專利名稱：實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法及其電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及全橋驅動電路領域，尤其涉及一種可以實現全橋零電壓開關(ZVS Zero Voltage Switch)、零電流開關(ZCS :Zero Current Switch)驅動的方法及其電路。
背景技術：
隨著計算機與通信技術的飛速發展，作為配套設備的開關電源也獲得了長足的進步。對于大功率開關電源，現有的全橋驅動技術通常采用移相全橋方法，其通過采用專用集成電路及外配移相變壓器及諧振網絡來實現。但是，由于移相全橋技術在使用過程中參數的調整較為復雜，要求較高，通常只能實現上半橋的ZVS，這在電源設計領域是一個難點。此外，由于增加了移相變壓器，會使得其損耗增加，從而使電源整機的效率降低，在高密度大功率電源設計中受到一定的限制。再者，現有能提供移相全橋驅動IC的廠家屈指可數，因此用戶可選擇性較窄，且成本較高。
發明內容
本發明的一目的在于，提供一種實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法，其電源設計簡化，無需外接諧振網絡，調試簡便可靠，技術難度較低；本發明的另一目的在于，提供一種實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的電路， 其可以實現較大功率的電源設計，電源整機效率較高，功率較大，且成本較低。為實現上述目的，本發明提供一種實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法， 其包括如下步驟利用數字電路構成一雙輸出的方波發生器，其相位相差180° ,該方波發生器產生的3B、4B兩條波形經一全橋驅動器輸出上半橋驅動波形3Y、4Y，通過一變壓器隔離驅動上半橋；利用積分電路構成一死區時間調整電路，方波發生器產生的3Β、4Β兩條波形送入該死區時間調整電路，調整得到一個固定死區時間，同時作為下半橋開啟控制；利用邏輯門電路構成一三角波發生器觸發電路，方波發生器產生的3Β、4Β兩條波形送入該三角波發生器觸發電路后生成輸出波形C，其負向觸發特性使三角波發生器輸出一個近似三角波D，通過一反相器后得到一方波；利用邏輯門電路及積分電路構成一 ZCS及PWM調整電路，來自反相器的方波在該 ZCS及PWM調整電路中與3Β、4Β兩條波形合成后，得到輸出波形Ε、F，然后經全橋驅動器輸出1Υ、2Υ波形，以驅動下半橋；當負載變化時，三角波發生器的直流基準電壓相應產生高低變化，反相器輸出方波的脈寬發生對應變化，全橋驅動器輸出的Yl、Υ2波形的脈寬也相應變化，下半橋的導通時間因此得到改變，從而起到PWM控制作用。其中，所述雙輸出的方波發生器的頻率為150ΚΗΖ，該方波發生器產生的3Β、4Β兩條波形送至全橋驅動器的第6、10管腳輸入端，經全橋驅動器的Υ3、Υ4管腳輸出上半橋驅動波形3Y、4Y，然后通過變壓器Τ3隔離驅動全橋變換電路內的功率管Q8、QlO上半橋。本發明中，所述死區時間調整電路與三角波發生器觸發器電路之間分別連接有一電容C76、及C77，方波發生器產生的3Β、4Β兩條波形送入死區時間調整電路后，通過調整該電容C76及C77的大小得到一個固定死區時間，以防止上下半橋共態導通。本發明來自反相器的方波在ZCS及PWM調整電路中與3Β、4Β兩條波形合成后，在其第10與11管腳分別得到輸出波形Ε、F，將該波形E、F送至全橋驅動器的第2、4管腳輸入端，最后經全橋驅動器輸出1Υ、2Υ波形，以驅動全橋變換電路內的功率管Q9、Q10下半橋。此外，所述三角波發生器的輸出端與一光耦三極管的發射極相連接，當負載變化時，將檢測到的輸出端電流及電壓變化量送入一 PID調節電路，經過PID調解后，光耦三極管得到與輸出端電壓及電流變化量相一致的電流變化，使得光耦三極管的CE電壓發生相應的線性變化，從而使三角波發生器的直流基準電壓相應產生高低變化。進一步的，本發明還提供一種實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的電路，包括全橋變換電路、輸出整流濾波電路、及PID調節電路，其還包括PWM控制電路，所述全橋變換電路內包括有功率管08、09、010、及叭1 ;所述PWM控制電路內包括一相位相差180°的雙向輸入的方波發生器、死區時間調整電路、三角波發生器觸發電路、ZCS及PWM調整電路、全橋驅動器、及三角波發生器，該方波發生器分別與死區時間調整電路、三角波發生器觸發電路、ZCS及PWM調整電路、及全橋驅動器相連接，三角波發生器觸發電路與三角波發生器相連接，ZCS及PWM調整電路與全橋驅動器的輸入端相連接，該全橋驅動器的輸出端分別驅動功率管Q8、QlO上半橋、及Q9、Qll下半橋。