一种高压BUCK软开关电路及控制方法转让专利
申请号 : CN202110408152.5
文献号 : CN112994473B
文献日 : 2022-02-15
发明人 : 王跃斌 , 宋栋梁 , 崔荣明
申请人 : 深圳市皓文电子有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种高压BUCK软开关电路,其特征在于,包括第一开关Q1、第一二极管D1、第一电感L1、第一电容C1和软启动控制单元,所述第一开关Q1的一端作为软开关电路的输入端用于与第一电源的正极相连,另一端连于第一二极管D1的负极,第一二极管D1的正极用于与第一电源的负极相连;第一电感L1的一端连于第一开关Q1远离第一电源的一端,另一端作为软开关电路的输出端用于与负载相连并连于第一电容C1,第一电容C1远离第一电感L1的一端用于与第一电源的负极相连;所述第一开关Q1上设置有用于接收信号以控制第一开关Q1通断的第一激发端;
所述软启动控制单元包括第二开关Q2、第二电感L2和第二电容C2,所述第二开关Q2的一端与第二电源的正极相连,另一端连于第二电感L2的第一接入端,所述第二电感L2作为第一电感L1的辅助绕组与第一电感L1耦合,所述第二电感L2的第二接入端连于第二电源的负极,所述第二电容C2的两端分别连于第二电源的正极和负极;所述第二开关Q2上设置有用于接收信号以控制第二开关Q2通断的第二激发端;其中,第一接入端为第二电感L2相对于第一电感L1耦接于第一电源正极的一端的异名端,第二接入端为第二电感L2相对于第一电感L1耦接于第一电源正极的一端的同名端;
在使用时,采用以下控制方法:
S1.向第二激发端周期发送具有第二脉宽的第二控制信号,以导通第二开关Q2,其中,第二电感L2在第二开关Q2的导通过程中充电;
S2.向第一激发端周期发送具有第一脉宽的第一控制信号,以导通第一开关Q1,其中,第一控制信号和第二控制信号同周期发送,且在每个周期中,第一控制信号和第二控制信号间隔发送且第一控制信号位于第二控制信号之后,在前一周期的第一控制信号的结束时刻到后一周期的第二控制信号的开始时刻的时间长度占周期长度的一半以上。
2.根据权利要求1所述的高压BUCK软开关电路,其特征在于,所述第一开关Q1为NMOS管,所述第一开关Q1的栅极为所述第一激发端,漏极为软开关电路的输入端,源极连于第一二极管D1;所述第二开关Q2为NMOS管,所述第二开关Q2的栅极为所述第二激发端,漏极与第二电源的正极相连,源极与第二电感L2相连。
3.根据权利要求1所述的高压BUCK软开关电路,其特征在于,所述第一开关Q1为PMOS管,所述第一开关Q1的栅极为所述第一激发端,源极为软开关电路的输入端,漏极连于第一二极管D1;所述第二开关Q2为PMOS管,所述第二开关Q2的栅极为所述第二激发端,源极与第二电源的正极相连,漏极与第二电感L2相连。
4.根据权利要求1所述的高压BUCK软开关电路,其特征在于,所述第一开关Q1为PMOS管,所述第一开关Q1的栅极为第一激发端,源极为软开关电路的输入端,漏极连于第一二极管D1;所述第二开关Q2为NMOS管,所述第二开关Q2的栅极为第二激发端,漏极与第二电源的正极相连,源极与第二电感L2相连。
5.根据权利要求1所述的高压BUCK软开关电路,其特征在于,所述第一开关Q1为NMOS管,所述第一开关Q1的栅极为第一激发端,漏极为软开关电路的输入端,源极连于第一二极管D1;所述第二开关Q2为PMOS管,所述第二开关Q2的栅极为第二激发端,源极与第二电源的正极相连,漏极与第二电感L2相连。
6.根据权利要求1所述的高压BUCK软开关电路,其特征在于,所述第一电容C1为电解电容,第一电容C1的正极连于第一电感L1,第一电容C1的负极连于第一二极管D1的正极。
说明书 :
一种高压BUCK软开关电路及控制方法
技术领域
背景技术
满足输入高压以及宽范围的应用要求。高压BUCK采用二极管整流方式的电路,其电路难以
实现软开关,主功率管开关损坏大,效率难以提升;BUCK采用同步整流的在满载输出时,主
功率管仍实现不了软开关,此种电路为了实现软开关,一般将电感的感量降低,确保在满载
