專利名稱：軟性切換的移相式全橋電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種軟性切換的移相式全橋電路，特別是涉及一種使超前橋臂、滯后橋臂均易于實現零電壓切換，且有效解決輸出整流二極管反向恢復問題的軟性切換的移相式全橋電路。
背景技術：
請參閱圖19所示，是一種既有的移相式全橋電路，其包括有一變壓器70；一超前橋臂71，是由兩電晶體M1、M2組成，該兩電晶體M1、M2的連接節點是與變壓器70一次側的一端連接；一滯后橋臂72，是由兩電晶體M3、M4組成，該兩電晶體M3、M4的連接節點是與變壓器70一次側的另端連接；一諧振電感Ls，是串接于超前橋臂71中兩電晶體M1、M2的連接節點與變壓器70一次側之間；一輸出電路73，是設于變壓器70的二次側上，主要由整流二極管D5、D6、輸出電感L5及輸出電容C0等組成。
前述超前橋臂71中的兩電晶體M1、M2與滯后橋臂72的兩電晶體M3、M4均是以180度構成互補導通，而超前橋臂71與滯后橋臂72的導通是相差一個相位，故稱為移相式。而超前橋臂71兩電晶體M1、M2的驅動信號是分別領先于滯后橋臂72的兩電晶體M3、M4。
與傳統的全橋電路相較，前述的全橋電路在變壓器70一次側與超前橋臂71兩電晶體M1、M2連接節點間串接有一諧振電感Ls。如是的設計可以使滯后橋臂72兩電晶體M3、M4在寬負載范圍實現零電壓切換，然而衍生的問題是因加入的諧振電感Ls損耗大，且使電路的有效占空比損失嚴重，另變壓器70二次側整流二極管的反向恢復問題亦未獲得解決。
請參閱圖20所示，是又一種已知的移相式全橋電路，其基本架構與圖19大致相同，不同處在于諧振電感Ls是串接于變壓器70二次側與整流二極管D5之間。此種變型設計存在問題與第十九圖相同，都是加入電感后損耗大，且未解決整流二極管的反向恢復問題。
請參閱圖21所示，是再一種已知的移相式全橋電路，其基本架構與圖19大致相同，不同處在于變壓器70一次側上增加了兩箝位二極管D7、D8。此種設計雖可有效地降低變壓器70二次側上整流二極管因反向恢復而產生的電壓尖峰，但該線路依然存在所加電感損耗大、占空比損失嚴重等問題，且變壓器70二次側整流二極管的反向恢復亦未完全改善。
由上述可知，既有移相式全橋電路普遍存在加入諧振電感后線路損耗變大且整流二極管反向恢復問題未獲完全改善等問題，除此以外，所述全橋電路的滯后橋臂72電晶體M3、M4實現零電壓切換較為不易，原因在于電晶體截止后，變壓器70二次側被短路，反射至一次側的負載電流并未參與對電晶體M3、M4上寄生電容C3、C4的充放電，僅僅依靠變壓器70泄漏電感中儲存的能量，兩電晶體M3、M4即很難實現零電壓切換。
上述現有的移相式全橋電路在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決移相式全橋電路存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一般產品又沒有適切的結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的問題。
有鑒于上述現有的移相式全橋電路存在的缺陷，本設計人基于從事此類產品設計制造多年豐富的實務經驗及專業知識，并配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種新型結構的軟性切換的移相式全橋電路，能夠改進一般現有的移相式全橋電路，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，并經反復試作樣品及改進后，終于創設出確具實用價值的本發明。
