帶rcd鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路的製作方法

2023-09-23 03:00:40 1

專利名稱：帶rcd鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無橋功率因數校正電路，尤其是一種帶RCD鉗位電路的帶 RCD鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路。
背景技術：
無橋功率因數校正(無橋BOOST PFC)電路相對於傳統功率因數校正(BOOST PFC) 電路，由於省略了輸入整流橋，大幅降低了導通損耗，效率得以提升約1 2%。特別是無橋 BOOST PFC電路改進拓撲——新型雙電感無橋功率因數校正OndDual Boost PFC)電路，很好解決了無橋BOOST PFC電路中功率地電平相對於大地引起的共模電流造成的電磁幹擾這一缺陷，使得無橋BOOST PFC電路擺脫了以前僅僅在實驗室進行理論研究的情況，具有了工業應用的前景。圖1為一個2nd Dual Boost PFC電路，所述電路包括第一二極體D1、第二二極體D2、 第三二極體Da和第四二極體Db，第一主功率開關管S1、第二主功率開關管S2,電路中第一二極體D1共陽極接第一主功率開關管S1的漏極，第二二極體&接第二主功率開關管&的漏極，其共陰極接濾波電容Ctl 一端；輸入交流電源Us 一端接第一升壓電感L1和第三二極體Da 共陰極、另一端接第二升壓電感L2和第四二極體Db共陰極；第三二極體Da共陽極、第四二極體Db共陽極、第一主功率開關管S1的源極和第二主功率開關管&的源極連接到濾波電容Ctl另一端。負載Rtl並接於濾波電容Ctl兩端。其工作過程是以輸入電源電壓的正半周為例，在圖1所示電路電感電流連續時有兩種工作模式，分別如圖2 (a)、圖2 (b)所示，當第一主功率開關管S1導通時，電源電流通過第一升壓電感L1、第一主功率開關管S1和第四二極體Db構成迴路，第一升壓電感L1儲能， 電感電流iu線性增長，見圖2(a)；當第一主功率開關管S1截止時，電源電流通過第一升壓電感L1、第一二極體D1、第四二極體Db、濾波電容Ctl和負載Rtl構成迴路，電源電流和第一升壓電感L1的儲能電流向濾波電容Ctl和負載Rtl放電。輸入電源電壓的負半周工作模式如圖 2(c)、圖 2(d)所示。2nd Dual Boost PFC電路降低了功率因數校正電路導通損耗與共模電流造成的電磁幹擾，但未解決開關損耗問題，降低開關損耗的重要措施是軟開關技術，其中零電壓轉換 (ZVT)軟開關技術是最重要的方法之一。本實用新型即為採用零電壓轉換(ZVT)軟開關技術的無橋BOOST PFC電路。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種帶RCD鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路，該電路增加一個輔助開關網絡，克服現有技術中開關管與二極體通態損耗大，整機效率不高的問題。。本實用新型的技術方案為一種帶RCD鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路，該電路包括2nd Dual Boost PFC電路和一個輔助開關網絡，所述2ndDual Boost PFC電路包括第一二極體、第二二極體、第七二極體和第八二極體，第一主功率開關管、第二主功率開關管，電路中第一二極體共陽極接第一主功率開關管的漏極，第二二極體接第二主功率開關管的漏極；輸入交流電源一端接第一升壓電感和第七二極體共陰極、另一端接第二升壓電感和第八二極體共陰極。所述輔助開關網絡包括輔助開關管、自耦變壓器、諧振電感、第一諧振電容、第二諧振電容、第三諧振電容、第三二極體、第四二極體、第五二極體、第六二極體、第九二極體、 第十二極體和第十一二極體。