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一种软开关电路

阅读：658发布：2020-05-12

IPRDB可以提供一种软开关电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种软开关电路，具体为一种应用于中小功率场合下的Buck变换器的电能转换电路。本发明包括输入电源Ui、主开关管VT、续流二极管VD、滤波电感L、滤波电容C、负载电阻R和谐振回路，谐振回路由缓冲电感Lr、缓冲电容Cr、储能电感Ls、储能电容Cs和四个快速恢复二极管VD1、VD2、VD3、VD4构成。本发明所提出的电路在运行范围内不会给主开关管VT引入额外的电压应力，主开关管VT上的最大电压即为输入电压。同时。可以确保储存在缓冲电感Lr上的能量在储能电容Cs开始放电之前完全放电，使主开关管VT上没有额外的电流应力，有效减小了主开关管所受应力，增加了其平均无故障时间，提高了器件的使用寿命。，下面是一种软开关电路专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种软开关电路，包括输入电源(Ui)、主开关管(VT)、续流二极管(VD)、滤波电感(L)、滤波电容(C)、负载电阻(R)和谐振回路，其特征在于：谐振回路由缓冲电感(Lr)、缓冲电容(Cr)、储能电感(Ls)、储能电容(Cs)、第一快速恢复二极管(VD1)、第二快速恢复二极管(VD2)、第三快速恢复二极管(VD3)、第四快速恢复二极管(VD4)构成，其中，缓冲电感(Lr)的一端与第一快速恢复二极管(VD1)的阴极相连接，另一端与第二快速恢复二极管(VD2)的阴极相连接；缓冲电容(Cr)的一端分别与第一快速恢复二极管(VD1)、第二快速恢复二极管(VD2)的阳极相连接，另一端与第四快速恢复二极管(VD4)的阳极相连接；储能电感(Ls)的一端分别与第一快速恢复二极管(VD1)和第二快速恢复二极管(VD2)的阳极相连接，另一端与第三快速恢复二极管(VD3)的阴极相连接；储能电容(Cs)的一端与第二快速恢复二极管(VD2)的阴极相连接，另一端分别与第三快速恢复二极管(VD3)的阳极、第四快速恢复二极管(VD4)的阴极相连接。

2.根据权利要求1所述的一种软开关电路，其特征在于：主开关管(VT)的集电极C端与输入电源(Ui)的正极相连接，主开关管(VT)的发射极E端与谐振回路中第一快速恢复二极管(VD1)的阴极相连接；滤波电感(L)的一端与谐振回路中第二快速恢复二极管(VD2)的阴极相连接，另一端与负载电阻(R)相连接，负载电阻(R)的另一端与输入电源(Ui)的负极相连接；谐振回路中第四快速恢复二极管(VD4)的阳极与输入电源(Ui)的负极相连接；

滤波电容(C)并联在负载电阻(R)两端；续流二极管(VD)的一端与谐振回路中第二快速恢复二极管(VD2)的阴极相连接，另一端与谐振回路中第四快速恢复二极管(VD4)的阳极相连接。

说明书全文

一种软开关电路

技术领域

[0001] 本发明涉及一种软开关电路，具体为一种应用于中小功率场合下的Buck变换器的电能转换电路。

背景技术

[0002] 近年来，电力电子技术发展迅猛，直流开关电源广泛应用于计算机、航空航天等领域。如今，笨重型、低效的电源装置已经被小型、高效电源所取代。为了实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性，必须实现开关电源的高频化。DC-DC变换器是直流开关电源的主要组成部分，按开关管的开关条件，DC-DC变换器可分为硬开关和软开关两种。硬开关直流变换器的开关器件是在承受电压或流过电流的情况下接通或断开电路的，因此在开通或关断过程中伴随着较大的开关损耗。减小开关损耗的途径就是实现开关管的软开关，因此软开关应运而生。