输出的时候,电感电流存在反向,实现主功率管的软开关,但是这种方案会导致电感上的铜
损以及铁损都会增加,效率同样不高。
发明内容
率密度问题,降低开关损耗,提高功率密度。
的正极相连,另一端连于第一二极管D1的负极,第一二极管D1的正极用于与第一电源的负
极相连;第一电感L1的一端连于第一开关Q1远离第一电源的一端,另一端作为软开关电路
的输出端用于与负载相连并连于第一电容C1,第一电容C1远离第一电感L1的一端用于与第
一电源的负极相连;所述第一开关Q1上设置有用于接收信号以控制第一开关Q1通断的第一
激发端;
作为第一电感L1的辅助绕组与第一电感L1耦合,所述第二电感L2的第二接入端连于第二电
源的负极,所述第二电容C2的两端分别连于第二电源的正极和负极;所述第二开关Q2上设
置有用于接收信号以控制第二开关Q2通断的第二激发端;其中,第一接入端为第二电感L2
相对于第一电感L1耦接于第一电源正极的一端的异名端,第二接入端为第二电感L2相对于
第一电感L1耦接于第一电源正极的一端的同名端。
一二极管D1和第一开关Q1相当于一个脉冲波形的主功率电源输出,且高电压幅值确定。通
过对第一开关Q1开启时长和频率的调整,将主功率电源的输出调整至DCM模式。
一开关Q1打开之前,先打开第二开关Q2,使得软启动控制单元导通固定时间,使得第二电感
L2开始充能。待第二开关Q2关闭之后,第二电感L2的能量反激至第一电感L1,导通第一二极
管D1,实现软开关开通。
BUCK电感发生磁饱合是很危险的,磁饱合状态下,磁芯的磁导率迅速下降,电感量将成比例
下降,瞬间流过很大的电流,可导致输出电压升高。好在DC‑DC拥有灵敏的电压反馈环路及
过流过热保护功能,能讯速调整占空比,或令开关复位,输出电压不会比设定值高出太多,
也不会烧毁开关管。电感的损耗分铜损和铁损。铜损是电流流过电感线圈产生的欧姆热,铁
损主要有涡流损耗和磁滞损耗。在本方案中,因为第一电感L1的充能主要来源于第二电感
L2L2的反激,而不是主功率的直接充能,因此产生的铜损铁损少。通过实现高压输入BUCK电
路软开关,提升了开关的工作频率,进一步降低变换器的体积和重量。
关Q2的栅极为所述第二激发端,漏极与第二电源的正极相连,源极与第二电感L2相连。
关Q2的栅极为所述第二激发端,源极与第二电源的正极相连,漏极与第二电感L2相连。
二开关Q2的栅极为第二激发端,所述源极与第二电源的正极相连,所述漏极与第二电感L2
相连。
信号间隔发送且第一控制信号位于第二控制信号之后。
附图说明
具体实施方式
一端为软开关电路的输入端,用于与第一电源的正极相连,第一电源为直流供电电源。第一
开关Q1远离第一电源的一端连于第一二极管D1的负极,第一二极管D1的正极用于与第一电
源的负极相连。第一开关Q1上设置有用于接收信号以控制第一开关Q1通断的第一激发端,
当第一开关Q1在进行周期性关断,将与第一二极管D1配合输出一个脉冲信号,也就是说,第
一电源、第一二极管D1和第一开关Q1相当于一个脉冲波形的主功率电源输出,且高电压幅
值确定。通过对第一开关Q1开启时长和频率的调整,将主功率电源的输出调整至DCM模式。
用于与第一电源的负极相连。在本实施例中,第一电容C1为电解电容,第一电容C1的正极连
于第一电感L1,第一电容C1的负极连于第一二极管D1的正极。电解电容具有较高的容量,在
放电时能够产生更大的电压。
与第一电感L1耦合,第二电感L2远离第二开关Q2的一端连于第二电源的负极,第二电容C2
的两端分别连于第二电源的正极和负极;第二开关Q2上设置有用于接收信号以控制第二开
关Q2通断的第二激发端。
二激发端,漏极与第二电源的正极相连,源极与第二电感L2相连。
第二激发端,源极与第二电源的正极相连,漏极与第二电感L2相连。
第二激发端,漏极与第二电源的正极相连,源极与第二电感L2相连。
第二激发端,源极与第二电源的正极相连,漏极与第二电感L2相连。
信号间隔发送且第一控制信号位于第二控制信号之后。
导通第一二极管D1,实现软开关开通。通过实现高压输入BUCK电路软开关,提升了开关的工
作频率,进一步降低变换器的体积和重量。