CN100557934C - 一种半桥谐振变换器 - Google Patents

一种半桥谐振变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN100557934C
CN100557934C CNB2007100735559A CN200710073555A CN100557934C CN 100557934 C CN100557934 C CN 100557934C CN B2007100735559 A CNB2007100735559 A CN B2007100735559A CN 200710073555 A CN200710073555 A CN 200710073555A CN 100557934 C CN100557934 C CN 100557934C
Authority
CN
China
Prior art keywords
transformer
links
main switch
resonant
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CNB2007100735559A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101022247A (zh
Inventor
胡永辉
吴建华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vertiv Tech Co Ltd
Original Assignee
Emerson Network Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Emerson Network Power Co Ltd filed Critical Emerson Network Power Co Ltd
Priority to CNB2007100735559A priority Critical patent/CN100557934C/zh
Publication of CN101022247A publication Critical patent/CN101022247A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100557934C publication Critical patent/CN100557934C/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种半桥谐振变换器，通过在现有半桥谐振变换器的基础上，增加由箝位绕组和箝位二极管构成的箝位电路，在确保主开关零电压开通、保护电路随时有效的同时，可以令谐振变换器在主电路参数确定的情况下，当谐振变换器副边短路时，原边主开关电流应力由输入电压以及箝位电路共同决定，原边主开关电流应力的设计更加灵活。

