专利名称：一种新型3h移相全桥pwm转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力电子电路设计高频软开关技术领域，特别设计一种新型3H移相全桥PWM转换器。
背景技术：
移相全桥PWM控制方式，实际上是谐振变换技术与常规PWM变换技术的结合，其结构简单、控制容易。由移相电路工作原理可知，一般在大于30%负载时，移相全桥的超前臂易实现零电压开关(ZVS)，而滞后桥臂难实现ZVS，一般只能做成零电流开关(ZCS)。现有的移相全桥PWM转换器通常是在变压器的初级串接一个饱和电感，在一定的负载范围内实现软开关功能，但同时也存在较大的占空比丢失，饱和电感发热严重，轻载和空载时无法进入
软开关状态。导致在超高频工作状态时(如> ΙΟΟΚΗζ)，空载损耗巨大，甚至发生炸机等现象，成为大功率开关电源往高频化发展的一大障碍。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够解决占空比丢失、饱和电感损耗大、空载时功率场效应管无法进入软开关状态而引起的损耗大等问题的新型3H移相全桥PWM转换器。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下一种新型3H移相全桥PWM转换器，包括第一 H形桥式谐振电路、第二 H形桥式功率传输电路、第三H形桥式谐振电路，所述第一 H形桥式谐振电路的输入端与电容相连接，所述第一 H形桥式谐振电路的输出端与所述第二 H形桥式功率传输电路的输入端相连接，所述第二 H形桥式功率传输电路的输出端与所述第三H形桥式谐振电路的输入端相连接。在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。进一步，所述第一 H形桥式谐振电路的前上桥臂为第一电容，前下桥臂为第三电容，后上桥臂为第一场效应管，后下桥臂为第三场效应管，横梁为第一电感。进一步，所述第三H形桥式谐振电路的前上桥臂为第二场效应管，后上桥臂为第四场效应管，后上桥臂为第二电容，后下桥臂为第四电容，横梁为第二电感。进一步，所述第二 H形桥式功率传输电路的前上桥臂和前下桥臂分别为所述第一H形桥式谐振电路的后上桥臂和后下桥臂，所述第二 H形桥式功率传输电路的后上桥臂和后下桥臂分别为所述第三H形桥式谐振电路的前上桥臂和所述前下桥臂，横梁为变压器。进一步，所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管中每个场效应管的源极和漏极之间分别连接一寄生二极管，所述场效应管的源极与所述寄生二极管的正极相连接，所述场效应管的漏极与所述寄生二极管的负极相连接，所述寄生二极管还与一寄生电容相并联。采用上述方案的有益效果是与传统的移相全桥相比，增加了两个电感、四个电容，器件增加不多，电路结构简洁，可以大幅度减小场效应管在开通关断时造成的损耗和结电容损耗，并减少电磁辐射及干扰，将其应用于大功率开关电源具有很大的优势。
图I为本实用新型PWM变换器的电路拓扑结构图；图2为本实用新型场效应管V2和V4的驱动波形及谐振电感L2的电流波形图图；图3为本实用新型Vin=380V，Vout=400V，输出功率3KW，工作频率ΙΟΟΚΗζ成品机型的电路元器件参数。附图中，各标号所代表的部件列表如下C21、第一电容，C22、第二电容，C23、第三电容，C24、第四电容，VI、第一场效应管， V2、第二场效应管，V3、地三场效应管，V4、第四场效应管，LI、第一电感，L2、第二电感，Tl、变压器，D1、D2、D3、D4、寄生二极管，Cl、C2、C3、C4、寄生电容，C11、电容。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。如图I所示，一种新型3H移相全桥PWM转换器，包括第一 H形桥式谐振电路、第二H形桥式功率传输电路、第三H形桥式谐振电路，所述第一 H形桥式谐振电路的输入端与电容相连接，所述第一 H形桥式谐振电路的输出端与所述第二 H形桥式功率传输电路的输入端相连接，所述第二 H形桥式功率传输电路的输出端与所述第三H形桥式谐振电路的输入端相连接。所述第一 H形桥式谐振电路的前上桥臂为第一电容C21，前下桥臂为第三电容C23,后上桥臂为第一场效应管VI,后下桥臂为第三场效应管V3,横梁为第一电感LI。所述第三H形桥式谐振电路的前上桥臂为第二场效应管V2，后上桥臂为第四场效应管V4，后上桥臂为第二电容C22，后下桥臂为第四电容C24，横梁为第二电感L2。所述第二 H形桥式功率传输电路的前上桥臂和前下桥臂分别为所述第一 H形桥式谐振电路的后上桥臂和后下桥臂，所述第二 H形桥式功率传输电路的后上桥臂和后下桥臂分别为所述第三H形桥式谐振电路的前上桥臂和所述前下桥臂，横梁为变压器Tl。所述第一场效应管VI、第二场效应管V2、第三场效应管V3和第四场效应管V4中每个场效应管的源极S和漏极D之间分别连接一寄生二极管Dl或D2或D3或D4，所述场效应管的源极与所述寄生二极管的正极相连接，所述场效应管的漏极与所述寄生二极管的负极相连接，所述寄生二极管还与一寄生电容Cl或C2或C3或C4相并联。场效应管VI、V2、V3和V4根据工作频率的不同可以是场效应晶体管，或者是IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)。