一种高效谐振软开关桥臂电路结构的制作方法

本发明涉及电源领域，特别涉及一种高效谐振软开关桥臂电路结构。

背景技术：

1、通用硬开关逆变桥臂电路比较普遍地应用于dc/dc和dc/ac中，对于效率要求不高、开关速度较慢的igbt这是比较成熟的电路结构，但随着市场对电源体积、效率等要求不断提高，需要逆变电源实现高频化、高效化、和高功率密度化后，igbt器件因开关损耗大、工作频率低，已经不太适用，需要采用新一代半导体器件。当采用新一代半导体器件(比如sic碳化硅器件、gan氮化镓器件)后，如果还沿用通用硬开关逆变桥臂电路则会产生大量的emi问题，电源的可靠性会变得很差，因此带谐振的软开关逆变桥臂电路的研究和应用成了解决当前市场需求的关键钥匙。

2、虽然公开资料显示了一种桥臂无损吸收电路(参见图1)，但这是无效电路、原因如下：任何磁性元件维持磁平衡，都需要励磁和退磁的伏秒平衡，谐振电感l2通过桥臂(功率管q1的c极电压)回路励磁，然后再通过电容c2的电压+vc2退磁，则+vc2的平均电压一定要高于母线+的平均电压+hvdc，但当+vc2的平均电压高于母线+的平均电压+hvdc后，电感l3就会承受直流平均电压，电感l3必然饱和(等效于短路)，那么+vc2电压就和母线+的电压+hvdc值一样了，由此得到谐振电感l2只有励磁，而不能通过电容c2的电压+vc2退磁，谐振电感l2也进入饱和状态(等效于短路)，因此整个无损吸收电路不能正常工作。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，提供了一种高效谐振软开关桥臂电路结构，通过加入桥臂换流谐振电路以及dc/dc能量回馈电路实现逆变桥臂换流时功率开关零电流开通、和零电压关断，达到了低损耗、低emi的功率开关的目的。

2、本发明采用的技术方案如下：一种高效谐振软开关桥臂电路结构，包括通用硬开关逆变桥臂电路、桥臂换流谐振电路以及dc/dc能量回馈电路；所述硬开关逆变桥臂电路经桥臂换流谐振电路与dc/dc能量回馈电路连接，dc/dc能量回馈电路经母线再与硬开关逆变桥臂电路连接；

3、其中，所述dc/dc能量回馈电路为boost dc/dc能量回馈电路或buck dc/dc能量回馈电路。

4、进一步的，所述boost dc/dc能量回馈电路包括功率开关q3、二极管d5、电感l3、母线电容c3，所述功率开关q3源极与桥臂换流谐振电路连接，漏极分别与二极管d5正极和电感l3第二端连接，电感l3第一端接地，二极管d5负极接至母线，功率开关q3栅极外接控制信号。

5、进一步的，在所述dc/dc能量回馈电路为boost dc/dc能量回馈电路时，所述桥臂换流谐振电路包括谐振电容c1、谐振电感l2、二极管d3、二极管d4以及储能吸收电容c2，谐振电容c1第一端接至通用硬开关逆变桥臂电路，第二端分别与二极管d3正极和二极管d4负极连接；二极管d3负极分别接至通用硬开关逆变桥臂电路与谐振电感l2第二端，谐振电感l2第一端接地；二极管d4正极分别与boost dc/dc能量回馈电路中的功率开关q3源极和储能吸收电容c2第一端连接，储能吸收电容c2第二端接地。

6、进一步的，所述buck dc/dc能量回馈电路包括功率开关q4、二极管d6、电感l4，所述功率开关q4漏极与桥臂换流谐振电路连接，源极分别与二极管d6负极和电感l4第二端连接，二极管d6正极接地，电感l4第一端接至母线；功率开关q4栅极外接控制信号。