發明內容
本發明的主要目的在于，克服上述現有的移相式全橋電路存在的不便與缺陷，而提供一種新型結構的軟性切換的移相式全橋電路，所要解決的技術問題是使其可有效降低線路損耗、易于實現零電壓切換，且有效解決輸出整流二極管反向恢復問題，從而更加適于實用。
本發明的目的及解決其技術問題是采用以下的技術方案來實現的。依據本發明提出的一種軟性切換的移相式全橋電路，其包括一變壓器；一超前橋臂，由兩電晶體組成，該兩電晶體的連接節點是與變壓器一次側的一端連接；一滯后橋臂，由兩電晶體組成，該兩電晶體的連接節點是與變壓器一次側的另端連接；一阻斷電容，串接于超前橋臂中兩電晶體的連接節點與變壓器一次側之間；一輔助橋臂，由至少一電容與相連接的一電感組成，該電容一端與電源連接，另端通過電感與變壓器一次側連接；以及一輸出電路，設于變壓器的二次側上。
本發明的目的及解決其技術問題還可以采用以下的技術措施來進一步實現。
前述的軟性切換的移相式全橋電路，其中所述的輔助橋臂是由兩電容及一電感組成，兩電容是相互連接且跨接于電源端上，其二者的連接節點通過電感與變壓器一次側連接。
前述的軟性切換的移相式全橋電路，其中所述的輔助橋臂是由一電容與電感組成，電容一端與電源端連接，另端通過電感與變壓器一次側連接。
前述的軟性切換的移相式全橋電路，其中所述的輔助橋臂進一步設有一另一電感，其連接于兩電容連接節點及阻斷電容之間。
前述的軟性切換的移相式全橋電路，其中所述的輸出電路是由兩整流二極管、一輸出電感、一輸出電容等組成的全波整流電路。
前述的軟性切換的移相式全橋電路，其中所述的輸出電感是串接于變壓器二次側與輸出端正端之間。
前述的軟性切換的移相式全橋電路，其中所述的輸出電感是串接于變壓器二次側與輸出端負端之間。
前述的軟性切換的移相式全橋電路，其中所述的輸出電路是由一橋式整流器、一輸出電感、一輸出電容等組成。
前述的軟性切換的移相式全橋電路，其中所述的變壓器一次側與阻斷電容之間串接有一諧振電感。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，為了達到前述發明目的，本發明所運用的技術手段在于提供一種軟性切換的移相式全橋電路，包括有一變壓器；一超前橋臂，是由兩電晶體組成，該兩電晶體的連接節點是與變壓器一次側的一端連接；一滯后橋臂，是由兩電晶體組成，該兩電晶體的連接節點是與變壓器一次側的另端連接；一阻斷電容，是串接于超前橋臂中兩電晶體的連接節點與變壓器一次側之間；一諧振電感，是串接于變壓器一次側與阻斷電容之間，一輔助橋臂，是由至少一電容與相連接的一電感組成，該電容一端與電源連接，另端通過電感與變壓器一次側連接；一輸出電路，是設于變壓器的二次側上，由至少兩整流二極管、一輸出電感、一輸出電容等組成。
在前述電路設計中，是利用輔助橋臂儲存能量在滯后橋臂電晶體截止后對其寄生電容進行充放電，以便更易于實現零電壓切換；再者，由于阻斷電容的加入，除可防止變壓器偏磁外，且在環流開始階段提供一個電壓迫使一整流二極管導通，從而將變壓器二次側繞組短路，阻斷電容與諧振電感開始諧振，使一次側電流轉換負。而二次側電流由一整流二極管向另一整流二極管轉移，在轉移完成后，轉移電流的整流二極管實現零電流切換，從而可有效抑制變壓器二次側整流二極管的反向恢復問題。
前述的輔助橋臂是由兩電容及一電感組成，兩電容是相互連接且跨接于電源端上，其二者的連接節點通過電感與變壓器一次側連接。
前述諧振電感為一獨立電感元件。
前述諧振電感是利用變壓器的泄漏電感構成。
前述輸出電路為一全波整流電路。
前述輸出電路為一橋式整流器。