第九二極體、第十二極體反並聯於兩個主功率開關管兩端，第一諧振電容、第二諧振電容和第三諧振電容並聯於兩個主功率開關管和輔助開關管兩端； 第三二極體、第四二極體共陽極接於輸入交流電源兩端，第三二極體、第四二極體共陰極接於諧振電感一端；諧振電感另一端接於自耦變壓器公共繞組同名輸入端，公共繞組同名輸入端與串聯繞組非同名輸入端短接；變壓器公共繞組非同名輸出端接輔助開關管漏極和第六二極體的共陽極，變壓器串聯繞組同名輸出端接第五二極體的共陽極；第六二極體與鉗位電阻、鉗位電容一起組成一個RC鉗位電路，鉗位電阻並聯於鉗位電容兩端，其一端接於第六二極體的共陰極，另一端接於第五二極體的共陽極。第一二極體、第二二極體和第五二極體共陰極接到濾波電容一端；第七二極體、第八二極體、第九二極體、第十二極體和第十一二極體的共陽極，第一主功率開關管、第二主功率開關管和輔助開關管的源極，第一諧振電容、第二諧振電容和第三諧振電容的一端一起連接到濾波電容另一端；負載並接於濾波電容兩端。本電路中所述的諧振電容可以是所述主開關管的寄生電容；本電路中所述的第三二極體、第四二極體和第十一二極體可以是所述主開關管和輔助開關管的體二極體；本發明電路中所述的其餘二極體均為快速回復二極體；本發明電路中所述的變壓器 ；可以為普通變壓器或自耦變壓器，對於普通變壓器來說，其原方與副方同名端需要短接；本發明電路中所述的諧振電感Lr可以為變壓器Tr等效漏感，激磁電感可以為變壓器Tr副方等效激磁電感。本實用新型的優點在於由於主開管實現了 ZVT開通，升壓二極體為零電流關斷， 兩主功率開關管的電壓與電流應力沒有增加，因此電路的通態損耗減小，整機效率得以提
尚ο

圖1是一個2nd Dual Boost PFC電路原理圖；圖2是2nd Dual Boost PFC電路的五種工作模式圖；圖3是本實用新型電路原理圖；圖4是本實用新型電路在一個周期內的工作原理圖；圖5(a)——圖5(k)是本實用新型電路在一個周期內的十一種工作模態；以輸入交流電源Us正半波為例，所述的零電壓轉換軟開關無橋功率因數校正電路在一個開關周期內的工作時序如圖4所示，圖4(a)為主功率開關管S1的柵極驅動電壓，圖 4(b)為輔助開關管民的柵極驅動電壓，圖4(c)為主功率開關管S1的漏極和源極之間的電壓，圖4(d)為主功率開關管S1W電流波形，圖4(e)為升壓二極體D1兩端電壓波形圖，4(f) 為升壓二極體D1的電流波形圖，圖4(g)為輔助開關管民的電流波形圖，圖4(h)為諧振電感k的電流波形圖，圖4(i)為自耦變壓器 ；等效激磁電流、的波形，圖4(g)為流過第六二極體D。的電流波形。在一個開關周期內有十一種工作模態模態1 (t1Q tQ)，如圖 5 (a)在、之前的時刻，軟開關未工作，S1, S2, Sr均關斷，升壓二極體D1導通，Iu電流環路如圖5(a)所示。同時部分電流通過D3、L,、T,和IV流入負載。在此模態下，iD1 = Iu，vsl =V模態2 (t0 、)，如圖 5 (b)在t0時刻，Sr開通，由於有Lr的存在，Sr是ZCS開通。在此模態下iLr線性增加， iLr流入D3、Lr和 ；的Np線圈，在Ns上產生電流iD5，二極體D5開通，iD5流入N0。在此模態 T,Sr開通使得 ；的Ns線圈兩端電壓為Vtl，激磁電流、通過輔助開關管民開始線性增長； 隨著iLr線性增加，iD1減小，iD5線性增長。當iLr增加到Ili時，此模態時刻結束，iD1 = 0， 此時D1是軟關斷。模態3 U1 t2)，如圖 5 (C)在、時刻，D1關斷，在此模態下，Sr繼續導通，Lr與Csi開始諧振，vcsl (、) = V0, Csi 放電，vsl減小，Lr充電，ILr繼續增大；iD5同時線性增長，激磁電流、也通過輔助開關管民繼續線性增長。模態4 (t2 t3)，如圖 5 (d)在t2時亥lj，vsl = 0，此時主開關管S1體二極體Dsi開通，、開始線性減小，iD5隨之線性減小，isl開始線性增加，當isl從負值增加到零時，此模態結束。在此模態下開通主開關管S1, Vsi = O且isl = 0，主開關管3工是ZVS與ZCS開通。激磁電流、仍然通過輔助開關管民線性增長。模態5 (t3 t4)，如圖 5 (e)在、時刻，isl = 0，S1已開通，在此模態下，、繼續線性減小，由於D5導通，vNP =-η、。在此模態下，存儲在k中的能量線性減小，被釋放到Vtl中，激磁電流、通過民繼續線性增加。當、減小到近似為0時，本模態結束。