7、进一步的，在所述dc/dc能量回馈电路为buck dc/dc能量回馈电路时，所述桥臂换流谐振电路包括谐振电容c5、谐振电感l5、二极管d7、二极管d8以及储能吸收电容c6，谐振电容c5第二端接至通用硬开关逆变桥臂电路，第一端分别接至二极管d7负极和二极管d8正极；二极管d7正极分别接至通用硬开关逆变桥臂电路与谐振电感l5第一端，谐振电感l5第二端接至母线；二极管d8负极分别接至buck dc/dc能量回馈电路中的功率开关q4漏极和储能吸收电容c6第一端，储能吸收电容c6第二端接地。

8、进一步的，所述通用硬开关逆变桥臂电路包括功率开关q1、功率开关q2、电感l1、母线电容c3、输出滤波电容c4二极管d1以及二极管d2，电感l1第二端接至输出滤波电容c4第一端，电感l1第一端分别接至功率开关q1源极、功率开关q2漏极、二极管d1正极和二极管d2负极；功率开关q1漏极接至二极管d1负极，功率开关q2源极接至二极管d2正极，输出滤波电容c4第二端接地；母线电容c3第一端接至母线，第二端接地；功率开关q1栅极和功率开关q2栅极均外接控制信号。

9、进一步的，在所述dc/dc能量回馈电路为boost dc/dc能量回馈电路时，所述通用硬开关逆变桥臂电路中的功率开关q1漏极接至母线，经母线与boost dc/dc能量回馈电路连接；电感l1第一端与桥臂换流谐振电路中谐振电容c1的第一端连接；功率开关q2源极接至桥臂换流谐振电路中谐振电感l2第二端。

10、进一步的，在所述dc/dc能量回馈电路为buck dc/dc能量回馈电路时，所述通用硬开关逆变桥臂电路中的功率开关q1漏极接至桥臂换流谐振电路中谐振电感l5第一端；所述电感l1第一端接至桥臂换流谐振电路中谐振电容c5的第二端；功率开关q2源极接地。

11、进一步的，所述boost dc/dc能量回馈电路为小功率boost dc/dc能量回馈电路。

12、进一步的，所述buck dc/dc能量回馈电路为小功率buck dc/dc能量回馈电路。

13、与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明能可靠的实现桥臂换流时主功率开关零电流开通、零电压关断，及主回路二极管零电流和零电压关断，大幅降低了功率逆变的开关损耗、大幅降低emi噪音，提高电源的逆变效率和运行可靠性。

技术特征：

1.一种高效谐振软开关桥臂电路结构，其特征在于，包括通用硬开关逆变桥臂电路、桥臂换流谐振电路以及dc/dc能量回馈电路；所述硬开关逆变桥臂电路经桥臂换流谐振电路与dc/dc能量回馈电路连接，dc/dc能量回馈电路经母线再与硬开关逆变桥臂电路连接；

2.根据权利要求1所述的高效谐振软开关桥臂电路结构，其特征在于，所述boost dc/dc能量回馈电路包括功率开关q3、二极管d5、电感l3、母线电容c3，所述功率开关q3源极与桥臂换流谐振电路连接，漏极分别与二极管d5正极和电感l3第二端连接，电感l3第一端接地，二极管d5负极接至母线，功率开关q3栅极外接控制信号。

3.根据权利要求2所述的高效谐振软开关桥臂电路结构，其特征在于，在所述dc/dc能量回馈电路为boost dc/dc能量回馈电路时，所述桥臂换流谐振电路包括谐振电容c1、谐振电感l2、二极管d3、二极管d4以及储能吸收电容c2，谐振电容c1第一端接至通用硬开关逆变桥臂电路，第二端分别与二极管d3正极和二极管d4负极连接；二极管d3负极分别接至通用硬开关逆变桥臂电路与谐振电感l2第二端，谐振电感l2第一端接地；二极管d4正极分别与boost dc/dc能量回馈电路中的功率开关q3源极和储能吸收电容c2第一端连接，储能吸收电容c2第二端接地。

