[发明专利]一种副边定频控制的单端功率变换器

说明书

技术领域

本发明属于功率变换器领域，特别是一种副边定频控制的单端功率变换器。

技术背景

目前，随着功率变换器小型化、高频化的发展需求和宽禁带器件的广泛推广利用，谐振功率变换器以其低开管损耗、高开关频率、高效率等优点，在无线储能新兴技术、高压直流变换器、服务器电源等场合得到广泛应用。在中小功率应用场合，单端功率变换器以其器件少、低成本、控制简单等优势占主要市场。传统的副边谐振单端功率变换器采用变频控制或占空比控制实现对输出电压的有效调节，图1为传统的副边谐振单端功率变换器电路，其中，输出端整流网络为二极管半波整流网络。

采用变频控制的副边谐振单端功率变换器是通过控制开关频率与谐振本征频率的比值或者通过控制开关管的导通时间/关断时间来实现对输出电压的有效调节。然而，在宽输入电压范围或全负载条件下，开关频率的变化范围较宽，且开关频率远离谐振频率，造成变压器等磁性元件不利于优化，功率变换器前端的输入滤波器设计困难。此外，当开关频率远离谐振频率时，会造成较大的环流损耗，导致转换效率较低且不利于变换器效率的优化。

采用占空比控制的副边谐振单端功率变换器是通过使变换器开关管的开关频率等于谐振网络的谐振频率来实现功率变换器的恒频控制，有效控制开关管的占空比实现对输出电压的调节。通常情况下，副边谐振单端功率变换器在额定工作点时，使开关管的导通时间设定为副边串联谐振网络谐振周期的一半，实现变换器的效率最优化。然而，在输入电压或负载波动的情况下，占空比偏离额定工作点，造成开关管和二极管的电压电流应力增大，单端功率变换器的导通损耗增大，降低了转换效率。为了保证功率变换器的转换效率，需要实现副边二极管的零电流软开关，通常的做法是使变换器谐振网络的半个谐振周期小于开关管的导通时间。此外，在宽输入电压范围或全负载工作条件下，往往使开关频率设计在最坏的工作点来保证零电流软开关，开关频率在额定工作点远远偏离了谐振频率，造成了功率变换器效率优化的矛盾，为谐振变换器的设计带来了困难。

因此传统单端功率变换器存在宽输入电压范围或全负载条件下环流损耗较大、转换效率低等缺点。

发明内容

本发明的目的是，提供一种在宽输入电压范围或全负载条件下环流损耗小、转换效率高的副边定频控制的单端功率变换器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种副边定频控制的单端功率变换器，该功率变换器输入端与电源连接，输出端与负载连接；该功率变换器电路包括变压器，可控开关管S₁，吸收电路网络N₁，电感L_k，电容C_r，可控开关管S₂，二极管D₁，电容C_o；所述可控开关管S₁与变压器原边串联后与变压器原边另一端构成功率变换器输入端，吸收电路网络N₁并联于变压器原边或可控开关管S₁，电感L_k与电容C_r组成谐振网络与可控开关管S₂串联后并联于变压器副边，二极管D₁与电容C_o串联后与可控开关管S₂并联，电容C_o两端为功率变换器输出端。

吸收电路网络N₁为有源或无源吸收电路。

吸收电路网络N₁为有源箝位吸收电路时，实现原边开关管的零电压开关，可以进一步提高变换器的转换效率。

电感L_k为外加电感与变压器副边漏感的等效电感。

电路中的可控开关管为金属氧化物场效应管或绝缘栅双极型晶体管。

本发明的有益效果是：

本发明利用可控开关管替换副边定频控制的单端功率变换器中输出端半波整流网络中的二极管，通过副边连接的谐振网络保证输出端可控开关管的软开通或软关断，由于可控开关管的导通损耗较二极管低，提高了副边定频控制的单端功率变换器的转换效率。此外，副边可控开关管还能使负载端能量传递得到有效控制，在宽输入电压范围或全负载工作条件下，环流损耗小、转换效率高。

附图说明

图1为传统的副边谐振单端功率变换器电路；

图2为本发明提供的副边定频控制的单端功率变换器电路；

图3为本发明实施例1提供的副边定频控制的单端功率变换器电路；

图4为实施例1工作于输入电压Vin＝30V条件下的仿真波形图；