开关电路、开关电路的控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种开关电路、开关电路的控制方法及装置。该开关电路，用于直流变换电路的开关模块，直流变换电路的负载并联有支撑电容C2，开关模块包括串联连接的正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2，开关电路包括在正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2的连接点与负载之间串联连接的电容C1和电感L1，以及与电容C1并联的依次串联的开关元件Q3、单向导通元件D1和电感L2，其中，单向导通元件D1使电流可以自开关元件Q3流入电感L2。

【技术实现步骤摘要】
开关电路、开关电路的控制方法及装置
本专利技术属于开关电路
，尤其涉及一种开关电路、开关电路的控制方法及装置。
技术介绍
直流变换电路(D.C.convertingcircuit)是将幅值固定的直流电压变换成幅值和极性为可变的直流电压的变换电路。传统的电力电子直流变换电路均采用硬开关，存在开关损耗，电路效率低的技术问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种开关电路、开关电路的控制方法及装置，能够采用较少的电器元件，显著提高电路效率、减小开关元件上的损耗。第一方面，提供了一种开关电路，用于直流变换电路的开关模块，直流变换电路的负载并联有支撑电容C2，开关模块包括串联连接的正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2，开关电路包括在正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2的连接点与负载之间串联连接的电容C1和电感L1，以及电容C1并联的依次串联的开关元件Q3、其中，单向导通元件D1和电感L2，单向导通元件D1使电流可以自开关元件Q3流入电感L2。第二方面，提供了一种开关电路的控制方法，用于上述的开关电路，该方法包括：获取负载两端的当前电压U2的步骤；基于负载两端的当前电压U2、负载两端的目标电压电容C1的电容值和电感L1的电感值获得正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2的占空比的步骤；根据占空比对正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2进行接通及关断控制，以使正极侧开关元件Q1实现零电流关断的步骤。第三方面，提供了一种开关电路的控制装置，用于上述的开关电路，包括：获取单元、第一计算单元和控制单元，该获取单元用于获取负载两端的当前电压U2；该第一计算单元用于基于负载两端的当前电压U2、负载两端的目标电压电容C1的电容值和电感L1的电感值获得正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2的占空比；该控制单元用于根据占空比对正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2进行接通及关断控制，以使正极侧开关元件Q1实现零电流关断。根据本专利技术实施例提供的开关电路、开关电路的控制方法及装置，通过在开关元件桥臂和负载电感之间增加一个电感和一个电容的电路拓扑，利用电感和电容的谐振输出电流的高频正弦化，从而实现开关元件零电流的接通关断。同时在电容两端并联辅助开关器件和另一个电感，以另一个电感和电容上的谐振来实现电容上电压方向的转换，以使整个开关电路能够持续以软开关的形式工作。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是一种实施例的直流变换软开关电路的拓扑图；图2是本专利技术的一种实施例的开关电路的拓扑图；图3是本专利技术的一种实施例的开关电路的各个工作模态中流过电容C1的电流和电容C1两端的电压的波形图；图4是本专利技术的一种实施例的开关电路的控制方法的方法流程图；图5是本专利技术的另一种实施例的开关电路的控制方法的方法流程图；图6是本专利技术的一种实施例的开关电路的控制装置的示意性框图；图7是本专利技术的另一种实施例的开关电路的控制装置的示意性框图；图8是本专利技术的一种实施例的开关电路的控制装置的计算设备实现的示意性框图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本专利技术的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本专利技术的示例来提供对本专利技术的更好的理解。本专利技术决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本专利技术造成不必要的模糊。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。图1是一种实施例的直流变换软开关电路的拓扑图。如图1所示，该软开关电路包括两个开关元件Q1和Q2，以及串联在开关元件Q1和Q2连接点与负载之间的包括电容C1’与电感L1’的谐振LLC变换电路，虽然该开关电路能达到软开关的基本要求，但是由于该LLC变换电路输出电流为正负双方向，需要在负载前增加整流单元，例如二极管。