具體的，所述雙輸出的方波發生器的頻率為150KHZ，該方波發生器采用數字電路構成，死區時間調整電路采用積分電路構成，三角波發生器觸發電路采用邏輯門電路構成， ZCS及PWM調整電路采用邏輯門電路及積分電路構成。更進一步的，所述全橋驅動器與全橋變換電路之間設有一變壓器T3，所述方波發生器產生的3B、4B兩條波形送至全橋驅動器的第6、10管腳輸入端，經全橋驅動器的Y3、Y4 管腳輸出上半橋驅動波形3Υ、4Υ，然后通過變壓器Τ3隔離驅動全橋變換電路內的功率管 Q8、Q10上半橋。此外，所述死區時間調整電路與三角波發生器觸發器電路之間分別連接有一電容 C76、及C77，三角波發生器與ZCS及PWM調整電路之間連接有一反相器IC2E，通過調整該電容C76、C77的大小得到一個固定死區時間作為下半橋開啟控制；來自方波發生器的3B、4B 兩條波形送至三角波發生器觸發電路后生成輸出波形C，三角波發生器輸出一個近似三角波D，通過反相器IC2E后得到一個方波。再者，所述PID調節電路與三角波發生器之間設有一光耦三極管，該光耦三極管的發射極接于三角波發生器的輸出端；反相器IC2E產生的方波在ZCS及PWM調整電路中與 3B、4B兩條波形合成后，在其第10與11管腳分別得到輸出波形E、F，將該波形E、F送至全橋驅動器的第2、4管腳輸入端，最后經全橋驅動器輸出1Y、2Y波形，以驅動全橋變換電路內的功率管Q9、QlO下半橋。本發明的實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法及其電路，其電源設計簡化、不需要外接諧振網絡，調試簡便可靠，技術難度較低；其采用通用的數字邏輯電路，成本較低，工作頻率可達500ΚΗζ，可極大的減小電源體積；此外，其電源整機效率較高，平均效率不低于92%，對高密度大功率電源的設計帶來極大的方便；再者，由于采用通用元件， 在一定條件下可實現集成電路話，最終的驅動電路就可以由現在的模塊便成為單片集成電路，安裝使用較為方便。
圖
程不意圖；圖塊不意圖；的時序圖。
I為本發明實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法一種具體實施例的流 2為本發明實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的電路一種具體實施例的模 3為圖2中各模塊之間的電路連接示意4為本發明實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的電路工作過程中驅動波形
具體實施例方式如圖I所示，本發明提供一種實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法，其包括如下步驟步驟1，利用通用數字電路構成一雙輸出的方波發生器，其相位相差180°，該方波發生器產生的3B、4B兩條波形經一全橋驅動器輸出上半橋驅動波形3Y、4Y，通過一變壓器隔離驅動上半橋。其中，所述雙輸出的方波發生器的頻率為150ΚΗΖ，該方波發生器產生的 3Β、4Β兩條波形送至全橋驅動器的第6、10管腳輸入端，經全橋驅動器的Υ3、Υ4管腳輸出上半橋驅動波形3Υ、4Υ，然后通過變壓器Τ3隔離驅動全橋變換電路內的功率管Q8、QlO上半橋。步驟2，利用積分電路構成一死區時間調整電路，方波發生器產生的3Β、4Β兩條波形送入該死區時間調整電路，調整得到一個固定死區時間，同時作為下半橋開啟控制。本發明中，所述死區時間調整電路與三角波發生器觸發器電路之間分別連接有一電容C76、 及C77，方波發生器產生的3Β、4Β兩條波形一路送入死區時間調整電路后，通過調整該電容 C76及C77的大小得到一個固定死區時間，用以防止上下半橋共態導通，同時作為下半橋開啟控制。步驟3，利用邏輯門電路構成一三角波發生器觸發電路，方波發生器產生的3Β、4Β 兩條波形送入該三角波發生器觸發電路后生成輸出波形C，其負向觸發特性使三角波發生器輸出一個近似三角波D,通過一反相器IC2E后得到一方波。步驟4，利用邏輯門電路及積分電路構成一 ZCS及PWM調整電路，來自反相器的方波在該ZCS及PWM調整電路中與3Β、4Β兩條波形合成后，得到輸出波形E、F，然后經全橋驅動器輸出1Y、2Y波形，以驅動下半橋。