所述全桥同步整流桥的负输入端;
开关管Q5和开关管Q7之间的连接点为所述全桥同步整流桥的正输出端;
开关管Q6和开关管Q8之间的连接点为所述全桥同步整流桥的负输出端;
所述四个开关管Q5、Q6、Q7和Q8以及滞后桥臂和超前桥臂的二个开关管均采用同一PWM控制器进行控制;
计算谐振电感L1与谐振电容C2和谐振电容C3的值的过程为:在谐振过程中,谐振电容C2和谐振电容C3的电压为交替互补的正弦电压波形,U(C2)+U(C3)=VIN,VIN为输入直流电压值;设定谐振谐振电容C2和谐振电容C3的电压平均值为U,则U*T=L*I,L为谐振电感L1的电感量,T为主拓扑MOS管开通时间,T=1/F,F为系统的开关频率,I为谐振电感L1的电流;由此得到I=U/(L*F),因为U=0.5*VIN,根据U=L*di/dt,要计算出谐振电感L1的大小,需要先设定谐振电压U的变化值△U,选择为U=20%*VIN,VIN为恒定不变的值,设定一个固定的谐振电流值I,由此可以计算得出谐振电感L1的电感量L,并且根据△U=C×∫I*t,t=1/2T计算得出电容C值,电容C值就是谐振电容C2和谐振电容C3的值。
2.根据权利要求1所述的实现全范围软开关的全桥直流变换器,其特征在于,所述整流侧滤波电路采用LC电路,包括电感L3和电容C4;所述全桥同步整流桥的正输出端经电感L3连接电容C4的一端以及全桥直流变换器的正输出端,所述全桥同步整流桥的负输出端连接电容C4的另一端以及全桥直流变换器的负输出端。
3.根据权利要求1所述的实现全范围软开关的全桥直流变换器,其特征在于,还包括并联在所述全桥直流变换器的正输入端和负输入端之间的稳压电容C1。
说明书 :
一种实现全范围软开关的全桥直流变换器
技术领域
电压范围和较宽的开关频率范围内工作。
背景技术
开关,但是LLC是工作在变频模式下,频率变化范围太宽,不利于系统整机设计,所以对于输
出电压调节范围较宽的应用都不建议采用LLC电路结构。
发明内容
压范围,全负载范围实现滞后桥臂的软开关。
器的正输出端和负输出端;
的正输入端与全桥直流变换器的正输入端连接,所述滞后桥臂和超前桥臂的负输入端与全
桥直流变换器的负输入端连接;
前桥臂的输出端连接,主功率变压器T1的副边绕组的正输出端与全桥同步整流桥的正输入
端连接,主功率变压器T1的副边绕组的负输出端与全桥同步整流桥的负输入端连接;
C2的另一端经谐振电容C3后与滞后桥臂和超前桥臂的负输入端之间的连接点连接;谐振电
感L1的输入端与滞后桥臂的输出端连接,谐振电感L1的输出端与谐振电容C2和谐振电容C3
之间的连接点连接。
臂;
步整流桥的负输出端连接电容C4的另一端以及全桥直流变换器的负输出端。
辅助谐振桥臂使得滞后桥臂的软开关的能量只与辅助谐振桥臂的能量有关系,并且辅助谐
振桥臂的能量也不会泄放到其它地方去,如此整个系统也不会存在谐振环流的问题,并且
可以在任何情况下都能够实现滞后桥臂的软开关。
是在辅助谐振桥臂和滞后桥臂之间流动,能量不会流过主功率变压器和全桥同步整流桥,
如此在效率和体积上都更加具有优势。
附图说明
范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
具体实施方式
用于限定本发明,即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通
常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明
的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有
做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
电路分别连接全桥直流变换器的正输出端和负输出端;具体地,
第二桥臂;
的一端以及全桥直流变换器的正输出端VOUT+,所述全桥同步整流桥的负输出端(即开关管