借由上述技術方案，本發明軟性切換的移相式全橋電路至少具有下列優點本發明本發明關于一種軟性切換的移相式全橋電路，包括有一變壓器、一連接于變壓器一次側一端的超前橋臂、一連接于變壓器一次側另端的滯后橋臂、一連接于電源端的輔助橋臂、一串接于變壓器一次側與超前橋臂之間的阻斷電容及一設于變壓器二次側的輸出電路；其中，該輔助橋臂是由令兩電容跨接于電源端，兩電容問的連接節點是通過一電感連接至變壓器的一次側。前述電路設計除超前橋臂易于達成零電壓切換外，利用輔助橋臂提供的電流可使滯后橋臂亦易于達成零電壓切換；又阻斷電容的加入，不僅可防止變壓器偏磁，亦可與輔助橋臂共同作用，使得輸出電路中輸出整流二極管實現零電流關斷，從而更加適于實用。
綜上所述，本發明特殊結構的軟性切換的移相式全橋電路，其具有上述諸多的優點及實用價值，并在同類產品中未見有類似的結構設計公開發表或使用而確屬創新，其不論在結構上或功能上皆有較大的改進，在技術上有較大的進步，并產生了好用及實用的效果，且較現有的移相式全橋電路具有增進的多項功效，從而更加適于實用，而具有產業的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
圖1是本發明第一較佳實施例的詳細電路圖。
圖2是本發明第一較佳實施例的工作周期時序圖。
圖3-圖12是本發明第一較佳實施例標示有工作周期中電流流動方向符號的詳細電路圖。
圖13是本發明第二較佳實施例的詳細電路圖。
圖14是本發明第三較佳實施例的詳細電路圖。
圖15是本發明第四較佳實施例的詳細電路圖。
圖16是本發明第五較佳實施例的詳細電路圖。
圖17是本發明第六較佳實施例的詳細電路圖。
圖18是本發明第七較佳實施例的詳細電路圖。
圖19是一種已知移相式全橋電路的詳細電路圖。
圖20是又一種已知移相式全橋電路的詳細電路圖。
圖21是再一種已知移相式全橋電路的詳細電路圖。
10變壓器11超前橋臂12滯后橋臂 13輸出電路20輔助橋臂70變壓器71超前橋臂72滯后橋臂 73輸出電路具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的軟性切換的移相式全橋電路其具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
如圖1所示，揭示有本發明一較佳實施的詳細電路圖，其包括有一變壓器10圖中符號NP為一次側的繞組匝數，NS1、NS2為二次側繞組匝數，且n＝NP/NS1＝NP/NS2；一超前橋臂11，是由兩電晶體M1、M2組成，該兩電晶體M1、M2的連接節點是與變壓器10一次側的一端連接；一滯后橋臂12，是由兩電晶體M3、M4組成，該兩電晶體M3、M4的連接節點是與變壓器10一次側的另端連接；一阻斷電容C8，是串接于超前橋臂11中兩電晶體M1、M2的連接節點與變壓器10一次側之間；一諧振電感Ls，是串接于變壓器10一次側與阻斷電容C8之間；一輔助橋臂20，是由兩電容C6、C7及一電感L7組成，兩電容C6、C7是相互連接且跨接于電源端Vin上，兩電容C6、C7的連接節點是通過電感L7與變壓器10一次側連接；一輸出電路13，是設于變壓器10的二次側上，主要由整流二極管D5、D6、輸出電感L5及輸出電容C0等組成。
又如圖2所示，是前述全橋電路主要元件在一個工作周期內的理論波形，以下謹就前述全橋電路在該周期內各個階段的工作原理進一步說明如后t0～t1階段請配合參閱圖3所標示的電流方向，在t0之前，電晶體M1、電晶體M3的本體二極管D3導通(iL7＞iP)，電晶體M3源泄極兩端的電壓箝位在0V。在t0時刻，電晶體M3零電壓開通，此時施加在輔助橋臂20上電感L7兩端的電壓Vac為Vin/2，使iL7開始減小并反向增大，流經電晶體M3的電流iD(M3)＝iP-iL7變壓器10一次側電流通過變壓器10、輸出電路13的整流二極管D5向負載傳遞功率。
