[发明专利]一种Boost全桥隔离型变换器及其复合有源箝位电路

说明书

本发明提供一种Boost全桥隔离型变换器及其复合有源箝位电路，所述复合有源箝位电路应用在具有隔离功能、全桥、升压类拓扑的电路中，高频变压器原边的振荡电压得到了有效的抑制，降低了开关管被击穿的危险，提升了系统工作的可靠性，且电容吸收的能量无损转移到输出端，相比RCD缓冲电路，提升了开关电源的效率，相比无源无损吸收电路，减少了开关管的电压应力且可以适用于比较高的开关频率场合的开关电源等电力电子产品中，所述Boost全桥隔离型变换器在实现能量无损的情况下，还适用于比较高的开关频率场合。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是一种Boost全桥隔离型变换器及其复合有源箝位电路。

背景技术

Boost(升压)全桥隔离型变换器是一种既能实现大升压比又能实现电气隔离的DC-DC变换拓扑，在电动汽车系统、电池储能系统、可再生能源发电以及超导储能系统领域有广阔的应用前景。与其它拓扑相比，该类拓扑由于储能式变压器的电感能够起到限流作用，在负载过载甚至短路时具有过流和短路保护能力，主电路的开关管容易实现软开关等特点，因而广泛应用于开关电源等电力电子产品领域。

图1和图2为两种Boost全桥隔离型拓扑，图1为隔离型DC-DC变换器，包括直流输入电源V1、升压电感L、原边桥臂、变压器漏感L_lk、原边隔直电容C_b、高频变压器T_x、原边匝数为N_p，副边匝构数为N_s，输出整流电路、输出滤波电容C_o、负载电阻R。原边桥臂由开关管M₁～M₄成，D₁～D₄为开关管M₁～M₄的寄生二极管，输出整流电路由整流二极管D₅～D₈构成。

图2为单级Boost APFC(有源功率因素校正)电路，包括交流输入电源V1，输入整流电路，升压电感L，桥式逆变电路，高频变压器Tx(匝数比为N_p和N_s)，L_lk为高频变压器的漏感，输出整流电路，Lo为输出滤波电感，C_o为输出滤波电容，R为负载电阻。输入整流电路由二极管D₉～D₁₂构成，桥式逆变电路由开关管M₁～M₄构成，D₁～D₄分别对应开关管的内部寄生电容，输出整流电路由二极管D₅～D₈构成。

图3是图1和图2开关管M₁～M₄的开关时序。所有功率开关管占空比D均等于0.5，上桥臂功率开关M₁与M₃互为反相，下桥臂功率开关M₂与M₄互为反相，功率开关M₄驱动信号相对于功率开关M₁驱动信号和功率开关M₂驱动信号相对于功率开关M₃驱动信号的移相均为θ，式中，(0<θ<180)为每对功率开关M₁与M₃、M₂与M₄共同导通时间所对应的角度。

但此类拓扑也存在一个比较严重的缺陷：实际电路并不是理想的，电路中总是有杂散电感，功率开关管存在结电容，隔离变压器存在漏感，由于高频变压器T原边绕组漏感L_lk的存在，当桥臂开关管由直通状态向对臂导通状态切换时，因为没有释放回路，电感中的能量不能瞬间流入变压器原边，开关管的结电容会与变压器原边漏感进行谐振，因此在开关管两端会产生很高的浪涌电压，如果不被抑制，在电路工作时很可能会造成功率开关管的电压应力超出器件的安全工作范围，各开关管会因过压而击穿，降低了电路的可靠性。

为了抑制此电压尖峰，目前大多数采用两种方法：