一种软开关变换器制造技术

本发明专利技术涉及一种软开关变换器，包括主电路和软开关辅助电路，所述软开关辅助电路包括功率器件Q3、功率器件Q4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L2和耦合电感L3与现有技术相比，本发明专利技术增加了软开关辅助电路，连接于主电路上。通过辅助电路控制，可使主电路及软开关辅助电路上的半导体器件在全负载范围和全输入电压范围内实现软开关的效果且无应力尖峰，从而提高开关变换器的工作频率，功率密度和效率，减小体积，降低EMI和成本。降低EMI和成本。降低EMI和成本。

【技术实现步骤摘要】
一种软开关变换器


[0001]本专利技术涉及电源电路领域，特别涉及应用于软开关控制的BUCK和BOOST开关变换器。

技术介绍

[0002]随着电源技术的发展，高效率、高功率密度的同步整流电路已经成为一种趋势，如图1和图2所示，图1为现有的同步BUCK变换器，图2为现有的同步BOOST变换器，现有的同步BUCK变换器的功率MOSFET管的开关过程及其驱动带来的损耗也愈发突显出来，随着开关频率的增加，功率MOSFET管的开关损耗和驱动损耗成比例增大，降低了同步整流电路的效率，电磁干扰问题也较为严重。为解决该问题，软开关技术被发展并逐渐应用在开关变换器中以降低开关损耗和EMI噪声，提高变换器的功率密度，其中，理想的软开关技术是在开关过程中使开关管的电流或电压先降到零，再让其电压或电流缓慢上升，以使得开关损耗近似为零。
[0003]如中国专利申请号为CN202111560022.X的专利申请文件提出了一种软开关型双向BUCK
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BOOST变换器，请参考图1，该变换器通过增加辅助软开关电路，可实现BUCK和BOOST变换器主功率管实现软开关，且无应力尖峰。但通过实际分析和仿真验证发现其软开关辅助电路中，耦合变压器无去磁回路，导致耦合变压器存储的能量全部转换成电压尖峰，加在软开关辅助电路中的半导体器件上，使得其产生高于BUCK变换器输入电压或BOOST变换器输出电压数倍的电压尖峰，难以应用在实际产品上。