t1～t2階段如圖4所示。在t1時，電晶體M1在超前橋臂10中兩電容C1、C2的作用下達成零電壓關斷，此時反射至變壓器10一次側的電流Io/n與變壓器10的激磁電流開始共同對超前橋臂11中的電容C1進行充電，并對另一電容C2進行放電，而電晶體M1源泄極兩端的電壓開始上升，電晶體M2源泄極兩端的電壓(b點電壓)開始下降。
t2～t3階段如圖5所示。在t2時，電晶體M1源泄極兩端的電壓上升到Vin，電晶體M2源泄極兩端的電壓下降到0V，同時箝位在0V(忽略電晶體M2上本體二極管D2的導通壓降)，為電晶體M2零電壓開通建立條件。從t2開始，整流二極管D5、D6開始換流，變壓器10二次側被短路，而切斷變壓器10二次側反射到變壓器10一次側的電感n2L5，變壓器10一次側電流iP在VC8作用下，以VC8/LS的速率開始降低。
t3～t4階段如圖6、圖7所示。在t3時，電晶體M2零電壓開通，變壓器變壓器10二次側依然被短路，變壓器10一次側電流繼續以VC8/LS的速率下降并反向增大。
t4～t5階段如圖8所示。在t4時，變壓器10一次側電流反向增大到Io/n，流經整流二極管D5的電流減小到零并開始反向增大，另一整流二極管D6的電流增大到Io；變壓器10一次側電流下降率為VC8/LS，整流二極管D5的電流下降率為(n/2)×(VC8/LS)，另一整流二極管D6的電流上升率為(n/2)×(VC8/LS)。
在前揭先前技術中，圖19所示輸出電路73的整流二極管D5、D6各別的電流下降率與上升率為(n/2)×(Vin/LS)，而Vin＞＞VC8，致使整流二極管D5的反向恢復和相對應的負面效應較強，通過本發明的改良設計，輸出電路13中整流二極管D5的電流下降率已降低，其意味著反向恢復效應已得到有效的抑制。
t5～t6階段如圖9所示。在t5時，流經整流二極管D5的反向恢復電流達到最大值并開始迅速下降，整流二極管D5開始恢復阻斷，其電流下降率di/dt，并在線路中的寄生電感(一般感量較小)上產生一個電壓尖峰，此電壓尖峰與2×(VC8/n)相迭加，形成整流二極管D5的反向電壓。在此時段，線路中的電流流向與t4～t5階段完全一致，只是變壓器10一次側電流從峰值迅速回落，最后達到Io/n，從而整流二極管D5與D6換流結束。
在前揭先前技術中的圖19所示，因整流二極管D5的電流下降率較高，所產生的電壓尖峰也較高，此電壓尖峰再與2×(Vin/n)(非2×(VC8/n))相迭加，致使整流二極管D5的反向電壓較高。而經過本發明提出的技術方案，輸出電路13中整流二極管D5的電壓應力已顯著降低而獲得改善。
t6～t7階段如圖10所示。t6時，滯后橋臂12電晶體M3在滯后橋臂12的電容C3、C4作用下達成零電壓關斷，此時電流(iL7-iP)開始對電容C3進行充電、對電容C4進行放電，電晶體M3源泄極兩端的電壓(c點電壓)開始上升，電晶體M4源泄極兩端的電壓開始下降。
t7～t8階段如圖11所示。t7時，電晶體M3源泄極兩端的電壓上升到Vin，電晶體M4源泄極兩端的電壓下降到0V，同時箝位在0V(忽略電晶體M4本體二極管D4的導通壓降)，為電晶體M4零電壓開通建立條件；儲存在輔助橋臂20電感L7中的能量開始通過電晶體M4本體二極管D4回饋至輸入電源Vin，流經電晶體M4本體二極管D4的電流為(iL7-iP)。
