软开关DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种软开关DC-DC变换器。该变换器包括输入电源(Uin)、负载(load)、第一滤波组件(101)、第一开关管组件(102)、并联谐振回路(103)、二极管组件(104)、第二开关管组件(105)和第二滤波组件(106)，所述第一开关管组件(102)中的开关组件(S1)通过反阻断及反并联两种形式，使其中的开关均可以实现零电压导通和零电压关断，有效地提高了变换器的效率。通过加入二极管组件(104)有效地减小了开关组件(S1)中开关管两端承受的电压及二极管承受反向电压的峰值，降低了变换器对开关管的要求。从而有效地降低了变换器的成本，提高了系统的效率、安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
软开关DC-DC变换器
本专利技术涉及一种DC-DC变换器，尤其是一种软开关DC-DC变换器。
技术介绍
现有的DC-DC变换器的拓扑图如图12所示，其功率开关管器件全部工作在硬开关状态，且开通关断状态伴随着电压电流的剧烈变化，这导致了现有的DC-DC变换器存在着开关损耗高和噪声严重等问题。为了降低功率开关管的损耗及噪声问题，文献1专利技术专利“一种软开关降压型DC-DC变换器”(公告号CN101662209B)提出了一种软开关降压型DC-DC变换器，但其主开关管仅能实现零电流、零电压关断，不能实现零电压、零电流导通，这导致变换器降低损耗的效果受到限制。文献2专利技术专利申请“零电流软开关变换器”(公布号:CN103414340A)的主开关管能实现零电流导通，但不能实现零电压导通，这就导致其结电容损耗不能减小，这也导致将低损耗效果受到限制。文献3美国专利技术专利申请“DCCapacitor-lessPowerConverters”(小电容直流功率转换器，公布号US2012307531A1)中提出一种软开关DC-DC变换器，但其拓扑中含有至少8个开关器件，这显著增加了变换器成本。文献4“ANewGenerationofBuck-BoostResonantAC-LinkDC-DCConverters”，AppliedPowerElectronicsConferenceandExposition(APEC),2013Twenty-EighthAnnualIEEE(新一代升降压谐振交流链变换器，IEEE应用电力电子年会)提出一种新型交流链DC-DC变换器如图13所示，其可以实现开关管的零电压导通和零点电压关断，仅需两个开关管，但在变换器工作过程中二极管D2承受较高的反向电压，开关管S1关断后两端也承受非常高的电压。这增加了开关管及二极管的选择难度，导致系统成本升高，系统的安全性、可靠性降低。由上可见，目前在变换器，还存在着开关管不能实现完全的零电压导通和零电压关断问题；开关管及二极管承受的额定电压太高，这增加了变换器选择开关管及二极管的难度，导致系统成本增加，而且影响了系统的安全性、可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是要实现变换器开关管的零电压导通和零电压关断，并通过减小开关管两端所承受电压及二极管承受的反向电压，提供一种低损耗、高效率、高可靠性的软开关DC-DC升降压变换器。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为：软开关DC-DC变换器包括输入电源、负载，特别是，所述变换器还包括第一滤波组件、第一开关管组件、并联谐振回路、二极管组件、第二开关管组件和第二滤波组件；所述第一滤波组件由第一滤波电感和第一滤波电容串联组成；所述并联谐振回路由谐振电感和谐振电容并联组成；所述第二滤波组件由第二滤波电感和第二滤波电容串联组成；所述二极管组件包括四只二极管，其中，第一二极管的阳极与第三二极管的阴极相连，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极相连，第二二极管的阳极与第四二极管的阴极相连，第三二极管的阳极与第四二极管的阳极相连；所述第一开关管组件至少包括一只开关组件，所述开关组件包括一只第一开关管和一只二极管，二极管与第一开关管为反并联方式连接，所述第二开关管组件至少包括一只开关件；所述输入电源的正极与第一滤波电感连接，第一滤波电感的另一端与第一滤波电容串联，第一滤波电容的另一端与输入电源的负极连接；第一滤波电感、第一滤波电容的连接点与所述第一开关组件的漏极连接，第一开关组件的源极与并联谐振回路的上连接点相连，并联谐振回路的下连接点与输入电源的负极相连；并联谐振回路的上连接点与第一二极管的阳极相连，并联谐振回路的下连接点与第二二极管的阳极相连，第二二极管的阴极与所述第二开关组件的漏极连接，第二开关组件的源极接第二滤波电感与第二滤波电容的连接点，第二滤波电感的另一端与负载回路的上连接点相连，第二滤波电容的另一端与第四二极管的阳极相连，负载回路的下连接点与第四二极管的阳极相连。优选地，开关件至少包括一只第二开关管。相对于现有技术的有益效果是：1、本专利技术完全实现了开关管的零电压导通和零电压关断，有效地减小了开关损耗，进而提高了系统的效率。2、显著地减小了开关管及二极管所承受的最高电压，降低了开关管和二极管的选择难度，进而减低了系统的成本，同时也提高了变换器在运行中的安全性和可靠性。附图说明图1是本专利技术实施例1即采用反阻断型开关管S1的拓扑结构示意图。图2是本专利技术实施例2即采用反并联型开关管S1拓扑结构示意图。图3是本专利技术中开关管S1的两种选择。图4是本专利技术实例1工作过程的换流回路。图5是本专利技术实例1电感电流电容电压及开关管S1、S2开关波形。图6是本专利技术实例1开关管S1、S2电压电流波形。图7是本专利技术实例1开关管S1两端电压及二极管承受的反压波形与已有拓扑的比较。图8是本专利技术实例2工作过程的换流回路。图9是本专利技术实例2电感电流电容电压及开关管S1、S2开关波形。图10是本专利技术实例2开关管S1、S2电压电流波形。