一种软开关拓扑电路制造技术

本发明专利技术涉及一种软开关拓扑电路。本发明专利技术包括一个主开关、一个辅开关、一个与主开关并联的续流二极管、一个谐振电容、一个电流源、一个谐振电感、一个主二极管、一个馈能装置和一个电压源。本发明专利技术的电路拓扑，在保留现有技术中主开关实现零电压开关的优点的基础上，保证了在辅开关通前辅二极管一定是截止的，从而保证了辅开关的零电流开通，也避免了辅二极管的硬关断，同时实现了辅开关的零电压关断，提高了电路的变换效率。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种软开关变换电路，更具体地涉及一种升压变换电路(Boost电路)、降压变换电路(Buck电路)及桥式电路中的软开关拓扑电路。常规的Boost升压变换电路的零电压转移技术(ZVT)电路如附图说明图1所示。其电路包括电压源101，储能电感102，主MOSFET开关管103，谐振电容104，谐振电感105，辅MOSFET开关管106，超快恢复主二极管107，超快恢复辅二极管108，输出滤波电容109和负载电阻110。电压源101、储能电感102、超快恢复主二级管107与输出滤波电容109形成一个主回路，当主MOSFET开关管103导通时，电压源101、储能电感102与主MOSFET开关管103形成另外一个主回路，谐振电感105与辅MOSFET开关管106组成一个串联支路，并联在主MOSFET开关管103的漏极和源极两端，在谐振电感105与辅MOSFET开关管106的连接点A通过超快恢复辅二级管108直接连接到输出滤波电容109的正极端。这种变换电路拓扑已经记载在申请日为94.3.31，申请号为95190525.2专利技术专利的中国专利技术专利文献中，其专利技术名称为“脉宽调制直流-直流升压转换器”、专利技术人为克里斯特·托伦，专利权人为L.M.埃利克逊电话股份有限公司，申请人所在地为瑞典。现有的ZVT-Boost电路的工作时序如图2A-2F所示。图2A为辅MOSFET开关管106的门极驱动信号电压Vgs2的波形图；图2B为主MOSFET开关管103的门极驱动信号电压Vgs1的波形图；图2C为谐振电感105上的电流I1r的波形图；图2D为超快恢复主二极管107的电流IDmain的波形图；图2E为超快恢复辅二极管108的电流IDaux的波形图；图2F为主MOSFET开关管103的源极和漏极之间的电压Vdsmain的波形图。从以上图中可以看出在t=to时刻，辅MOSFET开关管106开通，由于流过电感的电流是不能发生突变的，当辅MOSFET开关管106开通时，谐振电感105上的电流是从初始值逐渐增加的，因此，流过超快恢复主二极管107上的电流是逐渐减少的，并逐渐减少到零，从而借助谐振电感105实现超快恢复主二极管107的软关断；从图2D可以看出，在t=t1时刻，超快恢复主二极管107的正向电流平滑地降为零，从而实现了超快恢复主二极管107软关断；超快恢复主二极管107软关断后，谐振电感105会与谐振电容104谐振，如图2F所示，在t=t2时刻，当谐振电容104上的电压谐振到零，即主MOSFET开关管103的漏极和源极之间的电压Vdsmain也为零时，主MOSFET开关管103的体二极管开始导通续流；在主MOSFET开关管103的体二级管续流期间，于t3时刻开通主MOSFET开关管103，同时关断辅MOSFET开关管106，实现了主MOSFET开关管103的零电压开通，此时，谐振电感105里的储能通过超快恢复辅二极管108向输出滤波电容109馈能，因辅MOSFET开关管106的漏极和源极两端的电压通过超快恢复辅二极管108受输出滤波电容109上的电压VO的限制，从而也实现辅MOSFET开关管106关断时的电压箝位；如图2E所示，在t=t4时刻，谐振电感105上的储能释放完毕，也即流过超快恢复辅二极管108的电流平滑降为零，实现了超快恢复辅二极管108软关断；在t=t5时刻，主MOSFET开关管103关断，并联在主MOSFET开关管103两端的谐振电容104实现了主MOSFET开关管103的零电压关断，如图2F所示；随着主MOSFET开关管103的漏极和源极两端的电压Vdsmain的上升，辅MOSFET开关管106的漏极和源极两端的电压Vdsaux也会因谐振电感105和辅MOSFET开关管106的输出结电容谐振而上升，流过谐振电感105里的电流也是谐振上升的，如图2C所示；在t=t6时刻，辅MOSFET开关管106的漏极和源极两端的电压Vdsaux等于输出滤波电容109上的电压即等于负载电阻110上的电压V0时，谐振电感105里的电流会通过超快恢复辅二极管108流向输出滤波电容109，而此时超快恢复主二极管107已经导通，这样谐振电感105上承受的压降为零，根据V=di/dt=0可知，流过谐振电感105里的电流在辅MOSFET开关管106开通前是保持不变的，因此，在t=t7时刻，当辅MOSFET开关管106周期地再次开通时，其开通为非零电流开通。