t8以后如圖12所示，t8時，電晶體M4零電壓開通，流經電晶體M4的電流依然為(iL7-iP)，iL7在Vac＝-Vin/2的作用下開始減小并反向增大，當iL7下降到小于iP時，流經電晶體M4的電流正向上升，此后電路進入下半周期的工作過程。由于下半周期的工作過程與上半周期類似，故不再詳述。
由上述說明可了解本發明一較佳實施例的具體電路構造及其詳細的工作原理，而經進一步歸納本發明的特點是如下列超前橋臂11的電晶體M1、M2實現零電壓切換在電晶體關斷后，由于有反射至變壓器10一次側的負載電流(Io/n，Io為負載電流)參與對電晶體M1、M2的寄生電容C1、C2進行充放電，對于電晶體M1、M2而言，即可很容易地實現零電壓切換，此為移相全橋電路的基本優勢。
滯后橋臂12的電晶體M3、M4實現零電壓切換在電晶體M3、M4關斷后，因變壓器10二次側被短路，反射至一次側的負載電流并未能對電晶體M3、M4的寄生電容C3、C4進行充放電，單純利用變壓器10漏感中儲存的能量，很難使電晶體M3、M4實現零電壓切換。本發明經由增加輔助橋臂20，利用輔助橋臂20中電容C6、C7、電感L7提供的電流，對電晶體M3、M4的寄生電容C3、C4進行充放電，因而可以實現電晶體M3、M4的零電壓切換。。
阻斷電容C8的作用與一般移相式全橋電路不同的是，阻斷電容C8不僅可防止變壓器10偏磁，而且在環流開始階段提供一個電壓迫使整流二極管D6導通(假設先前為另一整流二極管D5導通傳遞功率)，從而使變壓器二次側繞組短路，阻斷電容C8與諧振電感Ls隨即開始諧振，使變壓器一次側電流iP由Io/n轉變為-Io/n。二次側電流由整流二極管D5向D6轉移，當轉移完成后，整流二極管D5實現了零電流關斷，從而抑制變壓器10二次側上整流二極管的反向恢復問題。
輔助橋臂20的作用在環流階段，變壓器10一次側電流iP在由Io/n(或-Io/n)轉變為-Io/n(或Io/n)的過程中，提供一電流通路，以防止該電流流經滯后橋臂12中電晶體M3、M4的本體二極管D3、D4。
而如前揭所述，在滯后橋臂12電晶體M3、M4切換期間，輔助橋臂20提供電流而對電晶體M3、M4的寄生電容C3、C4充放電，滯后橋臂12電晶體M3、M4得以實現零電壓切換。
除前述第一實施例外，本發明得以其他變化設計予以實現如圖13所示，其基本架構與第一實施例相同，欲強調說明的是變壓器10一次側上串接的諧振電感Ls可以是一個獨立的電感元件，亦可由變壓器10的泄漏電感所等效取代，原因在于諧振電感Ls為一感值較很小的電感。
如圖14所示，是本發明第三較佳實施例，其基本架構仍與第一實施例相同，不同處在于該輔助橋臂20是僅由單一的電容C7與電感L7組成，由于輔助橋臂20的電容值較大(指電容C6、C7的電容值)，可以確保線路中a點的電壓穩定在Vin/2，且紋波較小；在此前提下，輔助橋臂20可以采用LC來代替LCC，采用LC線路時，在單一電容C7的狀況下，其電容值取大，亦可確保a點電壓穩定在Vin/2，且紋波較小。
如圖15所示，是本發明第四較佳實施例，其基本架構仍與第一實施例相同，不同處在于該輔助橋臂20中增加了一電感L8，該電感L8是串接于兩電容C6、C7連接節點a與阻斷電容C8(b點)之間。由于全橋電路在空載或輕載情況下，電流Io/n較小，可能沒有足夠的能量對超前橋臂11電晶體M1、M2的寄生電容C1、C2進行充放電，可能使電晶體M1、M2的零電壓切換較難實現，如在輔助橋臂20中加入另一電感L8，即可提供一路輔助電流對電晶體M1、M2的寄生電容C1、C2進行充放電，使電晶體M1、M2在全負載范圍內實現零電壓切換。
