CN104092380A - 一种双向移相全桥软开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双向移相全桥软开关电路，包括变压器T、第一双向移相全桥电路、第二双向移相全桥电路及谐振电路，所述变压器T通过谐振电路分别连接所述第一双向移相全桥电路以及第二双向移相全桥电路，降低了耗电量，提高了安全系数。

Description

一种双向移相全桥软开关电路

技术领域

本发明涉及一种双向移相全桥软开关电路。

背景技术

锂电池生产工艺中不可或缺的一道工序是化成，即是对电池进行二次充放电，化成电源设备的充放电技术直接影响蓄电池的性能和使用。

一方面，基于技术和成本因素考虑，现有的电池化成充放电设备多数采用单向移相功率变换结构，而在电池放电过程中所释放出的能量采取通过电阻放电的方式消耗掉，造成极大的能源浪费；对于规模较大的电池生产厂家，电池化成消耗的电能费用可占到生产成本的二至三成，每年化成检测的电费就是一笔不小的耗资；针对这一问题，现对如何降低放电能量的耗费并对其再利用成为电池生产企业迫切需要解决的问题。

另一方面，化成充放电设备中，移相全桥模块均采用传统的硬开关模式，开关元件是在承受电压或电流的情况下接通或断开电路的，因此在接通和关断的过程中会产生较大的开关损耗，且开关频率越高，开关损耗也就越大；同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生电容的振荡，带来附加损耗并产生电磁干扰，因而硬开关电源频率不能太高，还要采取防止电磁干扰的措施，EMI特性差，效率低下，且其功率开关元件工作于硬开关模式，开关损耗大，难以通过高频化来提升功率密度。功率开关电路工作运行中，易发生上下管直通事故，安全系数不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种双向移相全桥软开关电路，降低了耗电量，提高了安全系数。

本发明是这样实现的：一种双向移相全桥软开关电路，包括变压器T、第一双向移相全桥电路以及第二双向移相全桥电路，还包括谐振电路，所述变压器T通过谐振电路分别连接所述第一双向移相全桥电路以及第二双向移相全桥电路。

进一步地，所述谐振电路包括隔直电容C9、隔直电容C10、一谐振电感Lr及一谐振电容Cr，所述谐振电感Lr与所述谐振电容Cr串联；

所述第一双向移相全桥电路包括开关管T1、开关管T2、开关管T3及开关管T4，所述开关管T1与开关管T2串联形成第一超前桥臂，所述开关管T3与开关管T4串联形成第一滞后桥臂，所述第一超前桥臂与第一滞后桥臂并联；

所述第二双向移相全桥电路包括开关管T5、开关管T6、开关管T7及开关管T8，所述开关管T5与开关管T6串联形成第二超前桥臂，所述开关管T7与开关管T8串联形成第二滞后桥臂，所述第二超前桥臂与第二滞后桥臂并联；

所述变压器T的初级侧一端通过隔直电容C9连接至第一超前桥臂的中心点，另一端连接至所述第一滞后桥臂的中心点；或者，所述变压器T的初级侧一端通过隔直电容C9连接至第一滞后桥臂的中心点，另一端连接至所述第一超前桥臂的中心点；所述变压器T的次级侧一端通过隔直电容C10连接至第二超前桥臂的中心点，另一端连接至所述第二滞后桥臂的中心点；或者，所述变压器T的次级侧一端通过隔直电容C10连接至第二滞后桥臂的中心点，另一端连接至所述第二超前桥臂的中心点；

所述谐振电感Lr与所述谐振电容Cr串联支路并联于所述隔离电容C9与变压器T初级侧串联支路的两端，或者所述谐振电感Lr与所述谐振电容Cr串联支路并联于所述隔离电容C10与变压器T次级侧串联支路的两端。

本发明的优点在于：本发明双向移相全桥软开关电路，采用双向移相全桥功率变换结构来控制能量的双向传递，减少功能器件的体积和数量，大幅度提升能量利用率，有效的节约大量能源；与现有的移相控制相比，具有更小的功率环流及电流应力，并且可以很理想的实现软开关功能，特别是能实现在轻载情况下的软开关。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明双向移相全桥软开关电路实施例一的电路图。

图2是本发明双向移相全桥软开关电路实施例二的电路图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本发明双向移相全桥软开关电路，包括变压器T、第一双向移相全桥电路、第二双向移相全桥电路以及谐振电路，所述变压器T通过谐振电路分别连接所述第一双向移相全桥电路以及第二双向移相全桥电路。

本发明中所述谐振电路包括隔直电容C9、隔直电容C10、一谐振电感Lr及一谐振电容Cr，所述谐振电感Lr与所述谐振电容Cr串联；

所述第一双向移相全桥电路包括开关管T1、开关管T2、开关管T3及开关管T4，所述开关管T1与开关管T2串联形成第一超前桥臂，所述开关管T3与开关管T4串联形成第一滞后桥臂，所述第一超前桥臂与第一滞后桥臂并联；

所述第二双向移相全桥电路包括开关管T5、开关管T6、开关管T7及开关管T8，所述开关管T5与开关管T6串联形成第二超前桥臂，所述开关管T7与开关管T8串联形成第二滞后桥臂，所述第二超前桥臂与第二滞后桥臂并联；

所述变压器T的初级侧一端通过隔直电容C9连接至第一超前桥臂的中心点，另一端连接至所述第一滞后桥臂的中心点；或者，所述变压器T的初级侧一端通过隔直电容C9连接至第一滞后桥臂的中心点，另一端连接至所述第一超前桥臂的中心点；所述变压器T的次级侧一端通过隔直电容C10连接至第二超前桥臂的中心点，另一端连接至所述第二滞后桥臂的中心点；或者，所述变压器T的次级侧一端通过隔直电容C10连接至第二滞后桥臂的中心点，另一端连接至所述第二超前桥臂的中心点；

