專利名稱：一種半橋諧振變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流變換技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半橋諧振變換器。
背景技術(shù)：
圖1所示的半橋諧振變換器是一種十分優(yōu)秀的DC/DC變換器，該變換器的主開關(guān)(S1和S2)工作在零電壓開通，整流二極管(D1和D2)工作在零電流關(guān)斷。這種諧振變換器的優(yōu)點(diǎn)是在寬輸入電壓范圍的情況下，其轉(zhuǎn)換效率能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)在輸入電壓的高端。缺陷是工作頻率在諧振頻率附近，當(dāng)諧振變換器副邊短路時，拓?fù)涔逃械捻憫?yīng)特性表現(xiàn)為主開關(guān)(S1和S2)失去零電壓開通，主開關(guān)電流應(yīng)力過高，半橋諧振變換器可能在保護(hù)電路未來得及作出反應(yīng)時就會失效。
為了解決上述問題，提出了如圖2所示的具有箝位二極管(Dc1和Dc2)的半橋諧振變換器。具有箝位二極管的半橋諧振變換器工作在諧振頻率附近，當(dāng)諧振變換器副邊短路時，諧振電容(Cr1和Cr2)的電壓被輸入正負(fù)母線箝位，拓?fù)涔逃械捻憫?yīng)特性不存在主開關(guān)失去零電壓開通，電流應(yīng)力過高的問題，因此保護(hù)電路有充足的時間作出反應(yīng)以保護(hù)該諧振變換器不會失效。但是，諧振電容的電壓只能箝位在輸入電壓，主電路參數(shù)確定的情況下，原邊主開關(guān)的電流應(yīng)力完全由輸入電壓的大小決定，原邊主開關(guān)的電流應(yīng)力不能夠靈活設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半橋諧振變換器，以解決現(xiàn)有具有箝位二極管的半橋諧振變換器的缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種半橋諧振變換器，包括主開關(guān)S1和S2、諧振電容Cr1和Cr2、箝位二極管Dc1和Dc2、諧振電感、變壓器、與變壓器副邊相連的整流電路以及濾波電容；主開關(guān)S1的漏極與輸入母線正端相連，其源極與主開關(guān)S2的漏極相連，主開關(guān)S2的源極與輸入母線負(fù)端相連；諧振電容Cr1和Cr2組成的串聯(lián)支路、箝位二極管Dc1和Dc2組成的串聯(lián)支路的兩端分別與輸入母線的正端和負(fù)端相連；變壓器原邊繞組的一端與主開關(guān)S1的源極相連，另一端與諧振電感的一端相連；諧振電感的另一端與諧振電容Cr1與Cr2的連接點(diǎn)相連；還包括與諧振電感互為耦合的箝位繞組，其一端與諧振電感和變壓器的連接點(diǎn)相連，另一端與箝位二極管Dc1和Dc2的連接點(diǎn)相連；箝位繞組與諧振電感相連的端點(diǎn)互為同名端。
作為優(yōu)選，所述整流電路為中心抽頭整流電路，其輸出端連接在正負(fù)輸出母線上。作為優(yōu)選，所述整流電路可為全橋整流電路，其輸出端連接在正負(fù)輸出母線上。所述濾波電容的兩端分別連接在正負(fù)輸出母線上。
作為優(yōu)選，所述主開關(guān)S1和S2為功率開關(guān)。
本發(fā)明還提供了一種半橋諧振變換器，包括主開關(guān)S1和S2、諧振電容Cr1和Cr2、箝位二極管Dc1和Dc2、諧振電感、變壓器、與變壓器副邊相連的整流電路以及濾波電容；主開關(guān)S1的漏極與輸入母線正端相連，其源極與主開關(guān)S2的漏極相連，主開關(guān)S2的源極與輸入母線負(fù)端相連；諧振電容Cr1和Cr2組成的串聯(lián)支路、箝位二極管DC1和Dc2組成的串聯(lián)支路的兩端分別與輸入母線的正端和負(fù)端相連；諧振電感的一端與主開關(guān)S1的源極相連，另一端與變壓器的原邊繞組的一端相連；變壓器原邊繞組的另一端與諧振電容Cr1與Cr2的連接點(diǎn)相連；還包括與變壓器原邊繞組互為耦合的箝位繞組，其一端與變壓器原邊繞組和諧振電感的連接點(diǎn)相連，另一端與箝位二極管Dc1和Dc2的連接點(diǎn)相連；所述箝位繞組與變壓器原邊繞組相連的端點(diǎn)互為同名端。