Description

一种半桥谐振变换器
技术领域
本发明涉及直流变换技术领域，特别涉及一种半桥谐振变换器。
背景技术
图1所示的半桥谐振变换器是一种十分优秀的DC/DC变换器，该变换器的主开关(S1和S2)工作在零电压开通，整流二极管(D1和D2)工作在零电流关断。这种谐振变换器的优点是：在宽输入电压范围的情况下，其转换效率能够优化设计在输入电压的高端。缺陷是：工作频率在谐振频率附近，当谐振变换器副边短路时，拓扑固有的响应特性表现为主开关(S1和S2)失去零电压开通，主开关电流应力过高，半桥谐振变换器可能在保护电路未来得及作出反应时就会失效。
为了解决上述问题，提出了如图2所示的具有箝位二极管(Dc1和Dc2)的半桥谐振变换器。具有箝位二极管的半桥谐振变换器工作在谐振频率附近，当谐振变换器副边短路时，谐振电容(Cr1和Cr2)的电压被输入正负母线箝位，拓扑固有的响应特性不存在主开关失去零电压开通，电流应力过高的问题，因此保护电路有充足的时间作出反应以保护该谐振变换器不会失效。但是，谐振电容的电压只能箝位在输入电压，主电路参数确定的情况下，原边主开关的电流应力完全由输入电压的大小决定，原边主开关的电流应力不能够灵活设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半桥谐振变换器，以解决现有具有箝位二极管的半桥谐振变换器的缺陷。
本发明的技术方案是：一种半桥谐振变换器，包括主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2、谐振电感、变压器、与变压器副边相连的整流电路以及滤波电容；主开关S1的漏极与输入母线正端相连，其源极与主开关S2的漏极相连，主开关S2的源极与输入母线负端相连；谐振电容Cr1和Cr2组成的串联支路、箝位二极管Dc1和Dc2组成的串联支路的两端分别与输入母线的正端和负端相连；变压器原边绕组的一端与主开关S1的源极相连，另一端与谐振电感的一端相连；谐振电感的另一端与谐振电容Cr1与Cr2的连接点相连；还包括与谐振电感互为耦合的箝位绕组，其一端与谐振电感和变压器的连接点相连，另一端与箝位二极管Dc1和Dc2的连接点相连；箝位绕组与谐振电感相连的端点互为同名端。
作为优选，所述整流电路为中心抽头整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。作为优选，所述整流电路可为全桥整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。所述滤波电容的两端分别连接在正负输出母线上。
作为优选，所述主开关S1和S2为功率开关。
本发明还提供了一种半桥谐振变换器，包括主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2、谐振电感、变压器、与变压器副边相连的整流电路以及滤波电容；主开关S1的漏极与输入母线正端相连，其源极与主开关S2的漏极相连，主开关S2的源极与输入母线负端相连；谐振电容Cr1和Cr2组成的串联支路、箝位二极管DC1和Dc2组成的串联支路的两端分别与输入母线的正端和负端相连；谐振电感的一端与主开关S1的源极相连，另一端与变压器的原边绕组的一端相连；变压器原边绕组的另一端与谐振电容Cr1与Cr2的连接点相连；还包括与变压器原边绕组互为耦合的箝位绕组，其一端与变压器原边绕组和谐振电感的连接点相连，另一端与箝位二极管Dc1和Dc2的连接点相连；所述箝位绕组与变压器原边绕组相连的端点互为同名端。
作为优选，所述整流电路为中心抽头整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。作为优选，所述整流电路可为全桥整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。所述滤波电容的两端分别连接在正负输出母线上。
作为优选，所述主开关S1和S2为功率开关。
本发明通过在现有半桥谐振变换器的基础上，增加由箝位绕组和箝位二极管构成的箝位电路，在确保主开关零电压开通、保护电路随时有效的同时，可以另谐振变换器在主电路参数确定的情况下，当谐振变换器副边短路时，原边主开关电流应力由输入电压以及箝位电路共同决定，原边主开关电流应力的设计更加灵活。
附图说明
图1是现有半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图2是现有具有箝位二极管的半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图3是本发明一个实施例中半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图4是本发明另一个实施例中半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图5是本发明又一个实施例中半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图6是本发明另一个实施例中半桥谐振变换器的电路结构原理图；
图7是图3所示结构在一实施例中K取值为1、副边短路时主开关S1电流应力图；
图8是图3所示结构在一实施例中K取值为1.2、副边短路时主开关S1电流应力图；
图9是图3所示结构在一实施例中K取值为1时本发明谐振变换器工作波形图。
具体实施方式
下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。
如图3所示，一种半桥谐振变换器包括主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2、谐振电感Lr和箝位绕组Lcr、变压器T1、整流二极管D1和D2、滤波电容Co。