图11是本专利技术实例2开关管S1两端电压及二极管承受的反压波形与已有拓扑的比较。图12是传统的DC-DC变换器拓扑结构示意图。图13是文献4提出的《一种新型交流链DC-DC变换器拓扑结构》示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。参见图1和图2，软开关DC-DC变换器包括输入电源Uin、负载load、第一滤波组件101、第一开关管组件102、并联谐振回路103、二极管组件104、第二开关管组件105和第二滤波组件106。其中，第一滤波组件101由第一滤波电感L1和第一滤波电容C1串联组成。并联谐振回路103由谐振电感L2和谐振电容C2并联组成。第二滤波组件106由第二滤波电感L3和第二滤波电容C3串联组成。二极管组件104包括四只二极管，其中，第一二极管D1的阳极与第三二极管D3的阴极相连，第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极相连，第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阴极相连，第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阳极相连。输入电源Uin的正极与第一滤波电感L1连接，第一滤波电感L1的另一端与第一滤波电容C1串联，第一滤波电容C1的另一端与输入电源Uin的负极连接。第一滤波电感L1、第一滤波电容C1的连接点与所述第一开关组件102的漏极连接，第一开关组件102的源极与并联谐振回路103的上连接点相连，并联谐振回路103的下连接点与输入电源Uin的负极相连。并联谐振回路103的上连接点与第一二极管D1的阳极相连，并联谐振回路103的下连接点与第二二极管D2的阳极相连，第二二极管D2的阴极与所述第二开关组件105的漏极连接，第二开关组件105的源极接第二滤波电感L3与第二滤波电容C3的连接点，第二滤波电感L3的另一端与负载load回路的上连接点相连，第二滤波电容C3的另一端与第四二极管D4的阳极相连，负载load回路的下连接点与第四二极管D4的阳极相连。第一开关管组件102至少包括一只开关组件，所述开关组件包括一只第一开关管S1和一只二极管，二极管与第一开关管S1采用反并联方式连接。具体结构件图3。第二开关组件105至少包括一只开关件，其至少包括一个第二开关管S2。实施例1：实施例1的拓扑图如图1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软开关DC‑DC变换器，包括输入电源(Uin)、负载(load)，其特征在于：所述变换器还包括第一滤波组件(101)、第一开关管组件(102)、并联谐振回路(103)、二极管组件(104)、第二开关管组件(105)和第二滤波组件(106)；所述第一滤波组件(101)由第一滤波电感(L1)和第一滤波电容(C1)串联组成；所述并联谐振回路(103)由谐振电感(L2)和谐振电容(C2)并联组成；所述第二滤波组件(106)由第二滤波电感(L3)和第二滤波电容(C3)串联组成；所述二极管组件(104)包括四只二极管，其中，第一二极管(D1)的阳极与第三二极管(D3)的阴极相连，第一二极管(D1)的阴极与第二二极管(D2)的阴极相连，第二二极管(D2)的阳极与第四二极管(D4)的阴极相连，第三二极管(D3)的阳极与第四二极管(D4)的阳极相连；所述第一开关管组件(102)至少包括一只开关组件，所述第二开关管组件(105)至少包括一只开关件；所述输入电源(Uin)的正极与第一滤波电感(L1)连接，第一滤波电感(L1)的另一端与第一滤波电容(C1)串联，第一滤波电容(C1)的另一端与输入电源(Uin)的负极连接；第一滤波电感(L1)、第一滤波电容(C1)的连接点与所述第一开关组件(102)的漏极连接，第一开关组件(102)的源极与并联谐振回路(103)的上连接点相连，并联谐振回路(103)的下连接点与输入电源(Uin)的负极相连；并联谐振回路(103)的上连接点与第一二极管(D1)的阳极相连，并联谐振回路(103)的下连接点与第二二极管(D2)的阳极相连，第二二极管(D2)的阴极与所述第二开关组件(105)的漏极连接，第二开关组件(105)的源极接第二滤波电感(L3)与第二滤波电容(C3)的连接点，第二滤波电感(L3)的另一端与负载(load)回路的上连接点相连，第二滤波电容(C3)的另一端与第四二极管(D4)的阳极相连，负载(load)回路的下连接点与第四二极管(D4)的阳极相连。...

【技术特征摘要】
1.一种软开关DC-DC变换器，包括输入电源(Uin)、负载(load)，其特征在于：所述变换器还包括第一滤波组件(101)、第一开关管组件(102)、并联谐振回路(103)、二极管组件(104)、第二开关管组件(105)和第二滤波组件(106)；所述第一滤波组件(101)由第一滤波电感(L1)和第一滤波电容(C1)串联组成；所述并联谐振回路(103)由谐振电感(L2)和谐振电容(C2)并联组成；所述第二滤波组件(106)由第二滤波电感(L3)和第二滤波电容(C3)串联组成；所述二极管组件(104)包括四只二极管，其中，第一二极管(D1)的阳极与第三二极管(D3)的阴极相连，第一二极管(D1)的阴极与第二二极管(D2)的阴极相连，第二二极管(D2)的阳极与第四二极管(D4)的阴极相连，第三二极管(D3)的阳极与第四二极管(D4)的阳极相连；所述第一开关管组件(102)至少包括一只开关组件，所述开关组件包括一只第一开关管(S1)和一只二极管，二极管与第一开关管(S1)为反并联方式连接，所述第二开关管组件(105)至少包括一只开关件；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王付胜，田龙祥，张兴，文鹏，王东毅，欧阳秋，杨淑英，谢震，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34