[发明专利]一种新型带缓冲电路和耦合电感的全桥全软开关变换器

权利要求书

1.一种新型带缓冲电路和耦合电感的全桥全软开关变换器，其特征在于：所述变换器包括了缓冲电路和耦合电感电路，所述变换器的变压器一次侧全桥逆变电路由开关管S1、S2、S3、S4组成，电源V_in的正极连接在S1的漏极，V_in的负极连接在S1的源极，其S1的源极和S2的漏极相连，S3的源极和S4的漏极相连，S1的漏极和S3的漏极相连，S2的源极和S4的源极相连；漏感L_lk一端连接在S1的源极另外一端连接在变压器原边的同名端，L_m并联在变压器的原边两端，变压器原边的异名端连接在S4的漏极，变压器副边的同名端连接在D1的阳极，变压器异名端连接在D3的阳极；所述变换器的变压器二次侧整流电路由二极管D1、D2、D3、D4组成，其中D1的阳极和D2的阴极相连，D3的阳极和D4的阴极相连，D1的阴极和D3的阴极相连，D2的阳极和D4的阳极相连；所述变换器的缓冲电路由Q1、Q2、C_clamp、D5组成，然后并联在整流电路后面，能够实现变换器的变压器一次侧开关管的软开关和整流二极管的软开关，耦合电感由L1和L2组成，能够实现缓冲电路的软开关，其中开关管Q1的源极连接在耦合电感L1的异名端，其漏极连接在二极管D1和D3的阴极公共端，电容C_r并接在开关管Q1的两端，电容C_clamp一端连接在Q1漏极，C_clamp另外一端连接在开关管Q2的漏极，Q2的源极连接在D4的阳极，二极管D5阳极连接在开关管Q2的漏极，D5阴极连接在电感L2的异名端，L2的同名端连接在Q1的源极，稳压电容C_o并联在负载端，同时C_o一端连接在L1的同名端，C_o另外一端连接在Q2的源极，保持输出电压的稳定；所述变换器的变压器一次侧开关管的控制策略是最简单的互补对称控制，避免了PSFB的占空比丢失、二极管寄生振荡和循环电流的问题；

模式1[t0～t1]：在此模式下，谐振电容器C_r充电，在t0之前，电能通过开关S1、S4、D1、D4和Q1输送到负载，在t0时，Q1关闭，谐振电容C_r开始充电，并与变压器的漏感L_lk和耦合电感L1产生谐振，由于L₁L_lk，电流的谐振频率可近似计算为二极管D5的电压V_D5是由于耦合电感L2作用而产生的负值，直到t1时，C_r充电完成，V_D5值为正，二极管D5的电流在其两端的电压变为正后缓慢增加，从而实现了二极管D5的ZCS开启；

模式2[t1～t2]：这是C_clamp充电阶段，此模式与以前的模式类似，区别在于耦合电感L1和L2参与了谐振，电流的谐振频率可以近似地通过计算，随着电容C_r充电，Q2上的电压V_Q2减小，可以用以下公式表示：

其中是耦合电感的互感，

在t2时，因为钳位电容C_clamp的电压V_{c_clamp}等于V_rect，电压V_Q2值达到零，从而实现了Q2的ZVS开启；

模式3[t2～t3]：t2触发Q2，在t2之后，流过二极管D1和D4的电流缓慢下降，在t3时，i_D1值降为零，变换器的一次电流降为变压器的励磁电流，从而实现了D1和D4的ZCS关断，由于Q2的导通，C_clamp仅在该模式下与变压器的漏感器谐振，此模式中的ic_clamp可以表示为：

模式4[t3～t4]：这是耦合电感续流阶段的电流，在t3之后，电流流过Q2和D5，变压器只有很小的励磁电流流过S1和S4，可以忽略不计，耦合电感的电流在t4达到零，从而实现了S1和S4的ZCS关断和D5的ZCS关断；

模式5[t4～t5]：这是谐振电容C_r和耦合电感L1的谐振阶段，t4之后，谐振电容C_r与耦合电感L1谐振，向耦合电感L1反向充电，因为C_clamp远大于C_r，主串联谐振是由耦合电感L1与C_r产生的，在t5时，电容C_r两端电压值的V_cr达到零，从而实现了Q1的ZVS开通，在t4时，耦合电感L1的电流为零，谐振电容C_r的电压为：

模式6[t5～t6]：在t5，开关S1和S4关闭，在t5之后，开关S1、S4和S2、S3与励磁电感L_m发生谐振，励磁电流i_Lm开始对开关S1和S4的输出电容充电，并对开关S2和S3的输出电容放电，开关S2和S3之间的电压降至零，由于i_Lm流经S2和S3的体二极管，因此可以达到开关S2和S3的ZVS开启的条件，同时，i_Lo流过Q1的体二极管，直到t6，变压器一次侧开关寄生电容充放电完毕，开关S2、S3、Q1同时通电；

忽略开关Q1的体二极管电压，耦合电感L1和L2的电压可表示为：

耦合电感的斜率在反方向上减少为：k＝(v_rect-v_o)/L₁，

模式7[t6～t7]：此模式为C_clamp给负载充电的阶段，由于电容C_clamp的电压值大于整流器输出电压V_rect，因此电能不能立即传输到负载，直到t7，当C_clamp的电压值等于V_rect时，电能才可以传输到负载；

模式8[t7～t8]：在t7，电源通过二极管D2和D3传输到负载，由于C_clamp的放电阶段，可以实现D2、D3的ZCS开通和Q2的ZVS关断，t8时，C_clamp放电完毕，一次电流i_pri增加到与输出电感电流i_L1相同，此时Q2关闭；

模式8之后，另一半开关周期开始，电路工作方式与前一半开关周期相同。