本發明來自反相器IC2E的方波在ZCS及PWM調整電路中與3Β、4Β兩條波形合成后，在該ZCS及PWM調整電路的第10與11管腳分別得到輸出波形Ε、F，將該波形E、F送至全橋驅動器的第2、4管腳輸入端，最后經全橋驅動器輸出1Υ、 2Υ波形，以驅動全橋變換電路內的功率管Q9、Q10下半橋。步驟5，當負載變化時，三角波發生器的直流基準電壓相應產生高低變化，反相器輸出方波的脈寬發生對應變化，全橋驅動器輸出的Yl、Y2波形的脈寬也相應變化，下半橋的導通時間因此得到改變，從而起到PWM控制作用。在本發明具體實施例中，所述三角波發生器的輸出端與一光耦三極管IClO的發射極相連接。當負載變化時，將檢測到的輸出端電流及電壓變化量送入一 PID調節電路，經過PID調解后，光耦三極管得到與輸出端電壓及電流變化量相一致的電流變化，使得光耦三極管的CE電壓發生相應的線性變化，從而使三角波發生器的直流基準電壓相應產生高低變化。進一步的，如圖2、3所示，本發明還提供一種實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的電路，包括全橋變換電路10、輸出整流濾波電路20、及比例積分微分(PID Proportion Integration Differentiation)調節電路 30,其還包括脈沖寬度調制(PWM :Pulse Width Modulation)控制電路40，所述全橋變換電路10內包括有功率管Q8、Q9、Q10、及Qll ;所述 PWM控制電路40內包括一相位相差180°的雙向輸入的方波發生器41、死區時間調整電路 42、三角波發生器觸發電路43、ZCS及PWM調整電路44、全橋驅動器45、及三角波發生器46， 該方波發生器41分別與死區時間調整電路42、三角波發生器觸發電路43、ZCS及PWM調整電路44、及全橋驅動器45相連接，三角波發生器觸發電路43與三角波發生器46相連接， ZCS及PWM調整電路44與全橋驅動器45的輸入端相連接，該全橋驅動器45的輸出端分別驅動功率管Q8、Q10上半橋、及Q9、Q11下半橋。作為本發明的一種具體實施例，所述雙輸出的方波發生器41的頻率為150KHZ，該方波發生器41采用數字電路構成。作為本發明的一種選擇性實施例，該全橋驅動器45可以采用一芯片IC5實現其功能。在該全橋驅動器45與全橋變換電路10之間還設有一變壓器T3，方波發生器41產生的3B、4B兩條波形送至全橋驅動器45的第6、10管腳輸入端，經全橋驅動器45的Y3、Y4管腳輸出上半橋驅動波形3Y、4Y，然后通過變壓器Τ3隔離驅動全橋變換電路10內的功率管Q8、QlO上半橋。本發明中，所述死區時間調整電路42可以采用積分電路構成，該死區時間調整電路42與三角波發生器觸發器電路43之間分別連接有一電容C76、及C77。方波發生器41 產生的3Β、4Β兩條波形一路送入死區時間調整電路42后，通過調整該電容C76及C77的大小得到一個固定死區時間，用以防止上下半橋共態導通，同時作為下半橋開啟控制。本發明的三角波發生器觸發電路43可以采用邏輯門電路構成，在三角波發生器 46與ZCS及PWM調整電路44之間連接有一反相器IC2E。方波發生器41產生的3Β、4Β兩條波形送入該三角波發生器觸發電路43后生成輸出波形C，其負向觸發特性使三角波發生器46輸出一個近似三角波D，送至反相器IC2E后得到一方波。在本發明具體實施例中，ZCS及PWM調整電路44可以采用邏輯門電路及積分電路構成。來自反相器IC2E的方波在ZCS及PWM調整電路44中與3Β、4Β兩條波形合成后，在其第10與11管腳分別得到輸出波形E、F，將該波形E、F送至全橋驅動器45的第2、4管腳輸入端，最后經全橋驅動器45輸出1Y、2Y波形，以驅動全橋變換電路10內的功率管Q9、Q10 下半橋。更進一步的，本發明的PID調節電路30與三角波發生器46之間設有一光耦三極管IC10，該光耦三極管IClO的發射極接于三角波發生器46的輸出端OUTl處。當負載變化時，檢測到的輸出端電流及電壓變化量送入PID調節電路30，經PID調節后，光耦三極管 IClO的發射管得到與輸出電壓、電流變化量相一致的電流變化，從而使光耦三極管IClO的 CE電壓發生相應的線性變化，由于光耦三極管IClO的發射極接于三角波發生器46的輸出端OUTl，這就使得三角波發生器46的直流基準電壓也就相應的產生高低變化，最后導致反相器IC2E輸出方波的脈寬發生對應變化，那么，全橋驅動器45輸出的Y1、Y2方波的脈寬也相應變化，下半橋的導通時間也就得到改變，這就起到了 PWM控制作用。