[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

说明书

本发明公开了一种新型带缓冲电路和耦合电感的全桥全软开关变换器。它包括以下步骤：该变换器的变压器一次侧全桥逆变电路由开关管S1、S2、S3和S4组成。该变换器的变压器二次侧整流电路由二极管D1、D2、D3和D4组成。Q1、Q2、D5和C_clamp组成缓冲电路。C_r是一个谐振电容器(C_clamp远大于C_r)，L1和L2是耦合电感。L_lk和L_m分别是变压器的漏磁和励磁电感。假设C_o足够大，输出电压v_o近似不变。本发明通过缓冲电路的作用，该变换器在轻载条件下可以实现变压器一次侧所有开关管和二次侧整流二极管的软开关。通过耦合电感的作用，实现了缓冲电路所有开关器件的软开关。变压器一次侧所有主开关管采用互补对称控制，解决了占空比丢失和循环电流的问题。

技术领域

本发明涉及到电力电子变换器技术，特别是涉及到一些软开关变换器领域。

背景技术

高功率密度高效率开关变换器是高频开关变换器的研究热点之一。提高变换器功率密度的有效途径是提高变换器的开关频率。随着开关频率的增加，传统的硬开关PWM变换器的开关损耗急剧增加，导致变换器效率降低，限制了功率密度的进一步提高。变换器软开关技术可以实现开关管的零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)，以降低开关损耗，提高变换器的效率和功率密度，因此越来越受到重视。

移相全桥(PSFB)变换器是一种实现变压器一次侧开关管零电压开关的变换器，被研究者广泛应用。然而，传统的PSFB变换器存在一系列问题，如整流二极管寄生振荡和反向恢复问题、占空比丢失和循环电流损耗问题。同时，门极信号的不对称控制方法可能导致变压器的直流偏磁现象，导致变压器的附加损耗和利用率低，从而导致变压器铁心饱和的问题。

为了解决传统PSFB变换器存在的问题，近年来研究者对其进行了深入的研究，并提出了许多改进方案。为了解决占空比丢失的问题，在变压器的一次侧连接了一系列饱和电感，饱和电感的电感随电流的大小变化而变化，由于饱和电感的这一特性，可以有效地降低占空比丢失的情况。但饱和电感工作在双向磁化状态，损耗较大。将全桥电路和LLC谐振电路通过滞后桥臂相结合，拓宽了传统PSFB变换器的软开关范围，但传统PSFB变换器的其他问题仍未得到解决。在二次侧整流器引入两个有源开关，解决了反向恢复问题，实现了变压器一次侧所有开关管的零电压开关，但在轻载时，零电压范围有限，循环电流大。在变压器的一次侧增加二极管钳位电路，降低了二次侧整流二极管电压尖峰的严重性，并增加了附加电感和不对称脉宽调制(APWM)策略，以降低开关器件的损耗。但是，变换器增加了三个额外的电感器，增加电路的成本、尺寸和重量。此外，控制策略变得更加复杂。

发明内容

本发明针对上面存在的问题，为了简化复杂的控制方法，降低成本、重量和体积，本文提出了一种新型带缓冲电路和耦合电感的全桥全软开关变换器。

本发明解决上述技术问题的方案是：

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，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，所述缓冲电路由Q1、Q2、C_clamp、D5组成，然后并联在整流电路后面，是实现电路软开关的关键部分。开关管Q1的源极连接在耦合电感L1和L2的公共端，其漏极连接在二极管D1和D3的阴极，电容C_r并联在开关管Q1两端，电容C_clamp和Q2串联然后再并联在二极管D3和D4两端，其中电容C_clamp另外一端连接在二极管D3的阴极，Q2另一端连接在D4的阳极。二极管阳极连接在电容C_clamp和Q2的公共端，其阴极连接在电感L2另一端。稳压电容C_o并联在负载端，实现输出电压的稳定。