二极管D1、D2、D3和D4可以作为场效应管V1、V2、V3和V4本身的寄生二极管，也可以是外接的快恢复二极管。电容Cl、C2、C3和C4分别作为场效应管VI、V2、V3和V4的结电容或结电容与外接电容之和。本实用新型PWM变换器工作时第一 H形桥式谐振电路和第三H形桥式谐振电路独立谐振，而且零电压开关的条件与负载状态无关。下面根据图I、图2以第三H形桥式谐振电路的工作状态分析一下其原理[0026]在t(Ttl时刻，第二场效应管V2导通，第四场效应管V4截止，电流经第二场效应管V2、第二电感L2，第二电容C22放电、第四电容C24充电，第二电感L2上电流线性上升。在t2时刻，第二场效应管V2截止，第四场效应管V4保持截止，第二电感L2的续流回路由第二电容C2、第四电容C4提供，第二电容C2充电，第四电容C4放电，第二电容C2充电至Vin时，第四C4亦放电为零，此时，二极管D4导通续流，第四场效应管V4具备了零电压开通条件。在t2、3时刻，第二场效应管V2保持截止，第四场效应管V4导通，第四场效应管V4零电压导通。后，第二电感L2经过第四场效应管V4续流并逐渐递减到零，第二电容C22和第四电容C24上的电能开始反向给第二电感L2供电，电感反向电流线性上升。在t3、4时刻，第二场效应管V2保持截止，第四场效应管V4截止，由于第二电容C2、第四电容C4的存在，第四场效应管V4截止后，第二电容C2、第四电容C4给第二电感L2提供续流，由于第二电容C2、第四电容C4的存在，第四场效应管V4漏极和源极电压从零上·升，第四场效应管V4零电压关断，当第四电容C4电压充至输入电压Vin时，第二电容C2亦放电至零，二极管D2导通为第二电感L2提供续流，此时，第二场效应管V2具备了零电压开通条件。在t4、5时刻，第二场效应管V2导通，第四场效应管V4保持截止，电路进入下一个工作周期。第一 H形桥式谐振电路的工作原理和第三H形桥式谐振电路的工作原理相同。图3给出了 Vin=380V，Vout=400V，输出功率3KW，工作频率IOOKHz成品机型的电
路参数。经成品3KW机器测试，性能指标如下I、空载损耗彡20W (包含控制电路板及供电电源损耗)；2、半载效率彡96. 2% ;3、满载效率彡96% ；4、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24温升彡10°C ；5、电感LI、电感L2温升彡30°C。对比我们设计的上一代ZVSZCS 3KW移相全桥机器，本实用新型空载损耗降低了约85%，半载效率、满载效率提高1%，并且从空载到满载全负载范围内实现真正意义上的零电压开关，整机无明显发热器件，综合效率明显提高。本实用新型3H移相全桥电路拓扑结构为大功率开关电源向超闻频发展提供了一个闻效可罪的方案。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种新型3H移相全桥PWM转换器，其特征在于包括第一 H形桥式谐振电路、第二H形桥式功率传输电路、第三H形桥式谐振电路，所述第一 H形桥式谐振电路的输入端与电容相连接，所述第一 H形桥式谐振电路的输出端与所述第二 H形桥式功率传输电路的输入端相连接，所述第二 H形桥式功率传输电路的输出端与所述第三H形桥式谐振电路的输入端相连接。
2.根据权利要求I所述的一种新型3H移相全桥PWM转换器，其特征在于所述第一H形桥式谐振电路的前上桥臂为第一电容，前下桥臂为第三电容，后上桥臂为第一场效应管，后下桥臂为第三场效应管，横梁为第一电感。
3.根据权利要求I所述的一种新型3H移相全桥PWM转换器，其特征在于所述第三H形桥式谐振电路的前上桥臂为第二场效应管，后上桥臂为第四场效应管，后上桥臂为第二电容，后下桥臂为第四电容，横梁为第二电感。
4.根据权利要求I所述的一种新型3H移相全桥PWM转换器，其特征在于所述第二H形桥式功率传输电路的前上桥臂和前下桥臂分别为所述第一 H形桥式谐振电路的后上桥臂和后下桥臂，所述第二 H形桥式功率传输电路的后上桥臂和后下桥臂分别为所述第三H形桥式谐振电路的前上桥臂和所述前下桥臂，横梁为变压器。
5.根据权利要求I至4任一所述的一种新型3H移相全桥PWM转换器，其特征在于所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管中每个场效应管的源极和漏极之间分别连接一寄生二极管，所述场效应管的源极与所述寄生二极管的正极相连接，所述场效应管的漏极与所述寄生二极管的负极相连接，所述寄生二极管还与一寄生电容相并联。
专利摘要本实用新型涉及一种新型3H移相全桥PWM转换器，包括第一H形桥式谐振电路、第二H形桥式功率传输电路、第三H形桥式谐振电路，所述第一H形桥式谐振电路的输入端与电容相连接，所述第一H形桥式谐振电路的输出端与所述第二H形桥式功率传输电路的输入端相连接，所述第二H形桥式功率传输电路的输出端与所述第三H形桥式谐振电路的输入端相连接。本实用新型的特点是电路结构简洁，可以大幅度减小场效应管在开通关断时造成的损耗和结电容损耗，并减少电磁辐射及干扰，将其应用于大功率开关电源具有很大的优势。
文档编号H02M3/338GK202535278SQ20122009502
公开日2012年11月14日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者卞正元 申请人:江苏绿阳新能源科技有限公司