模態6 (t4 t5)，如圖 5 (f)在t4時刻，當、近似為0，在此模態下，激磁電流、通過Sr繼續增加，由於、遠小於負載電流，在此模態下關斷輔助開關管、isr ^ 0，Sr近似ZCS關斷。模態7 (t5 t6)，如圖 5 (g)在、時刻，民關斷，在此模態下，激磁電流、通過D。流入V。。、線性減小，當、 =0時，本模態結束。模態8 (t6 t7)，如圖 5 (h)在t6時刻，iLffl = 0，在此模態下，ZVT輔助電路停止工作，主開關管S1仍然開通，無橋PFC電路繼續工作。模態9 (t7 t8)，如圖5⑴在〖7時刻，ita = 0，在此模態下，S1關斷。輸入電流Iu給諧振電容Csi和Cto充電，當Vsi = V0時，升壓二極體D1導通，本模態結束。模態10 (t8 t9)，如圖 5 (j)在t8時刻，vsl = V0,升壓二極體D1導通，Ili繼續給諧振電容充電。Dc和D5導通，當I = V0+Vc時，本模態結束。模態ll(t9~ t10)，如圖 5 (k)在t9時亥lj，Vsi = K+V。，此時，iLr線性衰減，存儲在Lr中的能量通過自耦變壓器 ； 釋放到負載中，當、=0且= V0時，本模態結束。
具體實施方式
一種帶RCD鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路，電路包括2nd Dual Boost PFC電路和一個輔助開關網絡，所述2nd Dual Boost PFC電路包括第一二極體D1、第二二極體D2、第七二極體Da和第八二極體Db，第一主功率開關管S1、第二主功率開關管S2,電路中第一二極體D1共陽極接第一主功率開關管S1的漏極，第二二極體&接第二主功率開關管& 的漏極；輸入交流電源Us 一端接第一升壓電感L1和第七二極體共陰極Da、另一端接第二升壓電感L2和第四二極體Db共陰極。所述輔助開關網絡包括輔助開關管民、自耦變壓器 ；、 諧振電感L,、第一諧振電容Csi、第二諧振電容Cs2、第三諧振電容Cs,、第三二極體D3、第四二極體D4、第五二極體D5、第六二極體D。、第九二極體Dsi、第十二極體Ds2和第十一二極體Dto。 第九二極體Dsi、第十二極體Ds2和第十一二極體Dto反並聯於兩個主功率開關管和輔助開關管兩端，第一諧振電容Csi、第二諧振電容Cs2和第三諧振電容並聯於兩個主功率開關管和輔助開關管兩端；第三二極體D3、第四二極體D4共陽極接於輸入交流電源兩端第三二極體D3、第四二極體D4共陰極接於諧振電感k 一端；諧振電感(L》另一端接於自耦變壓器 (Tr)公共繞組同名輸入端，公共繞組同名輸入端與串聯繞組非同名輸入端短接；變壓器公共繞組非同名輸出端接輔助開關管( )漏極和第六二極體(D。)的共陽極，變壓器串聯繞組同名輸出端接第五二極體(D5)的共陽極；第六二極體(D。)與鉗位電阻(R。)、鉗位電容(C。) 一起組成一個RC鉗位電路，鉗位電阻(R。)並聯於鉗位電容(C。)兩端，其一端接於第六二極體(D。)的共陰極，另一端接於第五二極體(D5)的共陽極。第五二極體(D5)的共陽極接到濾波電容一端；輔助開關管(S》源極、第九二極體(Dsi)、第十二極體(Ds2)和第十一二極體 (Dsr)的共陽極，第一諧振電容(Csi)、第二諧振電容(Cs2)和第三諧振電容(Cs3)的一端一起連接到濾波電容(Ctl)另一端；負載並接於濾波電容(Ctl)兩端。本發明電路所述的第一諧振電容Csi、第二諧振電容Cs2和第三諧振電容(Cs3)可以是所述主開關管和輔助開關管的寄生電容；本發明電路中所述的第九二極體Dsi、第十二極體Ds2和第十一二極體Dto可以是所述主開關管和輔助開關管的體二極體；本發明電路中所述的其餘二極體均為快速回復二極體；本發明電路中所述的變壓器 ；可以為自耦變壓器，諧振電感k可以為變壓器 ；等效漏感，激磁電感可以為變壓器 ；等效激磁電感。