[0003] 根据软开关技术使用的主要器件类型，可以分为使用了有源开关器件的有源软开关技术，以及只使用无源器件的无源软开关技术。有源软开关技术的软开关效果较好，但有控制复杂，成本较高，可靠性相对较低等缺陷。无源软开关技术所取得的软开关效果虽然不如有源软开关技术好，但由于仅仅使用电感、电容等无源器件，无需附加有源开关器件，也就不改变原有的电路参数与控制信号的设计，具有电路简单，应用方便、可靠性高、适用面广等优点，有较高的性价比。

[0004] 最早出现的无源软开关电路是利用电阻吸收器件反向恢复电流产生的多余能量并转变成热量散发，但却增加了电子装置的散热负担，而且开关损耗仍然存在。随后提出的改进电路改善了早期电路的损耗，被称为无损LC关断电路。接着，N.H.Kut等人对其进行改进，使它更适合应用于DC-DC变换器。

[0005] 在以往的无源软开关电路中，主要由输入电源Ui，主开关管VT，续流二极管VD，滤波电感L，滤波电容C，负载电阻R和谐振回路组成。谐振回路包括缓冲电感Lr，储能电感Ls，缓冲电容Cr，储能电容Cs，快速恢复二极管VD1、VD2、VD3。在电路工作期间，通过缓冲电感Lr抑制主开关管VT的电流上升率，实现了主开关管VT的零电流导通，通过缓冲电容Cr放电达到主开关管VT两端电压为零，实现了主开关管VT的零电压关断，并将缓冲电感Lr和缓冲电容Cr在工作过程中储存的能量回馈给输入电源Ui输入端，达到主开关管VT的开关动作几乎无损的效果。

[0006] 采用类似原理的软开关电路，存在如下问题：主开关管VT上的最大电压应力为输入电压与电容Cs两端的电压的和，增加了额外的电压应力。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提出一种最小应力无源无损的Buck变换器的电能转换电路。

[0008] 本发明的目的是这样实现的：

[0009] 本发明的一种软开关电路，包括输入电源(Ui)、主开关管(VT)、续流二极管(VD)、滤波电感(L)、滤波电容(C)、负载电阻(R)和谐振回路，其特征在于：谐振回路由缓冲电感(Lr)、缓冲电容(Cr)、储能电感(Ls)、储能电容(Cs)、第一快速恢复二极管(VD1)、第二快速恢复二极管(VD2)、第三快速恢复二极管(VD3)、第四快速恢复二极管(VD4)构成，其中，缓冲电感(Lr)的一端与第一快速恢复二极管(VD1)的阴极相连接，另一端与第二快速恢复二极管(VD2)的阴极相连接；缓冲电容(Cr)的一端分别与第一快速恢复二极管(VD1)、第二快速恢复二极管(VD2)的阳极相连接，另一端与第四快速恢复二极管(VD4)的阳极相连接；储能电感(Ls)的一端分别与第一快速恢复二极管(VD1)和第二快速恢复二极管(VD2)的阳极相连接，另一端与第三快速恢复二极管(VD3)的阴极相连接；储能电容(Cs)的一端与第二快速恢复二极管(VD2)的阴极相连接，另一端分别与第三快速恢复二极管(VD3)的阳极、第四快速恢复二极管(VD4)的阴极相连接。

[0010] 主开关管(VT)的集电极C端与输入电源(Ui)的正极相连接，主开关管(VT)的发射极E端与谐振回路中第一快速恢复二极管(VD1)的阴极相连接；滤波电感(L)的一端与谐振回路中第二快速恢复二极管(VD2)的阴极相连接，另一端与负载电阻(R)相连接，负载电阻(R)的另一端与输入电源(Ui)的负极相连接；谐振回路中第四快速恢复二极管(VD4)的阳极与输入电源(Ui)的负极相连接；滤波电容(C)并联在负载电阻(R)两端；续流二极管(VD)的一端与谐振回路中第二快速恢复二极管(VD2)的阴极相连接，另一端与谐振回路中第四快速恢复二极管(VD4)的阳极相连接。

