一种软开关PWM-PFC交直流输入的升压变换器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种软开关PWM‑PFC交直流输入的升压变换器，包括整流桥、电感LF、由一个增强型N沟道的MOS管构成的主开关S1、寄生在主开关S1的二极管D1、寄生在主开关S1的电容CP、主二极管DF、有源缓冲单元、输出滤波用的电容CF容。本实用新型专利技术在合适的PWM驱动控制下可以实现主要的开关场效应管在零电流时进行开关，防止了开关管过量发热，提高了电路效率，提高了电路EMI特性，降低了散热需求。

【技术实现步骤摘要】
一种软开关PWM-PFC交直流输入的升压变换器
本技术涉及电路变压领域，具体涉及一种软开关PWM-PFC交直流输入的升压变换器。
技术介绍
目前开关电源已经大量普及，取代了传统的工频整流滤波电源，成为节能且稳定的变压方式。在升压领域，开关电源有各种形式的电路，开关电源的能效不仅仅关系着电能的转化效率、电费的开支，更意味着电源的的散热问题。一旦开关电源能效低，损失的电能会在电源上以热量形式散开，如果散热不及则会导致电源损坏。开关电源的热量主要产生在开关(大多数采用晶体管作为可控开关)上，因为开关在有电流的时候强行关闭，而开关速度并非瞬间，所以在其电阻上升、下降时产生了电流效应，所以开关电源中开关管上总会安装散热片。只有在零电流时进行开启关断，零电压时进行转换，才能最大程度减少损耗在开关管上的能量。
技术实现思路
为了解决以上问题，本技术提供了一种交直流升压电路，由以下技术方案来实现：一种软开关PWM-PFC交直流输入的升压变换器，包括整流桥、电感LF、由一个增强型N沟道的MOS管构成的主开关S1、寄生在主开关S1的二极管D1、寄生在主开关S1的电容CP、主二极管DF、有源缓冲单元、输出滤波用的电容CF；其中有源缓冲单元具有输入端、输出端、地端三个端口；所述整流桥的输出正极端通过所述电感LF连接到主开关S1的源极、二极管D1的负极、电容CP的正极、有源缓冲单元的输入端、主二极管DF的正极；所述整流桥的输出负极连接到主开关S1的漏极、二极管D1的正极、电容CP的负极、有源缓冲单元的地端；所述有源缓冲单元的输出端连接电容CF的正极和主二极管DF的负极，构成所述变换器的正极输出端，所述有源缓冲单元的地端连接输出缓冲电容CF的负极，构成所述变换器的负极输出端。所述主开关S1的栅极(G极)连接外部的电源控制芯片，进行PWM开关控制，在开关关断时电荷被泵到高位输出端，完成升压功能。进一步改进在于，所述有源缓冲单元包括用于谐振的电感Lr1和电容CS、二极管D2、二极管D3、二极管D4、由一个N沟道加强型MOS管构成的辅助开关S2、一个变压器的初级线圈和次级线圈，所述初级线圈与次级线圈变比为1:a；所述有源缓冲单元内第一路按顺序连接输入端、电感Lr1、二极管D2的正极、二极管D2的负极、初级线圈的正端、初级线圈的负端、二极管D4的正极、二极管D4的负极、辅助开关S2的漏极、辅助开关S2的源极、地端；第二路按顺序连接输入端、次级线圈负极、次级线圈正极、二极管D3、输出端；电容CS的负极连接在输入端，正极连接在二极管D2的负极。开关S1与S2的栅极连接外部的电源控制芯片，提供合适的开关PWM波形，所述有源缓冲单元为主开关提供ZVT导通和ZCT关断，因此辅助开关S2的电流盈利显著降低。进一步改进在于，所述整流桥为一个全波整流桥。进一步改进在于，所述变压器为一个高频变压器。本技术的有益效果是：缓冲器单元为主开关提供ZVT导通和ZCT关断。除了主二极管用ZVS导通并且用ZCS关断而所有辅助半导体器件都是瞬间开通关闭，热量可忽略。在ZVT操作期间，大部分开关能量通过辅助变压器传输到输出侧。因此，辅助开关的电流应力显着降低。此外，所提出的变换器操作宽输入线电压和输出电流范围。附图说明附图1为本技术实施例的电路结构图附图2为本技术实施例的电路参数顺序示意图附图3-13为本技术实施例中阶段1-11的电路参与元件示意图具体实施方式为了使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本技术。一种软开关PWM-PFC交直流输入的升压变换器，包括整流桥、电感LF、由一个增强型N沟道的MOS管构成的主开关S1、寄生在主开关S1的二极管D1、寄生在主开关S1的电容CP、主二极管DF、有源缓冲单元、输出滤波用的电容CF；其中有源缓冲单元包括用于谐振的电感Lr1和电容CS、二极管D2、二极管D3、二极管D4、由一个N沟道加强型MOS管构成的辅助开关S2、一个变压器的初级线圈和次级线圈，所述初级线圈与次级线圈变比为1:a；所述有源缓冲单元内第一路按顺序连接输入端、电感Lr1、二极管D2的正极、二极管D2的负极、初级线圈的正端、初级线圈的负端、二极管D4的正极、二极管D4的负极、辅助开关S2的漏极、辅助开关S2的源极、地端；第二路按顺序连接输入端、次级线圈负极、次级线圈正极、二极管D3、输出端；电容CS的负极连接在输入端，正极连接在二极管D2的负极。