作為優(yōu)選，所述整流電路為中心抽頭整流電路，其輸出端連接在正負(fù)輸出母線上。作為優(yōu)選，所述整流電路可為全橋整流電路，其輸出端連接在正負(fù)輸出母線上。所述濾波電容的兩端分別連接在正負(fù)輸出母線上。
作為優(yōu)選，所述主開關(guān)S1和S2為功率開關(guān)。
本發(fā)明通過在現(xiàn)有半橋諧振變換器的基礎(chǔ)上，增加由箝位繞組和箝位二極管構(gòu)成的箝位電路，在確保主開關(guān)零電壓開通、保護(hù)電路隨時有效的同時，可以另諧振變換器在主電路參數(shù)確定的情況下，當(dāng)諧振變換器副邊短路時，原邊主開關(guān)電流應(yīng)力由輸入電壓以及箝位電路共同決定，原邊主開關(guān)電流應(yīng)力的設(shè)計(jì)更加靈活。


圖1是現(xiàn)有半橋諧振變換器的電路結(jié)構(gòu)原理圖；圖2是現(xiàn)有具有箝位二極管的半橋諧振變換器的電路結(jié)構(gòu)原理圖；圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例中半橋諧振變換器的電路結(jié)構(gòu)原理圖；圖4是本發(fā)明另一個實(shí)施例中半橋諧振變換器的電路結(jié)構(gòu)原理圖；圖5是本發(fā)明又一個實(shí)施例中半橋諧振變換器的電路結(jié)構(gòu)原理圖；圖6是本發(fā)明另一個實(shí)施例中半橋諧振變換器的電路結(jié)構(gòu)原理圖；圖7是圖3所示結(jié)構(gòu)在一實(shí)施例中K取值為1、副邊短路時主開關(guān)S1電流應(yīng)力圖；圖8是圖3所示結(jié)構(gòu)在一實(shí)施例中K取值為1.2、副邊短路時主開關(guān)S1電流應(yīng)力圖；圖9是圖3所示結(jié)構(gòu)在一實(shí)施例中K取值為1時本發(fā)明諧振變換器工作波形圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
如圖3所示，一種半橋諧振變換器包括主開關(guān)S1和S2、諧振電容Cr1和Cr2、箝位二極管Dc1和Dc2、諧振電感Lr和箝位繞組Lcr、變壓器T1、整流二極管D1和D2、濾波電容Co。
其中，主開關(guān)S1和S2是兩個互補(bǔ)控制的功率開關(guān)管，主開關(guān)S1的漏極與輸入母線的正端相連，其源極與主開關(guān)S2的漏極相連。主開關(guān)S2的源極與輸入母線的負(fù)端相連。諧振電容Cr1和Cr2組成一串聯(lián)支路，該串聯(lián)支路的正極與輸入母線的正端相連，其負(fù)極與輸入母線的負(fù)端相連。箝位二極管Dc1和Dc2組成一串聯(lián)支路，該串聯(lián)支路的陰極與輸入母線的正端相連，其陽極與輸入母線的負(fù)端相連。諧振電感Lr和箝位繞組Lcr相互耦合，本實(shí)施例中，諧振電感Lr和箝位繞組Lcr分別作為一變壓器的原邊繞組和副邊繞組。其中，變壓器T1原邊繞組的一端與主開關(guān)S1的源極相連，另一端與諧振電感Lr和箝位繞組Lcr的一端相連(諧振電感Lr和箝位繞組Lcr相連的端點(diǎn)互為同名端)。諧振電感Lr的另一端與諧振電容Cr1和Cr2的連接點(diǎn)相連。箝位繞組Lcr的另一端與箝位二極管Dc1和Dc2的連接點(diǎn)相連。變壓器T1副邊繞組、二極管D1、D2組成中心抽頭整流電路，其中，二極管D1的陽極與變壓器T1副邊繞組的一端相連，其陰極與二極管D2的陰極相連，同時作為整流電路的輸出端與濾波電容Co的正極相連；二極管D2的陽極與變壓器T1副邊繞組的另一端相連；濾波電容Co的負(fù)極與變壓器T1副邊繞組的抽頭相連。濾波電容Co的兩端作為本發(fā)明半橋諧振變換器的輸出端與后續(xù)電路或負(fù)載相連。