Q6和开关管Q8之间的连接点A4)连接电容C4的另一端以及全桥直流变换器的负输出端
VOUT‑。
与全桥直流变换器的正输入端Vin+连接,所述滞后桥臂和超前桥臂的负输入端与全桥直流
变换器的负输入端Vin‑连接;
前桥臂的输出端连接,主功率变压器T1的副边绕组的正输出端与全桥同步整流桥的正输入
端(即开关管Q5和开关管Q6之间的连接点A1)连接,主功率变压器T1的副边绕组的负输出端
与全桥同步整流桥的负输入端(即开关管Q7和开关管Q8之间的连接点A2)连接;
容C2的另一端经谐振电容C3后与滞后桥臂和超前桥臂的负输入端之间的连接点B2连接;谐
振电感L1的输入端与滞后桥臂的输出端连接,谐振电感L1的输出端与谐振电容C2和谐振电
容C3之间的连接点B3连接。
负输入端之间的稳压电容C1。
Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7、开关管Q8的基极均连接至PWM控制器;同时测量电容C1
两端的电压为全桥直流变换器的输入电压,测量谐振电容C3两端的电压为谐振电压,测量
谐振电感L2的输入端的峰值电流,测量电感L3的输出端的电流为全桥直流变换器的输出电
流,测量电容C4两端的电压为全桥直流变换器的输出电压,采集的数据均输送至DSP主控
器。
中的电流很小,如果此时仍需要提供足够的能量去实现开关管Q1和开关管Q2的软开关,则
谐振电感L2需要足够大的电感量,但是增大谐振电感L2的电感量后会存在电感体积和成本
的增加,并且由于谐振电感L2的电感量占比过大会导致主功率变压器原边绕组与副边绕组
的匝比增加,如此会增加主功率变压器的体积和损耗。
开关频率决定,与全桥直流变换器的输入电压和输出电压以及负载大小完全无关,如此辅
助谐振桥臂就是一个完全独立的系统,根据需要的谐振能量计算出谐振参数,不需要再考
虑其它任何问题,就可以实现滞后桥臂中开关管Q1和开关管Q的软开关,使控制系统简单
化。
导通给谐振电容C3充电,当死区时间后开关管Q2开通为零电压开通;开关管Q2开通后,谐振
电容C3通过开关管Q2给谐振电感L1放电,谐振电感L1的电流由正减小为负,当开关管Q2关
断时,谐振电感L1的续流电流从开关管Q1的体二极管导通给谐振电容C2充电,当死区时间
后开关管Q1开通为零电压开通,如此便通过谐振电感L1,谐振电容C2和谐振电容C3的CLC星
型谐振网络实现了滞后桥臂的软开关,且谐振网络只与谐振电感L1,谐振电容C2,谐振电容
C3和开关频率有关,简化了整个系统的控制难度,并且可以在任何情况下都能够实现滞后
桥臂的软开关,根据系统开关频率和开关管的结电容,以及开关管死区时间,可以计算出谐
振电流的大小,以及谐振能量的大小,谐振能量可由谐振电感L1的感抗、谐振电容C2和谐振
电容C3的容抗计算得出,如此可以计算出合适的谐振电感L1与谐振电容C2和谐振电容C3的
值,在死区时间过程中谐振电感L1的能量完全吸取开关管Q1与开关管Q2结电容的能量。计
算过程如下:
值为U,则U*T=L*I,L为谐振电感L1的电感量,T为主拓扑MOS管开通时间,T=1/F,F为系统
的开关频率,I为谐振电感L1的电流。由此可以得到I=U/(L*F),因为U=0.5*VIN,根据U=
L*di/dt,要计算出谐振电感L1的大小,需要先设定谐振电压U的变化值△U,一般选择为U=
20%*VIN,VIN为恒定不变的值,设定一个固定的谐振电流值I,由此可以计算得出谐振电感
L1的电感量L,并且根据△U=C×∫I*t,t=1/2T计算得出电容C值,电容C值就是谐振电容C2
和谐振电容C3的值。
辅助谐振桥臂使得滞后桥臂的软开关的能量只与辅助谐振桥臂的能量有关系,并且辅助谐
振桥臂的能量也不会泄放到其它地方去,如此整个系统也不会存在谐振环流的问题,并且
可以在任何情况下都能够实现滞后桥臂的软开关。
是在辅助谐振桥臂和滞后桥臂之间流动,能量不会流过主功率变压器和全桥同步整流桥,
如此在效率和体积上都更加具有优势。