其中，主开关S1和S2是两个互补控制的功率开关管，主开关S1的漏极与输入母线的正端相连，其源极与主开关S2的漏极相连。主开关S2的源极与输入母线的负端相连。谐振电容Cr1和Cr2组成一串联支路，该串联支路的正极与输入母线的正端相连，其负极与输入母线的负端相连。箝位二极管Dc1和Dc2组成一串联支路，该串联支路的阴极与输入母线的正端相连，其阳极与输入母线的负端相连。谐振电感Lr和箝位绕组Lcr相互耦合，本实施例中，谐振电感Lr和箝位绕组Lcr分别作为一变压器的原边绕组和副边绕组。其中，变压器T1原边绕组的一端与主开关S1的源极相连，另一端与谐振电感Lr和箝位绕组Lcr的一端相连(谐振电感Lr和箝位绕组Lcr相连的端点互为同名端)。谐振电感Lr的另一端与谐振电容Cr1和Cr2的连接点相连。箝位绕组Lcr的另一端与箝位二极管Dc1和Dc2的连接点相连。变压器T1副边绕组、二极管D1、D2组成中心抽头整流电路，其中，二极管D1的阳极与变压器T1副边绕组的一端相连，其阴极与二极管D2的阴极相连，同时作为整流电路的输出端与滤波电容Co的正极相连；二极管D2的阳极与变压器T1副边绕组的另一端相连；滤波电容Co的负极与变压器T1副边绕组的抽头相连。滤波电容Co的两端作为本发明半桥谐振变换器的输出端与后续电路或负载相连。
为方便介绍图3所示半桥谐振变换器的工作原理，定义箝位绕组Lcr和谐振电感Lr的匝比为K，主开关S1以及S2的体二极管分别用Ds1以及Ds2(图3中未示出)表示。通过调节K值，可以调节谐振变换器副边短路时原边主开关(S1和S2)的电流应力。例如，当K取值为1、谐振变换器副边短路(简称为短路态)时，主开关的电流应力图可如图7所示，当K取值为1.2时，主开关的电流应力图可如图8所示。本实施例中以K＝1来说明本发明短路态工作原理
在由箝位二极管Dc1、Dc2和箝位绕组Lcr组成的箝位电路未起作用时，其工作原理和现有半桥谐振变换器相同，在这里不做描述。下面主要讨论当谐振变换器副边短路时，本发明半桥谐振变换器是如何工作以实现原边主开关的零电压开通，并将原边主开关电流应力抑制在一定范围内。
当K＝1，谐振变换器副边短路时，主开关的一个开关周期可以分成6个工作模式，谐振变换器中各元器件的相应的工作波形如图9所示。图9中，Id2、Id1、Idc2、Idc1、Icr1、Icr2、Ilcr、Is2和Is1分别是二极管D2和D1、箝位二极管Dc2和Dc1、谐振电容Cr1和Cr2、箝位绕组Lcr、主开关S2和S1的电流。Vc是箝位二极管Dc1与Dc2的连接点的电压，Vb是谐振电容Cr1与Cr2的连接点的电压。6个工作模式的工作原理分别描述如下：
模式1：t0＜t＜t1。在t＝t0时刻，主开关S2关断，箝位绕组Lcr对主开关S1的输出结电容放电，S1的漏源电压Vds1开始下降，当Vds1下降到零，S1的体二极管Ds1导通。箝位绕组Lcr的电流减小，在此阶段内S1可以零电压开通。在变压器T1副边，整流二极管D2导通。
模式2：t1＜t＜t2。在t＝t1时刻，箝位绕组Lcr的电流为零，流过主开关S1的电流过零后开始以正弦形式逐渐上升。B点(谐振电容Cr1与Cr2的连接点)以及C(箝位二极管Dc1与Dc2的连接点)点电压逐渐上升。电流由输入母线的正端经主开关S1，变压器T1，谐振电感Lr，谐振电容Cr2流到输入母线的负端。在变压器T1副边，整流二极管D1导通。
模式3：t2＜t＜t3。在t＝t2时刻，B点以及C点电压由谐振电感Lr耦合，B点以及C点电压被输入母线电压正端箝位。在变压器T1副边，整流二极管D1导通。
模式4：t3＜t＜t4。在t＝t3时刻，S1关断，箝位绕组Lcr电流对主开关S2的输出结电容放电，S2的漏源电压Vds2开始下降，当Vds2下降到零，S2的体二极管Ds2导通。箝位绕组Lcr的电流减小，在此阶段内主开关S2可以零电压开通。在变压器T1副边，整流二极管D1导通。
模式5：t4＜t＜t5。在t＝t4时刻，箝位绕组Lcr的电流为零，流过S2的电流过零后开始以正弦形式逐渐上升。B点以及C点电压逐渐下降。电流由输入母线的正端经谐振电容Cr1，谐振电感Lr，变压器T1，主开关S2流到输入母线的负端。在变压器T1副边，整流二极管D2导通。
模式6：t5＜t＜t6。在t＝t5时刻，B点以及C点电压由谐振电感Lr耦合，B点以及C点电压被输入电压负端箝位。在变压器T1副边，整流二极管D2导通。
本发明的另一个实施例中，半桥谐振变换器的结构相对图3所示结构来说多了两个整流二极管D3和D4。这两个整流二极管与变压器T1副边绕组、二极管D1、D2构成全桥整流电路，如图4所示。其中，二极管D1的阳极与变压器T1副边绕组的一端以及二极管D4的阴极相连，其阴极与二极管D2的阴极相连，同时作为整流电路的输出端与滤波电容Co的正极相连；二极管D2的阳极与变压器T1副边绕组的另一端以及二极管D3的阴极相连；滤波电容Co的负极与二极管D3和D4的阳极相连。本发明其它实施例中，可采用集成的二极管桥堆构成全桥整流电路。
作为本发明的另一种实施方式，半桥谐振变换器中的箝位绕组Lcr还可与变压器T1的原边绕组相互耦合。如图5所示，本发明一个实施例中，半桥谐振变换器包括主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2、谐振电感Lr和箝位绕组Lcr、变压器T1、二极管D1和D2、滤波电容Co。其中，主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2与直流源DC的连接方式与图3所示相同。谐振电感Lr的一端与主开关S1的源极相连，另一端与变压器T1原边绕组的一端相连。变压器T1原边绕组的另一端与谐振电容Cr1与Cr2的连接点相连。变压器T1副边绕组、二极管D1、D2组成中心抽头整流电路，滤波电容Co的两端作为本发明半桥谐振变换器的输出端与后续电路或负载相连。箝位绕组Lcr的一端与变压器T1原边绕组和谐振电感Lr的连接点相连，且箝位绕组Lcr和变压器T1原边绕组连接的端点互为同名端，另一端与箝位二极管Dc1与Dc2的连接点相连。
本发明其它实施例中，半桥谐振变换器的结构相对图5所示结构来说多了两个整流二极管。这两个整流二极管与变压器T1副边绕组、二极管D1、D2构成全桥整流电路，如图6所示。本发明其它实施例中，可采用集成的二极管桥堆构成全桥整流电路。
综上所述，通过在现有半桥谐振变换器中增加由箝位绕组Lcr和箝位二极管构成的箝位电路，且箝位绕组Lcr可与谐振电感或变压器原边绕组相耦合，即可实现：在主电路参数确定的情况下，当谐振变换器副边短路时，原边主开关电流应力由输入电压以及箝位电路共同决定，原边主开关电流应力的设计更加灵活。