為方便介紹圖3所示半橋諧振變換器的工作原理，定義箝位繞組Lcr和諧振電感Lr的匝比為K，主開關(guān)S1以及S2的體二極管分別用Ds1以及Ds2(圖3中未示出)表示。通過調(diào)節(jié)K值，可以調(diào)節(jié)諧振變換器副邊短路時原邊主開關(guān)(S1和S2)的電流應(yīng)力。例如，當(dāng)K取值為1、諧振變換器副邊短路(簡稱為短路態(tài))時，主開關(guān)的電流應(yīng)力圖可如圖7所示，當(dāng)K取值為1.2時，主開關(guān)的電流應(yīng)力圖可如圖8所示。本實(shí)施例中以K＝1來說明本發(fā)明短路態(tài)工作原理在由箝位二極管Dc1、Dc2和箝位繞組Lcr組成的箝位電路未起作用時，其工作原理和現(xiàn)有半橋諧振變換器相同，在這里不做描述。下面主要討論當(dāng)諧振變換器副邊短路時，本發(fā)明半橋諧振變換器是如何工作以實(shí)現(xiàn)原邊主開關(guān)的零電壓開通，并將原邊主開關(guān)電流應(yīng)力抑制在一定范圍內(nèi)。
當(dāng)K＝1，諧振變換器副邊短路時，主開關(guān)的一個開關(guān)周期可以分成6個工作模式，諧振變換器中各元器件的相應(yīng)的工作波形如圖9所示。圖9中，Id2、Id1、Idc2、Idc1、Icr1、Icr2、Ilcr、Is2和Is1分別是二極管D2和D1、箝位二極管Dc2和Dc1、諧振電容Cr1和Cr2、箝位繞組Lcr、主開關(guān)S2和S1的電流。Vc是箝位二極管Dc1與Dc2的連接點(diǎn)的電壓，Vb是諧振電容Cr1與Cr2的連接點(diǎn)的電壓。6個工作模式的工作原理分別描述如下模式1t0＜t＜t1。在t＝t0時刻，主開關(guān)S2關(guān)斷，箝位繞組Lcr對主開關(guān)S1的輸出結(jié)電容放電，S1的漏源電壓Vds1開始下降，當(dāng)Vds1下降到零，S1的體二極管Ds1導(dǎo)通。箝位繞組Lcr的電流減小，在此階段內(nèi)S1可以零電壓開通。在變壓器T1副邊，整流二極管D2導(dǎo)通。
模式2t1＜t＜t2。在t＝t1時刻，箝位繞組Lcr的電流為零，流過主開關(guān)S1的電流過零后開始以正弦形式逐漸上升。B點(diǎn)(諧振電容Cr1與Cr2的連接點(diǎn))以及C(箝位二極管Dc1與Dc2的連接點(diǎn))點(diǎn)電壓逐漸上升。電流由輸入母線的正端經(jīng)主開關(guān)S1，變壓器T1，諧振電感Lr，諧振電容Cr2流到輸入母線的負(fù)端。在變壓器T1副邊，整流二極管D1導(dǎo)通。
模式3t2＜t＜t3。在t＝t2時刻，B點(diǎn)以及C點(diǎn)電壓由諧振電感Lr耦合，B點(diǎn)以及C點(diǎn)電壓被輸入母線電壓正端箝位。在變壓器T1副邊，整流二極管D1導(dǎo)通。
模式4t3＜t＜t4。在t＝t3時刻，S1關(guān)斷，箝位繞組Lcr電流對主開關(guān)S2的輸出結(jié)電容放電，S2的漏源電壓Vds2開始下降，當(dāng)Vds2下降到零，S2的體二極管Ds2導(dǎo)通。箝位繞組Lcr的電流減小，在此階段內(nèi)主開關(guān)S2可以零電壓開通。在變壓器T1副邊，整流二極管D1導(dǎo)通。
模式5t4＜t＜t5。在t＝t4時刻，箝位繞組Lcr的電流為零，流過S2的電流過零后開始以正弦形式逐漸上升。B點(diǎn)以及C點(diǎn)電壓逐漸下降。電流由輸入母線的正端經(jīng)諧振電容Cr1，諧振電感Lr，變壓器T1，主開關(guān)S2流到輸入母線的負(fù)端。在變壓器T1副邊，整流二極管D2導(dǎo)通。