鉴于上述原因，在t=t0时刻的辅MOSFET开关管106开通就是一种非零电流开通，也不可避免地导致超快恢复辅二极管108在t=t0时刻的关断是一种硬关断，使得辅MOSFET开关管106的开通损耗和与之相对应的超快恢复辅二极管108的关断损耗都较大。正是由于上述原因，常规的ZVT-Boost电路在功率因数校正电路中只能取得96.5％左右的变换效率。针对现有ZVT-Boost电路的辅MOSFET开关管106的非零电流开通和与之相对应的超快恢复辅二极管108的硬关断，提出一种能实现辅MOSFET开关管106零电流开通和超快恢复辅二极管108软关断的新的ZVT-Boost电路，以提高电路的效率。本专利技术包括一个主开关、一个辅开关、一个与主开关并联的续流二极管、一个谐振电容、一个电流源、一个谐振电感、一个主二极管、一个馈能装置和一个电压源，谐振电容与主开关并联连接，主开关与辅开关周期地断开或接通，在辅开关断开的同时接通主开关，在主开关断开后一段时间再接通辅开关，本专利技术的元器件与现有技术基本相同，其主开关与辅开关的控制逻辑相同，而本专利技术的元器件的连接关系即拓扑不一样。本专利技术的元器件的连接关系的不同之处为谐振电感插入电流源与主二极管同所述主开关的连接点B之间，所述辅开关与所述谐振电感同所述主开关组成的串联支路并联连接，所述馈能装置在所述辅开关断开时将谐振电感的剩余能量反馈掉，在此同时还馈送电流源的能量。本专利技术的馈能装置可以为一个二极管即辅二极管，且此辅二极管与谐振电感同主二极管组成的串联支路并联连接。以上所述的谐振电容可以为所述主开关器件的寄生电容，所述的续流二极管可以为主开关器件的反并二极管或体二极管。本专利技术的电路拓扑，保证了在辅开关开通前辅二极管一定是截止的，从而保证了辅开关的零电流开通，也避免了辅二极管的硬关断，提高了电路的效率。但辅开关还是硬关断。为了解决辅开关的硬关断，可以在原拓扑电路中增加一个无损吸收二极管和一个无损吸收电容。无损吸收二极管与所述辅二极管串联连接，其组成的串联支路与所述谐振电感同主二极管组成的串联支路并联连接，所述无损吸收电容跨接在所述无损吸收二极管同所述辅二极管的连接点与所述谐振电感同主二极管的连接点之间。该拓扑实现了辅开关的零电流开通和零电压关断，进一步提高了电路的效率。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，同一个标号表示同一部分。图1为现有ZVT-BOOST电路拓扑；图2为现有ZVT-BOOST电路的工作时序图；图3A-3D为本专利技术的电路拓扑结构图；图4为本专利技术在BOOST电路中的应用电路的工作时序图；图5为本专利技术在BOOST电路中的应用原理图；图6为进一步完善的本专利技术在BOOST电路中应用原理图；图7为本专利技术在BUCK电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率变换电路中的软开关拓扑电路，包括一个主开关（３０２）、一个辅开关（３０１）、一个与所述主开关并联的续流二极管（３０３）、一个谐振电容（３０４）、一个电流源（３０５或３１０）、一个电压源（３０８或３０９）、一个谐振电感（１０５）、一个主二极管（１０７）、一个馈能装置，所述谐振电容（３０４）与所述主开关（３０２）并联连接，所述主开关（３０２）与所述辅开关（３０１）周期地断开或接通，在所述辅开关（３０１）断开的同时接通所述主开关（３０２），在所述主开关（３０２）断开后一段时间再接通所述辅开关（３０１）， 在ＢＯＯＳＴ电路拓扑中，所述电流源（３０５）与所述主开关（３０２）组成一个回路，所述主二极管（１０７）的阴极与所述电压源（３０８）的正极相连组成一个串联支路与所述主开关（３０２）并联； 在ＢＵＣＫ电路拓扑中，所述电压源（３０９）、所述主开关（３０２）、所述主二极管（１０７）组成一个回路，其中，所述电压源（３０９）的负极与所述主二极管（１０７）的阳极相连，所述电流源（３１０）与所述主二极管（１０７）同所述谐振电感（１０５）组成的串联支路并联连接， 其特征在于：所述谐振电感（１０５）插入所述电流源（３０５或３１０）与所述主二极管（１０７）同所述主开关（３０２）的连接点（Ｂ）之间，所述辅开关（３０１）与所述谐振电感（１０５）同所述主开关（３０２）组成的串联支路并联连接，所述馈能装置在所述辅开关（３０１）断开时将所述谐振电感（１０５）的剩余能量反馈掉，同时，还馈送电流源（３０５或３１０）的能量。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵林冲，
申请(专利权)人：艾默生网络能源有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]