Claims (5)

1、一种半桥谐振变换器，包括主开关S1和S2、谐振电容Cr1和Cr2、箝位二极管Dc1和Dc2、谐振电感、变压器、与变压器副边相连的整流电路以及滤波电容；主开关S1的漏极与输入母线正端相连，其源极与主开关S2的漏极相连，主开关S2的源极与输入母线负端相连；谐振电容Cr1和Cr2组成的串联支路、箝位二极管DC1和Dc2组成的串联支路的两端分别与输入母线的正端和负端相连；谐振电感的一端与主开关S1的源极相连，另一端与变压器的原边绕组的一端相连；变压器原边绕组的另一端与谐振电容Cr1与Cr2的连接点相连；其特征在于：还包括与变压器原边绕组互为耦合的箝位绕组，其一端与变压器原边绕组和谐振电感的连接点相连，另一端与箝位二极管Dc1和Dc2的连接点相连；所述箝位绕组与变压器原边绕组相连的端点互为同名端。
2、根据权利要求1所述的半桥谐振变换器，其特征在于：所述整流电路为中心抽头整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。
3、根据权利要求1所述的半桥谐振变换器，其特征在于：所述整流电路为全桥整流电路，其输出端连接在正负输出母线上。
4、根据权利要求1～3任一所述的半桥谐振变换器，其特征在于：所述滤波电容的两端分别连接在正负输出母线上。
5、根据权利要求1～3任一所述的半桥谐振变换器，其特征在于：所述主开关S1和S2为功率开关。
CNB2007100735559A 2007-03-16 2007-03-16 一种半桥谐振变换器 Active CN100557934C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100735559A CN100557934C (zh) 2007-03-16 2007-03-16 一种半桥谐振变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100735559A CN100557934C (zh) 2007-03-16 2007-03-16 一种半桥谐振变换器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101022247A CN101022247A (zh) 2007-08-22
CN100557934C true CN100557934C (zh) 2009-11-04