如圖4所示，圖中3Υ、4Υ分別對應全橋驅動器45的Υ3、Υ4腳，分別驅動上半橋的功率管Q8、Q10，1Y、2Y分別對應應全橋驅動器45的Υ1、Υ2腳，分別驅動下半橋的功率管Q11、 Q9。由圖中可見，當功率管Q8導通時，功率管Qll還未導通，延時tl時間后再導通。同理，功率管Q9也延時tl相對于功率管QlO后導通，上半橋提前于下半橋導通，此時無電流通路， 實現零電流開通。同時，上半橋延遲于下半橋關斷，此時同樣無電流通路，實現零電流關斷， 可見上半橋實現了 ZCS。此過程通過設置數字電路驅動時序完成，通過調節電容C78、C79， 使下半橋驅動滯后上半橋50 150nS。下半橋延遲于上半橋導通，下橋臂VDS電壓由高變低，開關變壓器原邊回路LC串聯諧振作用，電流超前，電壓滯后，VDS下降至1/2以下時下橋臂完全導通，使開通時損耗減小；下半橋關斷時，VDS電壓由低變高，由于VDS在LC諧振作用下，上升速率延遲，實現ZVS關斷。由此可見下半橋開關損耗僅存在于開通時1/2電壓以下，有效減少了開關損耗。綜上所述，本發明的實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法及其電路，其電源設計簡化、不需要外接諧振網絡，調試簡便可靠，技術難度較低；其采用通用的數字邏輯電路，成本較低，工作頻率可達500KHz，可極大的減小電源體積；此外,其電源整機效率較高，平均效率不低于92%，對高密度大功率電源的設計帶來極大的方便；再者，由于采用通用元件，在一定條件下可實現集成電路話，最終的驅動電路就可以由現在的模塊便成為單片集成電路，安裝使用較為方便。以上所述，對于本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案和技術構思作出其他各種相應的改變和變形，而所有這些改變和變形都應屬于本發明后附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法，其特征在于，包括如下步驟利用數字電路構成一雙輸出的方波發生器，其相位相差180° ,該方波發生器產生的3B、4B兩條波形經一全橋驅動器輸出上半橋驅動波形3Y、4Y，通過一變壓器隔離驅動上半橋；利用積分電路構成一死區時間調整電路，方波發生器產生的3Β、4Β兩條波形送入該死區時間調整電路，調整得到一個固定死區時間，同時作為下半橋開啟控制；利用邏輯門電路構成一三角波發生器觸發電路，方波發生器產生的3Β、4Β兩條波形送入該三角波發生器觸發電路后生成輸出波形C，其負向觸發特性使三角波發生器輸出一個近似三角波D，通過一反相器后得到一方波；利用邏輯門電路及積分電路構成一 ZCS及PWM調整電路，來自反相器的方波在該ZCS 及PWM調整電路中與3Β、4Β兩條波形合成后，得到輸出波形Ε、F，然后經全橋驅動器輸出 1Υ、2Υ波形，以驅動下半橋；當負載變化時，三角波發生器的直流基準電壓相應產生高低變化，反相器輸出方波的脈寬發生對應變化，全橋驅動器輸出的Yl、Υ2波形的脈寬也相應變化，下半橋的導通時間因此得到改變，從而起到PWM控制作用。
2.如權利要求I所述的實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法，其特征在于，所述雙輸出的方波發生器的頻率為150ΚΗΖ，該方波發生器產生的3Β、4Β兩條波形送至全橋驅動器的第6、10管腳輸入端，經全橋驅動器的Υ3、Υ4管腳輸出上半橋驅動波形3Υ、4Υ，然后通過變壓器Τ3隔離驅動全橋變換電路內的功率管Q8、QlO上半橋。
3.如權利要求2所述的實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法，其特征在于，所述死區時間調整電路與三角波發生器觸發器電路之間分別連接有一電容C76、及C77，方波發生器產生的3Β、4Β兩條波形送入死區時間調整電路后，通過調整該電容C76及C77的大小得到一個固定死區時間，以防止上下半橋共態導通。
4.如權利要求I所述的實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法，其特征在于，所述來自反相器的方波在ZCS及PWM調整電路中與3Β、4Β兩條波形合成后，在其第10與11 管腳分別得到輸出波形E、F，將該波形E、F送至全橋驅動器的第2、4管腳輸入端，最后經全橋驅動器輸出1Y、2Y波形，以驅動全橋變換電路內的功率管Q9、QlO下半橋。