權利要求1.一種帶RCD鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路，其特徵在於該電路包括 2ndDual Boost PFC電路和一個輔助開關網絡，所述2nd Dual Boost PFC電路包括第一二極體(D1)、第二二極體(D2)、第七二極體(Da)和第八二極體(Db)，第一主功率開關管(S1)、第二主功率開關管(S2)，電路中第一二極體(D1)共陽極接第一主功率開關管(S1)的漏極，第二二極體(D2)接第二主功率開關管(S2)的漏極；輸入交流電源(Us) —端接第一升壓電感 (L1)和第七二極體(Da)共陰極、另一端接第二升壓電感(L2)和第四二極體(Db)共陰極，第一二極體(D1)、第二二極體(D2)共陰極接到濾波電容一端；第七二極體(Da)、第八二極體 (Db)、第一主功率開關管(S1)和第二主功率開關管(S2)的源極連接到濾波電容(Ctl)另一端；負載並接於濾波電容(Ctl)兩端；所述輔助開關網絡包括輔助開關管(S》、自耦變壓器 O；)、諧振電感(L,)、第一諧振電容(Csi)、第二諧振電容(Cs2)、第三諧振電容(Cs3)、第三二極體(D3)、第四二極體(D4)、第五二極體(D5)、第六二極體(D。)、第九二極體(Dsi)、第十二極體(Ds2)和第十一二極體(Dto)；第九二極體(Dsi)、第十二極體(Ds2)反並聯於兩個主功率開關管兩端；第一諧振電容(Csi)、第二諧振電容(Cs2)和第三諧振電容(Cs3)並聯於兩個主功率開關管和輔助開關管兩端；第三二極體(D3)、第四二極體(D4)共陽極接於輸入交流電源 (Us)兩端，第三二極體(D3)、第四二極體(D4)共陰極接於諧振電感(Lr) 一端；諧振電感(Lr) 另一端接於自耦變壓器O；)公共繞組同名輸入端，公共繞組同名輸入端與串聯繞組非同名輸入端短接，變壓器公共繞組非同名輸出端接輔助開關管(S》漏極和第六二極體(D。)的共陽極，變壓器串聯繞組同名輸出端接第五二極體(D5)的共陽極；第六二極體(D。)與鉗位電阻(R。)、鉗位電容(C。)一起組成一個RC鉗位電路，鉗位電阻(R。)並聯於鉗位電容(C。)兩端，其一端接於第六二極體(D。)的共陰極，另一端接於第五二極體(D5)的共陽極；第五二極體(D5)共陰極接到濾波電容一端；輔助開關管(S》源極、第九二極體(Dsi)、第十二極體 (Ds2)和第十一二極體(Dto)的共陽極，第一諧振電容(Csi)、第二諧振電容(Cs2)和第三諧振電容(Cs3)的一端一起連接到濾波電容(Ctl)另一端；負載並接於濾波電容(Ctl)兩端。
2.根據權利要求1所述帶RCD鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路，其特徵在於 第九二極體(Dsi)、第十二極體(Ds2)和第十一二極體(Dto)可以是所述第一主功率開關管餌)、第二主功率開關管(S2)和輔助開關管(S》的體二極體。
3.根據權利要求1所述帶RCD鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路，其特徵在於 第一諧振電容(Csi)、第二諧振電容(Cs2)可以是所述第一主功率開關管(S1)和第二主功率開關管(S2)的寄生電容。
4.根據權利要求1所述帶RCD鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路，其特徵在於 變壓器(Tr)可以是自耦變壓器；諧振電感(Lr)可以為自耦變壓器(Tr)的等效漏感，激磁電感(Lm)可以為自耦變壓器(Tr)等效激磁電感。
5.根據權利要求1所述帶RCD鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路，其特徵在於 電路中所述的其餘二極體均為快速回復二極體。
專利摘要本實用新型公開一種帶RCD鉗位電路零電壓轉換有源軟開關校正電路，其特徵在於該電路包括2nd Dual Boost PFC電路和一個輔助開關網絡。本實用新型的優點在於由於主開管實現了ZVT開通，升壓二極體為零電流關斷，兩主功率開關管的電壓與電流應力沒有增加，因此電路的通態損耗減小，整機效率得以提高。
文檔編號H02M1/42GK202034900SQ20112009132
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月31日 優先權日2011年3月31日
發明者劉永士, 曾昭舜 申請人:武漢誠銳電器有限公司