模式6t5＜t＜t6。在t＝t5時刻，B點(diǎn)以及C點(diǎn)電壓由諧振電感Lr耦合，B點(diǎn)以及C點(diǎn)電壓被輸入電壓負(fù)端箝位。在變壓器T1副邊，整流二極管D2導(dǎo)通。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，半橋諧振變換器的結(jié)構(gòu)相對圖3所示結(jié)構(gòu)來說多了兩個整流二極管D3和D4。這兩個整流二極管與變壓器T1副邊繞組、二極管D1、D2構(gòu)成全橋整流電路，如圖4所示。其中，二極管D1的陽極與變壓器T1副邊繞組的一端以及二極管D4的陰極相連，其陰極與二極管D2的陰極相連，同時作為整流電路的輸出端與濾波電容Co的正極相連；二極管D2的陽極與變壓器T1副邊繞組的另一端以及二極管D3的陰極相連；濾波電容Co的負(fù)極與二極管D3和D4的陽極相連。本發(fā)明其它實(shí)施例中，可采用集成的二極管橋堆構(gòu)成全橋整流電路。
作為本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，半橋諧振變換器中的箝位繞組Lcr還可與變壓器T1的原邊繞組相互耦合。如圖5所示，本發(fā)明一個實(shí)施例中，半橋諧振變換器包括主開關(guān)S1和S2、諧振電容Cr1和Cr2、箝位二極管Dc1和Dc2、諧振電感Lr和箝位繞組Lcr、變壓器T1、二極管D1和D2、濾波電容Co。其中，主開關(guān)S1和S2、諧振電容Cr1和Cr2、箝位二極管Dc1和Dc2與直流源DC的連接方式與圖3所示相同。諧振電感Lr的一端與主開關(guān)S1的源極相連，另一端與變壓器T1原邊繞組的一端相連。變壓器T1原邊繞組的另一端與諧振電容Cr1與Cr2的連接點(diǎn)相連。變壓器T1副邊繞組、二極管D1、D2組成中心抽頭整流電路，濾波電容Co的兩端作為本發(fā)明半橋諧振變換器的輸出端與后續(xù)電路或負(fù)載相連。箝位繞組Lcr的一端與變壓器T1原邊繞組和諧振電感Lr的連接點(diǎn)相連，且箝位繞組Lcr和變壓器T1原邊繞組連接的端點(diǎn)互為同名端，另一端與箝位二極管Dc1與Dc2的連接點(diǎn)相連。
本發(fā)明其它實(shí)施例中，半橋諧振變換器的結(jié)構(gòu)相對圖5所示結(jié)構(gòu)來說多了兩個整流二極管。這兩個整流二極管與變壓器T1副邊繞組、二極管D1、D2構(gòu)成全橋整流電路，如圖6所示。本發(fā)明其它實(shí)施例中，可采用集成的二極管橋堆構(gòu)成全橋整流電路。
綜上所述，通過在現(xiàn)有半橋諧振變換器中增加由箝位繞組Lcr和箝位二極管構(gòu)成的箝位電路，且箝位繞組Lcr可與諧振電感或變壓器原邊繞組相耦合，即可實(shí)現(xiàn)在主電路參數(shù)確定的情況下，當(dāng)諧振變換器副邊短路時，原邊主開關(guān)電流應(yīng)力由輸入電壓以及箝位電路共同決定，原邊主開關(guān)電流應(yīng)力的設(shè)計(jì)更加靈活。
權(quán)利要求
1.一種半橋諧振變換器，包括主開關(guān)S1和S2、諧振電容Cr1和Cr2、箝位二極管Dc1和Dc2、諧振電感、變壓器、與變壓器副邊相連的整流電路以及濾波電容；主開關(guān)S1的漏極與輸入母線正端相連，其源極與主開關(guān)S2的漏極相連，主開關(guān)S2的源極與輸入母線負(fù)端相連；諧振電容Cr1和Cr2組成的串聯(lián)支路、箝位二極管Dc1和Dc2組成的串聯(lián)支路的兩端分別與輸入母線的正端和負(fù)端相連；變壓器原邊繞組的一端與主開關(guān)S1的源極相連，另一端與諧振電感的一端相連；諧振電感的另一端與諧振電容Cr1與Cr2的連接點(diǎn)相連；其特征在于還包括與諧