所述谐振电感Lr与所述谐振电容Cr串联支路并联于所述隔离电容C9与变压器T初级侧串联支路的两端，或者所述谐振电感Lr与所述谐振电容Cr串联支路并联于所述隔离电容C10与变压器T次级侧串联支路的两端。

本发明的一种实施例主要包括：双向移相全桥功率变换主电路、CCLC谐振电路、滤波电路、被化成的电池以及分别与2个全桥移相电路共8个功率开关管并联的电容C1～C8。

上述的双向移相全桥功率变换电路主要包括：高频变压器T、左侧四个开关管T1～T4和右侧四个开关管T5～T8；开关管T1和T2串联构成左侧全桥变换电路的超前桥臂，而开关管T3和T4串联组成左侧全桥变换电路的滞后桥臂；开关管T5和T6串联构成右侧全桥变换电路的超前桥臂，而开关管T7和T8串联组成右侧全桥变换电路的滞后桥臂。该开关前臂和开关后臂组成移相全桥功率开关模型，两侧全桥的开关状态相同，即同步开关，对角开关轮流依次导通，导通角度为180°，则VD侧全桥的逆变输出电压和VE侧全桥的逆变输出折合到VD侧后的电压为占空比为50％的方波电压。通过控制方波之间的相角来控制功率大小及流向。

电容C1～C8分别是T1～T8的谐振电容，包括寄生电容和外接电容，C1～C8分别与T1～T8并联，Cd和Ce为母线储能电容，这里的功率开关管T1～T8选用全控型内置反向二极管；也可以选用没有内置反向二极管的全控型功率管，之后将反向二极管外置。

CCLC谐振电路通过谐振电感Lr，谐振电容Cr，隔直电容C9和C10之间的谐振作用，实现了双向移相全桥功率变换电路的零电压和零电流接通电路，故简称为CCLC谐振电路。CCLC谐振电路主要包括：谐振电感Lr，谐振电容Cr，隔直电容C9和C10(隔直电容起隔离直流的作用)，如图1所示，为该CCLC谐振电路的一种连接方式，该谐振电路的一端与第一超前桥臂的中心点连接(即开关管T1和T2之间)，谐振电路的另一端与第一滞后桥臂的中心点连接(即开关管T3和T4之间)。谐振电感Lr和谐振电容Cr串联支路并联于隔直电容C9与变压器原边串联支路的两端。

如图2所示，为CCLC的另一种连接方式，该谐振电路的一端与第二超前桥臂的中心点连接(即开关管T5和T6之间)，谐振电路的另一端与第二滞后桥臂的中心点连接(即开关管T7和T8之间)。谐振电感Lr和谐振电容Cr串联支路并联于隔直电容C10与变压器原边串联支路的两端。

化成充放电过程为：VD输入电压经开关管逆变后产生方波来激励CCLC谐振电路谐振输出谐振电流，流经变压器T和同步移相全桥逆变电路，再经滤波电容Ce输出直流电压对化成电池VE进行充电；在放电过程中，化成电池VE电流通过变压器次级侧移相全桥逆变电路、变压器T和CCLC谐振电路以及变压器初级侧移相全桥逆变电路和滤波电容Cd回流到电源VD。这样，构成一个具有能量回馈功能的双向移相全桥变换充放电的锂电池化成装置。

本发明的优点在于：本发明双向移相全桥软开关电路，采用双向移相全桥功率变换结构来控制能量的双向传递，减少功能器件的体积和数量，大幅度提升能量利用率，有效的节约大量能源；与现有的移相控制相比，具有更小的功率环流及电流应力，并且可以很理想的实现软开关功能，特别是能实现在轻载情况下的软开关。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (2)

1.一种双向移相全桥软开关电路，包括变压器T、第一双向移相全桥电路以及第二双向移相全桥电路，其特征在于：还包括谐振电路，所述变压器T通过谐振电路分别连接所述第一双向移相全桥电路以及第二双向移相全桥电路。

2.如权利要求1所述的一种双向移相全桥软开关电路，其特征在于：所述谐振电路包括隔直电容C9、隔直电容C10、一谐振电感Lr及一谐振电容Cr，所述谐振电感Lr与所述谐振电容Cr串联；

所述第一双向移相全桥电路包括开关管T1、开关管T2、开关管T3及开关管T4，所述开关管T1与开关管T2串联形成第一超前桥臂，所述开关管T3与开关管T4串联形成第一滞后桥臂，所述第一超前桥臂与第一滞后桥臂并联；

所述第二双向移相全桥电路包括开关管T5、开关管T6、开关管T7及开关管T8，所述开关管T5与开关管T6串联形成第二超前桥臂，所述开关管T7与开关管T8串联形成第二滞后桥臂，所述第二超前桥臂与第二滞后桥臂并联；

所述变压器T的初级侧一端通过隔直电容C9连接至第一超前桥臂的中心点，另一端连接至所述第一滞后桥臂的中心点；或者，所述变压器T的初级侧一端通过隔直电容C9连接至第一滞后桥臂的中心点，另一端连接至所述第一超前桥臂的中心点；所述变压器T的次级侧一端通过隔直电容C10连接至第二超前桥臂的中心点，另一端连接至所述第二滞后桥臂的中心点；或者，所述变压器T的次级侧一端通过隔直电容C10连接至第二滞后桥臂的中心点，另一端连接至所述第二超前桥臂的中心点；

所述谐振电感Lr与所述谐振电容Cr串联支路并联于所述隔离电容C9与变压器T初级侧串联支路的两端，或者所述谐振电感Lr与所述谐振电容Cr串联支路并联于所述隔离电容C10与变压器T次级侧串联支路的两端。