[发明专利]轻载模式下的高效移相全桥电路

说明书

本发明涉及一种轻载模式下的高效移相全桥电路，包括辅助电流源、全桥电路、高频变压器、同步整流电路和滤波电路；其主要技术特点是：在全桥电路超前桥臂的中点连接电感电容串联复位电路的一端，该电感电容串联复位电路的另一端连接到高频变压器初级侧的另一端。本发明设计合理，其充分考虑到各个元器件的寄生参数，当辅助电路参数设计合理后，可以充分增强滞后桥臂开关过渡过程时的电流，并在高频变压器初级侧串联有电感电容复位电路，用来减小高频变压器两侧的通态电流，在一定程度上提高了轻载模式下的功率传输效率，进一步可适应电动汽车在轻载工况下的能量需求。

技术领域

本发明属于汽车开关电源技术领域，尤其是一种轻载模式下的高效移相全桥电路。

背景技术

随着新能源汽车领域的普及，汽车电气传动系统中的功率变换电路越来越受到人们的重视。移相全桥电路是一种隔离式直流变换电路，其连接在高压直流母线和低压直流母线之间，起到降压作用。一般情况下高压直流母线接有经市电或动力电池而来的高压输入直流电源，低压直流母线接有车用负载，研究过程中可认为高压输入电源是定值，车用负载是等效电阻。汽车运行的工况比较复杂，功率传输效率是变换电路的一个重要指标，对于移相全桥电路来说，尤其是电路在轻载模式下的功率传输效率备受人们关注。

为了提高移相全桥电路轻载下的功率传输效率，许多学者从调制策略和辅助电路两方面做改进。目前的调制策略主要是基于脉宽调制和移相调制两大基本方式，以脉宽调制为基础的策略虽然简单，但是电路只有+1和-1两种工作状态，状态切换时开关器件较难实现软开关，对开关管不利。以移相调制为基础的策略尽管能实现开关器件的软开关，但是在0工作状态时，电路整体通态损耗无法降低。目前的辅助电路主要包括由开关器件构成的有源网络和由电感电容等构成的无源网络，这些辅助电路都建立在一定的移相全桥主电路之上的。尽管有源辅助网络需要增加一定的驱动电路和控制策略，并产生额外的损耗，无源辅助网络同样会带来一定的附加通态损耗，但是相对仅改进调制策略的方式，增加辅助电路可以进一步增强全桥电路的软开关能力，采用一定形式的辅助网络更可以降低电路0工作状态时的通态损耗。在移相全桥主电路参数一定的条件下，若辅助电路的参数设计合理，轻载时的电路功率传输效率则可以有较大的提高。

目前，对一定的移相全桥主电路设计辅助电路时，有以下两点研究尚不深入：(1)轻载模式下滤波电感电流断续是一种可能出现的形式，甚至是不可避免。滤波电感电流断续和连续下的电路工作模态不尽相同，在电流连续情形下所得出的结论并不适用于电流断续的情形，因此需要对电流断续的情形研究。(2)元器件的寄生参数在开关过渡过程中影响较大，若寄生参数不合理，实际中开关器件可能无法实现软开关，甚至造成较大的开关损耗。另外电路的电压电流尖峰以及振荡现象也与元器件的寄生参数有关，若该参数不合理，同样会对电路中其它器件带来不利影响。因此，在分析电路性能和设计辅助电路参数时，上述两点不能忽略。

一种典型的移相全桥电路如图4所示，该移相全桥电路主要由辅助电流源、全桥电路、高频变压器、同步整流电路和滤波电路五部分组成。辅助电流源由两个均压电容C₁和C₂、辅助电感L₁组成；高频变压器包含漏感L_p、励磁电感L_M、初次级匝比为N:1:1的绕组；同步整流电路包括两个肖特基二极管D1和D2；滤波电路由滤波电感L_f、滤波电容C组成。该移相全桥电路存在以下不足之处：

1、在滞后桥臂开关过渡过程中高频变压器初级侧电流一定的情况下，若增强全桥电路的软开关能力，那么均压电容C₁和C₂不变时需减小辅助电感L₁，如此造成滞后桥臂的通态损耗加大。

2、电路在通态过程中，电感和高频变压器会产生一定的铁损和铜损，其它器件同样会有通态损耗。由于该电路无降低通态损耗的辅助电路，尤其是0工作状态，因此，移相全桥电路整体通态损耗较大。

发明内容