该开关电路中负载电位相对电源电位为时变，并且由于在谐振LLC变换电路中需要采用变压器或相当于变压器自感大小的电感进行隔离，使得该直流变换软开关电路仍然需要较多电器元件实现其功能，由此加大了直流变换器及其应用电路的成本，且由于半导体器件数量较多导致增加直流变换器及其应用电路的封装难度的技术问题。基于上述问题，本专利技术实施例提供一种开关电路，能够采用较少的电器元件，显著提高电路效率、减小开关元件上的损耗。图2是本专利技术的一种实施例的开关电路的拓扑图。该开关电路可以用于直流变换电路的开关模块。如图2所示，该直流变换电路的负载并联有支撑电容C2，开关模块包括串联连接的正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2。开关电路包括在正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2的连接点与负载之间串联连接的电容C1和电感L1，以及与电容C1并联的依次串联的开关元件Q3、单向导通元件D1和电感L2，其中，单向导通元件D1使电流可以自开关元件Q3流入电感L2。在一些实施例中，上述开关元件可以包括绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物场效应晶体管或集成门极换流晶闸管。在一些示例中，上述单向导通元件D1可以为二极管。在一些示例中，该支撑电容C2的电容量远大于电容C1的电容量，例如支撑电容C2的电容量大于电容C1的电容量的10倍。图3是本专利技术的一种实施例的开关电路的各个工作模态中流过电容C1的电流和电容C1两端的电压的波形图。如图3所示，纵坐标分别代表流过电容C1电流iC1和电容C两端的电压uC1。现结合图3对该开关电路的工作模态进行详细说明。在一些实施例中，该开关电路在负载满载时可以包括以下工作模态：第一工作模态：起始状态电容C1两端的电压为零或者负值，例如，起始状态电容C1两端的电压uC1为负的最大值，此时流过C1的电流iC1为零，接通开关元件Q1关断开关元件Q2，由于与负载并联的支撑电容C2的电容值远大于电容C1的电容值，可以认为负载两端电压恒定，电容C1和电感L1的发生谐振，通过开关元件Q1流入支撑电容C2和负载的电流为正弦，频率为电容C1和电感L1的谐振频率，当该电流幅值iC1回到零时，进入第二工作模态。第二工作模态：关断开关元件Q1，这时由于主回路上电流幅值已回到0，所以实现了开关元件Q1上的零电流关断，降低了开关损耗，电容C1上电压uC1达到正最大值，进入第三工作模态。第三工作模态：接通开关元件Q3，使电容C1和电感L2发送谐振，谐振到电感L2上电流幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电路，用于直流变换电路的开关模块，所述直流变换电路的负载并联有支撑电容C2，所述开关模块包括串联连接的正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2，其特征在于，所述开关电路包括在所述正极侧开关元件Q1和所述负极侧开关元件Q2的连接点与负载之间串联连接的电容C1和电感L1，以及与所述电容C1并联的依次串联的开关元件Q3、单向导通元件D1和电感L2，其中，所述单向导通元件D1使电流自开关元件Q3流入电感L2。

【技术特征摘要】
1.一种开关电路，用于直流变换电路的开关模块，所述直流变换电路的负载并联有支撑电容C2，所述开关模块包括串联连接的正极侧开关元件Q1和负极侧开关元件Q2，其特征在于，所述开关电路包括在所述正极侧开关元件Q1和所述负极侧开关元件Q2的连接点与负载之间串联连接的电容C1和电感L1，以及与所述电容C1并联的依次串联的开关元件Q3、单向导通元件D1和电感L2，其中，所述单向导通元件D1使电流自开关元件Q3流入电感L2。2.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述开关元件包括绝缘栅双极型晶体管、金属氧化物场效应晶体管或集成门极换流晶闸管。3.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，所述单向导通元件D1为二极管。4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关电路，其特征在于，所述支撑电容C2的电容量远大于电容C1的电容量。5.根据权利要求4所述的开关电路，其特征在于，所述支撑电容C2的电容量大于电容C1的电容量的10倍。6.一种开关电路的控制方法，其特征在于，用于权利要求1至5任一项所述的开关电路，该方法包括：获取所述负载两端的当前电压U2；基于负载两端的当前电压U2、负载两端的目标电压所述电容C1的电容值和所述电感L1的电感值获得所述正极侧开关元件Q1和所述负极侧开关元件Q2的占空比；根据所述占空比对所述正极侧开关元件Q1和所述负极侧开关元件Q2进行接通及关断控制，以使所述正极侧开关元件Q1实现零电流关断。7.根据权利要求6所述的开关电路的控制方法，其特征在于，所述基于负载两端的当前电压U2、负载两端的目标电压所述电容C1的电容值和所述电感L1的电感值获得所述正极侧开关元件Q1和所述负极侧开关元件Q2的占空比的步骤还包括：基于所述负载两端的当前电压U2、所述负载两端的目标电压获得所述负载两端的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜鑫，张国驹，庞云亭，
申请(专利权)人：北京天诚同创电气有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11