5.如權利要求I所述的實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法，其特征在于，所述三角波發生器的輸出端與一光耦三極管的發射極相連接，當負載變化時，將檢測到的輸出端電流及電壓變化量送入一 PID調節電路，經過PID調解后，光耦三極管得到與輸出端電壓及電流變化量相一致的電流變化，使得光耦三極管的CE電壓發生相應的線性變化，從而使三角波發生器的直流基準電壓相應產生高低變化。
6.一種實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的電路，包括全橋變換電路、輸出整流濾波電路、及PID調節電路，其特征在于，還包括PWM控制電路，所述全橋變換電路內包括有功率管08、09、010、及叭1 ;所述PWM控制電路內包括一相位相差180°的雙向輸入的方波發生器、死區時間調整電路、三角波發生器觸發電路、ZCS及PWM調整電路、全橋驅動器、及三角波發生器，該方波發生器分別與死區時間調整電路、三角波發生器觸發電路、ZCS及PWM 調整電路、及全橋驅動器相連接，三角波發生器觸發電路與三角波發生器相連接，ZCS及 PWM調整電路與全橋驅動器的輸入端相連接，該全橋驅動器的輸出端分別驅動功率管Q8、QlO上半橋、及Q9、Qll下半橋。
7.如權利要求6所述的實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的電路，其特征在于，所述雙輸出的方波發生器的頻率為150KHZ，該方波發生器采用數字電路構成，死區時間調整電路采用積分電路構成，三角波發生器觸發電路采用邏輯門電路構成，ZCS及PWM調整電路采用邏輯門電路及積分電路構成。
8.如權利要求6所述的實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的電路，其特征在于，所述全橋驅動器與全橋變換電路之間設有一變壓器T3，所述方波發生器產生的3B、4B兩條波形送至全橋驅動器的第6、10管腳輸入端，經全橋驅動器的Y3、Y4管腳輸出上半橋驅動波形 3Υ、4Υ，然后通過變壓器Τ3隔離驅動全橋變換電路內的功率管Q8、QlO上半橋。
9.如權利要求8所述的實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的電路，其特征在于，所述死區時間調整電路與三角波發生器觸發器電路之間分別連接有一電容C76、及C77，三角波發生器與ZCS及PWM調整電路之間連接有一反相器IC2E，通過調整該電容C76、C77的大小得到一個固定死區時間作為下半橋開啟控制；來自方波發生器的3B、4B兩條波形送至三角波發生器觸發電路后生成輸出波形C，三角波發生器輸出一個近似三角波D，通過反相器 IC2E后得到一個方波。
10.如權利要求9所述的實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的電路，其特征在于， 所述PID調節電路與三角波發生器之間設有一光耦三極管，該光耦三極管的發射極接于三角波發生器的輸出端；反相器IC2E產生的方波在ZCS及PWM調整電路中與3B、4B兩條波形合成后，在其第10與11管腳分別得到輸出波形E、F，將該波形E、F送至全橋驅動器的第2、 4管腳輸入端，最后經全橋驅動器輸出1Y、2Y波形，以驅動全橋變換電路內的功率管Q9、Q10 下半橋。
全文摘要
本發明公開了一種實現全橋零電壓開關、零電流開關驅動的方法及其電路，其電路包括全橋變換電路、輸出整流濾波電路、PID調節電路、及PWM控制電路，全橋變換電路內包括有功率管Q8、Q9、Q10、及Q11；PWM控制電路包括雙向輸入的方波發生器、死區時間調整電路、三角波發生器觸發電路、ZCS及PWM調整電路、全橋驅動器、及三角波發生器，該方波發生器分別與死區時間調整電路、三角波發生器觸發電路、ZCS及PWM調整電路、及全橋驅動器相連接，ZCS及PWM調整電路與全橋驅動器的輸入端相連接，該全橋驅動器的輸出端分別驅動功率管Q8、Q10上半橋、及Q9、Q11下半橋。本發明可以實現較大功率的電源設計，電源整機效率較高，功率較大，且成本較低。
文檔編號H02M1/088GK102611287SQ20121006344
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月12日 優先權日2012年3月12日
發明者黃夏 申請人:重慶環亞電子有限公司