Family

ID=38709926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007100735559A Active CN100557934C (zh) 2007-03-16 2007-03-16 一种半桥谐振变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100557934C (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101997421B (zh) * 2009-08-14 2014-08-27 台达电子工业股份有限公司 具过流保护装置的谐振变换器及其控制方法
CN101674064B (zh) * 2009-09-30 2012-10-10 艾默生网络能源有限公司 具有电压箝位器件的谐振电路及其动态控制方法
EP2381570B1 (en) * 2010-04-20 2013-01-02 DET International Holding Limited Resonant capacitor clamping circuit in resonant converter
JP5857489B2 (ja) * 2011-07-15 2016-02-10 サンケン電気株式会社 共振コンバータ
CN102709896B (zh) * 2012-05-03 2015-01-21 华为技术有限公司 箝位保护电路、谐振电路及变换器
CN102684473A (zh) * 2012-06-12 2012-09-19 深圳茂硕电源科技股份有限公司 一种半桥电路
CN104079179A (zh) * 2014-07-09 2014-10-01 河北先控捷联电源设备有限公司 谐振变换器和直流电源
US20170331364A1 (en) 2016-05-13 2017-11-16 General Electric Company Single-stage current-fed clamped series resonant power factor corrected converter
CN106300986B (zh) * 2016-08-03 2019-07-05 深圳市盛弘电气股份有限公司 开关电源
CN106655792B (zh) * 2016-12-07 2023-04-11 广州金升阳科技有限公司 不对称半桥反激电路
CN110045262B (zh) * 2018-01-15 2021-06-22 株式会社村田制作所 开关驱动电路故障检测装置和方法、电子设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
半桥电容电压箝位串联谐振变换器. 陈天锦，徐至新.电力电子技术，第2期. 2000 *
半桥电容电压钳位串联谐振变换器. 陈天锦，徐至新.电力电子技术，第2期. 2000 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101022247A (zh) 2007-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100557934C (zh) 一种半桥谐振变换器
KR101015282B1 (ko) Ｄｃ/ｄｃ 컨버터
CN101707441B (zh) 图腾柱无桥电路***及电流采样装置
CN100416997C (zh) 一种高功率因数高频直流电源
US7729139B2 (en) Current source inverter with energy clamp circuit and controlling method thereof having relatively better effectiveness
CN106505866B (zh) 一种三电平全桥直流变换装置
CN103414340B (zh) 零电流软开关变换器
CN101771353B (zh) 一种适用于开关电源的辅助源电路
CN102265499A (zh) Ac-dc转换器
CN101771351A (zh) 一种三相三电平llc谐振变换器
CN109067226A (zh) 一种五电平升压型逆变器及其控制方法
KR20140091191A (ko) 단일 전력단 교류/직류 컨버터
CN109039046A (zh) 一种模块化多电平换流器半全桥子模块的缓冲电路
CN101355305B (zh) 多功能有源箝位变结构型双管正反激直流变流器
CN106452146B (zh) 一种多电平变换器子模块电路及多电平变换器
CN106487259B (zh) 一种用于三电平全桥直流变换装置的中点电压平衡方法
CN201656780U (zh) 一种适用于开关电源的辅助源电路
CN203466729U (zh) 一种多电平llc变换器
CN202918023U (zh) 一种电池组管理功率模块
CN101043182A (zh) 一种谐振变换器
CN102437743B (zh) 升压变换电路与太阳能逆变器及其控制方法
CN109873570A (zh) 一种三电平t字型拓扑结构以及单相逆变器和三相逆变器
CN209709969U (zh) 一种三电平t字型拓扑结构以及单相逆变器和三相逆变器
CN2453604Y (zh) 一种单级单开关功率因数校正变换器
WO2021120354A1 (zh) 三相交流-直流变换电源

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address

Address after: Nanshan District Xueyuan Road in Shenzhen city of Guangdong province 518055 No. 1001 Nanshan Chi Park B2 building 1-4 floor, building 6-10

Patentee after: Vitamin Technology Co., Ltd.

Address before: 518057 Nanshan District science and Technology Industrial Park, Guangdong, Shenzhen Branch Road, No.

Patentee before: Aimosheng Network Energy Source Co., Ltd.

CP03 Change of name, title or address