前述各實施例是針對變壓器10一次側的橋臂作變化設計，除此以外，本發明亦可針對變壓器10二次側的輸出電路13作變化設計如圖16所示，是本發明第五較佳實施例，其基本架構仍與第一實施例相同，不同處在于該輸出電路13中作為全波整流的整流二極管D5、D6可由一橋式整流器D5～D8所取代。
如圖17所示，是本發明第六較佳實施例，其基本架構與第一實施例相同，不同處在于該輸出電路13中的輸出電感L5由輸出端正端調換至負端。
如圖18所示，是本發明第七較佳實施例，其基本架構仍與第一實施例相同，不同處在于該輸出電路13中的整流二極管D5、D6極性互換，此是由于變壓器10二次側的繞組對稱，故將整流二極管D5、D6極性互換，不致影響電路的正常工作。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上的實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種軟性切換的移相式全橋電路，其特征在于其包括一變壓器；一超前橋臂，由兩電晶體組成，該兩電晶體的連接節點是與變壓器一次側的一端連接；一滯后橋臂，由兩電晶體組成，該兩電晶體的連接節點是與變壓器一次側的另端連接；一阻斷電容，串接于超前橋臂中兩電晶體的連接節點與變壓器一次側之間；一輔助橋臂，由至少一電容與相連接的一電感組成，該電容一端與電源連接，另端通過電感與變壓器一次側連接；以及一輸出電路，設于變壓器的二次側上。
2.根據權利要求1所述的軟性切換的移相式全橋電路，其特征在于其中所述的輔助橋臂是由兩電容及一電感組成，兩電容是相互連接且跨接于電源端上，其二者的連接節點通過電感與變壓器一次側連接。
3.根據權利要求1所述的軟性切換的移相式全橋電路，其特征在于其中所述的輔助橋臂是由一電容與電感組成，電容一端與電源端連接，另端通過電感與變壓器一次側連接。
4.根據權利要求2所述的軟性切換的移相式全橋電路，其特征在于其中所述的輔助橋臂進一步設有另一電感，其連接于兩電容連接節點及阻斷電容之間。
5.根據權利要求1所述的軟性切換的移相式全橋電路，其特征在于其中所述的輸出電路是由兩整流二極管、一輸出電感、一輸出電容等組成的全波整流電路。
6.根據權利要求5所述的軟性切換的移相式全橋電路，其特征在于其中所述的輸出電感是串接于變壓器二次側與輸出端正端之間。
7.根據權利要求5所述的軟性切換的移相式全橋電路，其特征在于其中所述的輸出電感是串接于變壓器二次側與輸出端負端之間。
8.根據權利要求1所述的軟性切換的移相式全橋電路，其特征在于其中所述的輸出電路是由一橋式整流器、一輸出電感、一輸出電容等組成。
9.根據權利要求1至8任一項所述的軟性切換的移相式全橋電路，其特征在于其中所述的變壓器一次側與阻斷電容之間串接有一諧振電感。
全文摘要
本發明關于一種軟性切換的移相式全橋電路，包括有一變壓器、一連接于變壓器一次側一端的超前橋臂、一連接于變壓器一次側另端的滯后橋臂、一連接于電源端的輔助橋臂、一串接于變壓器一次側與超前橋臂之間的阻斷電容及一設于變壓器二次側的輸出電路；其中，該輔助橋臂是由令兩電容跨接于電源端，兩電容間的連接節點是通過一電感連接至變壓器的一次側。前述電路設計除超前橋臂易于達成零電壓切換外，利用輔助橋臂提供的電流可使滯后橋臂亦易于達成零電壓切換；又阻斷電容的加入，不僅可防止變壓器偏磁，亦可與輔助橋臂共同作用，使得輸出電路中輸出整流二極管實現零電流關斷。
文檔編號H02M7/5387GK101060284SQ20061007638
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月20日 優先權日2006年4月20日
發明者馬小林, 周軍, 馬皓 申請人:康舒科技股份有限公司