[发明专利]一种低电压应力隔离全桥变换器电路装置

说明书

技术领域

本发明属于功率变换电路技术领域，具体涉及一种低电压应力隔离全桥变换器电路装置。

背景技术

目前，随着功率变换器小型化、高频化的发展需求和宽带器件的广泛推广利用，软开关变换器以其具有的低开管损耗、高开关频率、高效率等优点，在无线储能新兴技术、高压直流变流器、电动汽车、不间断电源、新能源功率变换系统等场合得到广泛应用。在中大功率应用场合，移相全桥变换器无需额外辅助电路实现变换器桥臂开关管的软开关、电路拓扑简单、容易实现等优势得到工业界的广泛应用。传统的移相全桥变换器如图1所示，通过控制50％占空比的桥臂开关管的移相角实现对输出电压的有效调节。

然而，对于如图1所示的移相全桥变换器存在以下不足之处：

(1)桥臂开关管电压箝位于输入电压，高输入直流电压需采用高电压等级的开关器件带来成本的增加，例如在三相整流变流器后端的780V中间直流母线电压和分布式电源系统的380V直流母线电压应用场合。在780V母线电压的应用场合，现有的解决方案是采用三电平或多电平技术来降低开关管的电压应力，然而，带来开关管数量的增加和电路拓扑复杂度、控制难度的增加；在380V直流母线电压应用场合，采用600V/650V的MOSFET管来实现功率的变换，然而，高电压等级的MOSFET管的Rds,on较大，导致导通损耗增加；

(2)桥臂开关管的寄生参数不一致或驱动信号不一致，不能保证变压器原边电压的正负对称性，可能导致变压器励磁电感存在偏磁甚至有可能可能导致变压器饱和，现有的方案是在变压器原边增加较大的隔直电容来保证变压器励磁电感无直流偏量，以避免变压器的饱和现象；

(3)现有的全桥变换器电路装置，虽然实现了桥臂所有开关管的软开关，但是变换器滞后桥臂开关管软开关范围受限，目前国际标准对全范围电源变换效率均有要求，因此传统的电路装置难以满足其效率要求。现有的解决方案是需要增加额外的串联辅助电感来扩宽软开关的范围，增加了电路复杂度；

(4)采用移相控制技术，变换器原边存在环流，造成较大的环流损耗；现有的解决方案是增加辅助电路使原边环流电流迅速归零，以减小环流损耗，然而，额外电路的增加带来电路拓扑复杂，分析与设计难度相应增加。

因此，传统的全桥电路装置存在电压应力较高、开关管软开关范围较窄、环流损耗较大等缺点，现有的解决方案通常仅针对某一不足之处提出的，不能全面的优化变换器的性能。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种低电压应力隔离全桥变换器电路装置。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：

一种低电压应力隔离全桥变换器电路装置，包括变压器原边、隔离变压器和变压器副边；所述变压器原边为带储能电容的桥臂开关电路网络，包括输入端开关管S₁、储能电容C₁和桥臂开关管S₂、S₃和S₄；所述隔离变压器包括励磁电感L_m和理想变压器；所述变压器副边包括二极管全桥整流桥、输出滤波电感L₀、输出滤波电容C₀和负载等效电阻R；

输入端开关管S₁与电压源串联；储能电容C₁与桥臂开关管S₃串联形成桥臂开关电路网络的第一桥臂，桥臂开关管S₂与S₄串联形成桥臂开关电路网络的第二桥臂；桥臂开关电路网络的两个桥臂并联，再与输入端开关管S₁串联；桥臂开关电路网络的两个桥臂的中点连接理想变压器的原边；励磁电感L_m和理想变压器的原边并联；二极管全桥整流桥包括四个二极管D₁、D₂、D₃和D₄；其中二极管D₁和D₃串联形成二极管全桥整流桥的第一桥臂，二极管D₂和D₄串联形成二极管全桥整流桥的第二桥臂；二极管全桥整流桥的两个桥臂并联，与输出滤波电感L₀串联，再与输出滤波电容C₀和负载等效电阻R并联；二极管全桥整流桥的两个桥臂的中点连接理想变压器的副边。