[0011] 本发明的有益效果在于：

[0012] 本发明所提出的电路在运行范围内不会给主开关管VT引入额外的电压应力，主开关管VT上的最大电压即为输入电压。同时。可以确保储存在缓冲电感Lr上的能量在储能电容Cs开始放电之前完全放电，使主开关管VT上没有额外的电流应力，有效减小了主开关管所受应力，增加了其平均无故障时间，提高了器件的使用寿命。

附图说明

[0013] 图1是本发明专利的基本原理图；

[0014] 图2是本发明专利的工作过程图。

具体实施方式

[0015] 下面结合附图对本发明专利做进一步的说明：

[0016] 结合图1，主开关管VT的集电极C端与谐振回路中缓冲电感Lr的一端和快速恢复二极管VD1的阴极相连接；滤波电感L的一端与谐振回路中缓冲电感Lr的另一端和储能电容Cs的一端相连接；谐振回路中缓冲电容Cr的一端和快速恢复二极管VD4的阳极与输入电源Ui的负极相连接；主开关管VT、滤波电感L、负载电阻R组成的串联电路一端与输入电源Ui的正极相连接，另一端与输入电源Ui的负极相连接；滤波电容C并联在负载电阻R两端；续流二极管VD并联在谐振回路两端。在谐振回路中，缓冲电感Lr与主开关管VT串联，实现主开关管VT的零电流开通，缓冲电容Cr在主开关管VT关断前完全放电，保证主开关管VT在关断时两端电压为零。缓冲电感Lr、储能电感Ls、缓冲电容Cr、储能电容Cs协同进行能量的存储与转移，实现电路的无损。

[0017] 结合图2，该发明专利的实施方式如下：

[0018] [t0，t1]为主开关管VT零电流导通阶段。主开关管VT在t0时刻导通，由于缓冲电感Lr的存在，抑制了流过主开关管VT的电流上升率，使得主开关管VT实现零电流导通。

[0019] [t1，t2]为Cr复位阶段。t1时刻开始，电容Cr和Cs通过谐振回路Cr-Lr-Cs-VD3-Ls进行能量的转移。

[0020] [t2，t3]为Lr复位阶段。由于Cr在[t1，t2]阶段被充电到输入电源电压Ui，因此VD1导通。储存在Ls中的能量通过谐振回路VD1-Lr-Cr-VD3-Ls转移给Cs。

[0021] [t3，t4]为电路正常工作阶段。在此阶段中，缓冲电路不参与电路的工作过程，开关电流保持I0不变。

[0022] [t4，t5]为主开关管VT零电压关断阶段。t5时刻主开关管VT关断，由于电容Cr上的电压等于输入电源电压Ui，主开关管VT两端电压为零，主开关管VT实现零电压关断。由于Cs上有电压抑制了VD2的导通，所以Cr通过回路Cr-VD1-Lr向负载放电。

[0023] [t5，t6]为Lr与Cs谐振恢复阶段。Cr和Cs分别经由VD1-Lr和VD4向负载放电。

[0024] [t6，t7]为Cs能量反馈阶段。Cs继续通过VD4向负载放电。

[0025] [t7，t8]为Cr与Cs能量继续反馈阶段。Cr和Cs分别经由VD2和VD4向负载放电。

[0026] [t8，t9]为续流二极管VD续流阶段。此阶段缓冲电路停止工作，电路进入Buck变换器的续流二极管正常续流阶段，直到主开关管VT下一次开通。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种软开关电路-专利编号CN110752748A	2020-05-13	891
延时软开关-专利编号CN1981353A	2020-05-11	247
开关软连接装置-专利编号CN105070557A	2020-05-11	345
软开关装置-专利编号CN103872888A	2020-05-11	706
全桥软开关电路-专利编号CN104578740A	2020-05-12	440
一种软开关方法-专利编号CN101488705A	2020-05-13	513
一种软开关电路-专利编号CN109417352A	2020-05-13	635
一种软开关电路-专利编号CN102857091A	2020-05-12	657
软开启电子开关-专利编号CN104615040A	2020-05-12	530
软开启电子开关-专利编号CN104615040B	2020-05-11	1096

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