4.根据权利要求1所述的高效谐振软开关桥臂电路结构，其特征在于，所述buck dc/dc能量回馈电路包括功率开关q4、二极管d6、电感l4，所述功率开关q4漏极与桥臂换流谐振电路连接，源极分别与二极管d6负极和电感l4第二端连接，二极管d6正极接地，电感l4第一端接至母线；功率开关q4栅极外接控制信号。

5.根据权利要求4所述的高效谐振软开关桥臂电路结构，其特征在于，在所述dc/dc能量回馈电路为buck dc/dc能量回馈电路时，所述桥臂换流谐振电路包括谐振电容c5、谐振电感l5、二极管d7、二极管d8以及储能吸收电容c6，谐振电容c5第二端接至通用硬开关逆变桥臂电路，第一端分别接至二极管d7负极和二极管d8正极；二极管d7正极分别接至通用硬开关逆变桥臂电路与谐振电感l5第一端，谐振电感l5第二端接至母线；二极管d8负极分别接至buck dc/dc能量回馈电路中的功率开关q4漏极和储能吸收电容c6第一端，储能吸收电容c6第二端接地。

6.根据权利要求3或5所述的高效谐振软开关桥臂电路结构，其特征在于，所述通用硬开关逆变桥臂电路包括功率开关q1、功率开关q2、电感l1、母线电容c3、输出滤波电容c4二极管d1以及二极管d2，电感l1第二端接至输出滤波电容c4第一端，电感l1第一端分别接至功率开关q1源极、功率开关q2漏极、二极管d1正极和二极管d2负极；功率开关q1漏极接至二极管d1负极，功率开关q2源极接至二极管d2正极，输出滤波电容c4第二端接地；母线电容c3第一端接至母线，第二端接地；功率开关q1栅极和功率开关q2栅极均外接控制信号。

7.根据权利要求6所述的高效谐振软开关桥臂电路结构，其特征在于，在所述dc/dc能量回馈电路为boost dc/dc能量回馈电路时，所述通用硬开关逆变桥臂电路中的功率开关q1漏极接至母线，经母线与boost dc/dc能量回馈电路连接；电感l1第一端与桥臂换流谐振电路中谐振电容c1的第一端连接；功率开关q2源极接至桥臂换流谐振电路中谐振电感l2第二端。

8.根据权利要求6所述的高效谐振软开关桥臂电路结构，其特征在于，在所述dc/dc能量回馈电路为buck dc/dc能量回馈电路时，所述通用硬开关逆变桥臂电路中的功率开关q1漏极接至桥臂换流谐振电路中谐振电感l5第一端；所述电感l1第一端接至桥臂换流谐振电路中谐振电容c5的第二端；功率开关q2源极接地。

9.根据权利要求2所述的高效谐振软开关桥臂电路结构，其特征在于，所述boost dc/dc能量回馈电路为小功率boost dc/dc能量回馈电路。

10.根据权利要求4所述的高效谐振软开关桥臂电路结构，其特征在于，所述buck dc/dc能量回馈电路为小功率buck dc/dc能量回馈电路。

技术总结
本发明提供了一种高效谐振软开关桥臂电路结构，包括通用硬开关逆变桥臂电路、桥臂换流谐振电路以及DC/DC能量回馈电路；所述硬开关逆变桥臂电路经桥臂换流谐振电路与DC/DC能量回馈电路连接，DC/DC能量回馈电路经母线再与硬开关逆变桥臂电路连接；其中，所述DC/DC能量回馈电路为BOOST DC/DC能量回馈电路或BUCK DC/DC能量回馈电路。本发明能可靠的实现桥臂换流时主功率开关零电流开通、零电压关断，及主回路二极管零电流和零电压关断，大幅降低了功率逆变的开关损耗、大幅降低EMI噪音，提高电源的逆变效率和运行可靠性。

技术研发人员：马文长,韩鹤光,任会平,郑尧
受保护的技术使用者：四川航电微能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13