所述整流桥的输出正极端通过所述电感LF连接到主开关S1的源极、二极管D1的负极、电容CP的正极、有源缓冲单元的输入端、主二极管DF的正极；所述整流桥的输出负极连接到主开关S1的漏极、二极管D1的正极、电容CP的负极、有源缓冲单元的地端；所述有源缓冲单元的输出端连接电容CF的正极和主二极管DF的负极，构成所述变换器的正极输出端，所述有源缓冲单元的地端连接输出缓冲电容CF的负极，构成所述变换器的负极输出端。下面阐述该电路的工作原理。如附图1所示，该电路Vac交流输入电压加载于整流桥输入端，输出端输出电压定为Vi，图3-13中省略整流桥，以整流桥输出的电压Vi为电路提供电源。开关S1与S2的栅极连接电源管理芯片，施加电平控制信号。由于变压器线圈都存在漏感，故在该电路中，初级线圈的漏感Lpl与次级线圈漏感Lsl串联在变压器线圈线路中。如图2所示，本电路一个工作周期有13个阶段。阶段1[t0<t<t1：图3]在t＝t0之前，开关S1和S2处于关断状态。主二极管DF导通输入电流Ii。iS1＝0，iDF＝Ii，iS2＝0，vCS＝VCS0和vCp＝Vo有效。在t＝t0时，控制信号被施加到S2的栅极，并且该阶段开始。然后，主二极管电流减小，而辅助开关S2电流增加并且电容CS的电压降低。Lr2为初级线等效电感，这个阶段的方程式如下所示：vCS＝VCS0cos(ω1(t-t0))(1)在t＝t1时，当辅助开关S2电流达到输入电流Ii时，主二极管DF电流降为零。因此，由于串联电感器Lr2，辅助开关S2导通并且主二极管DF利用ZCS关断。阶段2[t1<t<t2：图4]在此阶段，共振从Cp-Cs-Lr2开始。因此，当辅助开关S2电流增加时，电容Cp的电压下降。在这里，电容Cp的能量被传送到变压器。之后，变压器将大部分能量传输到输出端。能量在前两个阶段转移到输出。通过这种方式，可以在这些阶段确保直接功率传输(DPT)。对于这个阶段，下列方程是成立的：在t＝t2时，当Cp的电压降至零并且该阶段结束时，二极管D1以ZVS零电压导通。阶段3[t2<t<t4：图5]在t＝t2时，通过Lr1-Lr2-Cs开始一个新的谐振，并且变压器初级线圈的能量传递到Lr1和Cs。它被称为ZVT阶段，其中D1处于开启状态。在这个阶段控制信号被施加到主开关S1的栅极。这样，主开关S1用ZVT零电压打开。在t＝t3时，变压器初级线圈电流下降Ii和D1二极管关闭ZCS。之后，主开关S1电流增加，而变压器初级线圈电流减小。在这里，谐振电感电流iLr1，iLr2和谐振电容器电压VCS可以表示如下：vCS＝V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软开关PWM‑PFC交直流输入的升压变换器，其特征在于：包括整流桥、电感LF、由一个增强型N沟道的MOS管构成的主开关S1、寄生在主开关S1的二极管D1、寄生在主开关S1的电容CP、主二极管DF、有源缓冲单元、输出滤波用的电容CF；其中有源缓冲单元具有输入端、输出端、地端三个端口；所述整流桥的输出正极端通过所述电感LF连接到主开关S1的源极、二极管D1的负极、电容CP的正极、有源缓冲单元的输入端、主二极管DF的正极；所述整流桥的输出负极连接到主开关S1的漏极、二极管D1的正极、电容CP的负极、有源缓冲单元的地端；所述有源缓冲单元的输出端连接电容CF的正极和主二极管DF的负极，构成所述变换器的正极输出端，所述有源缓冲单元的地端连接输出缓冲电容CF的负极，构成所述变换器的负极输出端。

【技术特征摘要】
1.一种软开关PWM-PFC交直流输入的升压变换器，其特征在于：包括整流桥、电感LF、由一个增强型N沟道的MOS管构成的主开关S1、寄生在主开关S1的二极管D1、寄生在主开关S1的电容CP、主二极管DF、有源缓冲单元、输出滤波用的电容CF；其中有源缓冲单元具有输入端、输出端、地端三个端口；所述整流桥的输出正极端通过所述电感LF连接到主开关S1的源极、二极管D1的负极、电容CP的正极、有源缓冲单元的输入端、主二极管DF的正极；所述整流桥的输出负极连接到主开关S1的漏极、二极管D1的正极、电容CP的负极、有源缓冲单元的地端；所述有源缓冲单元的输出端连接电容CF的正极和主二极管DF的负极，构成所述变换器的正极输出端，所述有源缓冲单元的地端连接输出缓冲电容CF的负极，构成所述变换器的负极输出端。2.根据权利要求1所述的一种软开关PWM-PFC交直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：王力，张逢雪，牛学洲，张国营，李岚冰，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司菏泽供电公司，国家电网公司，
类型：新型
国别省市：山东,37