振電感互為耦合的箝位繞組，其一端與諧振電感和變壓器的連接點(diǎn)相連，另一端與箝位二極管Dc1和Dc2的連接點(diǎn)相連；箝位繞組與諧振電感相連的端點(diǎn)互為同名端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半橋諧振變換器，其特征在于所述整流電路為中心抽頭整流電路，其輸出端連接在正負(fù)輸出母線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半橋諧振變換器，其特征在于所述整流電路為全橋整流電路，其輸出端連接在正負(fù)輸出母線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的半橋諧振變換器，其特征在于所述濾波電容的兩端分別連接在正負(fù)輸出母線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3任一項(xiàng)所述的半橋諧振變換器，其特征在于所述主開關(guān)S1和S2為功率開關(guān)。
6.一種半橋諧振變換器，包括主開關(guān)S1和S2、諧振電容Cr1和Cr2、箝位二極管Dc1和Dc2、諧振電感、變壓器、與變壓器副邊相連的整流電路以及濾波電容；主開關(guān)S1的漏極與輸入母線正端相連，其源極與主開關(guān)S2的漏極相連，主開關(guān)S2的源極與輸入母線負(fù)端相連；諧振電容Cr1和Cr2組成的串聯(lián)支路、箝位二極管DC1和Dc2組成的串聯(lián)支路的兩端分別與輸入母線的正端和負(fù)端相連；諧振電感的一端與主開關(guān)S1的源極相連，另一端與變壓器的原邊繞組的一端相連；變壓器原邊繞組的另一端與諧振電容Cr1與Cr2的連接點(diǎn)相連；其特征在于還包括與變壓器原邊繞組互為耦合的箝位繞組，其一端與變壓器原邊繞組和諧振電感的連接點(diǎn)相連，另一端與箝位二極管Dc1和Dc2的連接點(diǎn)相連；所述箝位繞組與變壓器原邊繞組相連的端點(diǎn)互為同名端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半橋諧振變換器，其特征在于所述整流電路為中心抽頭整流電路，其輸出端連接在正負(fù)輸出母線上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半橋諧振變換器，其特征在于所述整流電路為全橋整流電路，其輸出端連接在正負(fù)輸出母線上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的半橋諧振變換器，其特征在于所述濾波電容的兩端分別連接在正負(fù)輸出母線上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3任一項(xiàng)所述的半橋諧振變換器，其特征在于所述主開關(guān)S1和S2為功率開關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半橋諧振變換器，通過在現(xiàn)有半橋諧振變換器的基礎(chǔ)上，增加由箝位繞組和箝位二極管構(gòu)成的箝位電路，在確保主開關(guān)零電壓開通、保護(hù)電路隨時有效的同時，可以令諧振變換器在主電路參數(shù)確定的情況下，當(dāng)諧振變換器副邊短路時，原邊主開關(guān)電流應(yīng)力由輸入電壓以及箝位電路共同決定，原邊主開關(guān)電流應(yīng)力的設(shè)計(jì)更加靈活。
文檔編號H02M7/5387GK101022247SQ20071007355
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者胡永輝, 吳建華 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司