技术实现思路

[0004]有鉴如此，本专利技术要解决的技术问题是提出一种软开关变换器及其控制方法，能够解决现有技术的软开关辅助电路中的半导体器件应力尖峰大的问题，且可实现主电路及软开关辅助电路上的半导体器件在全负载范围和全输入电压范围内实现软开关的效果且无应力尖峰。
[0005]本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一方面，提供一种软开关变换器，包括主电路，所述主电路包括功率管Q1、功率管Q2、电感L1和电容C1；功率管Q1的第一端用于连接电源的正极，功率管Q1的第二端同时与电感L1的一端和功率管Q2的第一端连接，电感L1的另一端连接电容C1的一端，功率管Q2的第二端同时与电容C1的另一端和用于与电源负极连接；
[0007]还包括软开关辅助电路，所述软开关辅助电路包括功率器件Q3、功率器件Q4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L2和耦合电感L3；功率器件Q3的第一端同时与二极管D2的阴极和功率管Q1的第一端连接；功率器件Q3的第二端同时与耦合电感L3的第一端和二极管D3的阴极连接；耦合电感L3的第二端与二极管D1的阳极连接，耦合电感L3的第三端同时与功率器件Q4的第一端和二极管D2的阳极连接；二极管D1的阴极与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与功率管Q2的第一端连接；功率器件Q4的第二端同时与二极管D3的阳极和电源
负极连接。
[0008]优选地，耦合电感L3包括第一电感和第二电感，第一端为第一电感的异名端，第二端为第一电感的同名端与第二电感的异名端连接的节点，第三端为第二电感的同名端；第一电感与第二电感的匝数相等。
[0009]优选地，功率器件Q3为MOS管或IGBT管或二极管；当功率器件Q3为MOS管或IGBT管时，功率器件Q3的第一端为漏极，第二端为源极；当功率器件Q3为二极管时，功率器件Q3的第一端为阴极，第二端为阳极。
[0010]优选地，功率器件Q4为MOS管或IGBT管或二极管；当功率器件Q4为MOS管或IGBT管时，功率器件Q4的第一端为漏极，第二端为源极；当功率器件Q4为二极管时，功率器件Q4的第一端为阴极，第二端为阳极。
[0011]优选地，功率管Q1和功率管Q2均为MOS管或IGBT管，功率管Q1和功率管Q2的第一端均为漏极，第二端均为源极。
[0012]优选地，功率管Q1和功率管Q2采用带死区的互补驱动；功率管Q2开通期间，功率器件Q3开通，且功率管Q1开通期间，功率器件Q3关断。
[0013]优选地，功率器件Q4的控制端接入的驱动信号和功率器件Q3的控制端接入的驱动信号相同。
[0014]另一方面，提供一种软开关变换器，包括主电路，所述主电路包括功率管Q1、功率管Q2、电感L1和电容C1；功率管Q1的第一端与电容C1的一端连接，功率管Q1的第二端同时与电感L1的一端和功率管Q2的第一端连接，电感L1的另一端用于与电源的正极连接，功率管Q2的第二端同时与电容C1的另一端和用于与电源负极连接；
[0015]还包括软开关辅助电路，所述软开关辅助电路包括功率器件Q3、功率器件Q4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L2和耦合电感L3；功率器件Q3的第一端同时与二极管D2的阴极和功率管Q1的第一端连接；功率器件Q3的第二端同时与耦合电感L3的第一端和二极管D3的阴极连接；耦合电感L3的第二端与二极管D1的阴极连接，耦合电感L3的第三端同时与功率器件Q4的第一端和二极管D2的阳极连接；二极管D1的阳极与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与功率管Q2的第一端连接；功率器件Q4的第二端同时与二极管D3的阳极和电源负极连接。
[0016]本专利技术的工作原理将结合具体实施例进行分析，在此不赘述，本专利技术的有益效果如下：
[0017]1、通过对辅助软开关电路和功率管并联电容进行设计，可实现BUCK开关变换器和BOOST开关变换器的所有功率管达到软开通和软关断的效果，降低开关损耗，提升变换器效率，且功率管无应力尖峰，器件选型更为简单；
[0018]2、辅助软开关电路中的功率管均可实现近似零电流开通和零电流关断，降低辅助电路中的开关损耗；
[0019]3、辅助软开关电路中的耦合电感采用二极管去磁，可确保耦合电感有效复位，辅助软开关电路中的功率管无应力尖峰，器件选型更为简单；
[0020]4、辅助软开关电路中增加的二极管D1，可有效防止电感L2反向激磁，使得设计更为简单可控。
附图说明
[0021]图1为现有技术软开关型双向BUCK
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BOOST变换器原理图；
[0022]图2现有BUCK开关变换器的原理图；
[0023]图3现有BOOST开关变换器的原理图；
[0024]图4本专利技术第一实施例开关变换器的原理图；
[0025]图5为图4的控制时序及波形；
[0026]图6本专利技术第二实施例开关变换器的原理图；
[0027]图7为图6的控制时序及波形。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]本申请的专利技术构思为：
[0030]利用耦合电感L3及功率器件Q3和功率器件Q4实现BUCK开关变换器和BOOST开关变换器的所有功率管达到软开通和软关断的效果，并增加去磁二极管D2、D3对耦合电感进行磁通复位；同时为确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软开关变换器，包括主电路，所述主电路包括功率管Q1、功率管Q2、电感L1和电容C1；功率管Q1的第一端用于连接电源的正极，功率管Q1的第二端同时与电感L1的一端和功率管Q2的第一端连接，电感L1的另一端连接电容C1的一端，功率管Q2的第二端同时与电容C1的另一端和用于与电源负极连接；其特征在于:还包括软开关辅助电路，所述软开关辅助电路包括功率器件Q3、功率器件Q4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L2和耦合电感L3；功率器件Q3的第一端同时与二极管D2的阴极和功率管Q1的第一端连接；功率器件Q3的第二端同时与耦合电感L3的第一端和二极管D3的阴极连接；耦合电感L3的第二端与二极管D1的阳极连接，耦合电感L3的第三端同时与功率器件Q4的第一端和二极管D2的阳极连接；二极管D1的阴极与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与功率管Q2的第一端连接；功率器件Q4的第二端同时与二极管D3的阳极和电源负极连接。2.根据权利要求1所述的软开关变换器，其特征在于，耦合电感L3包括第一电感和第二电感，第一端为第一电感的异名端，第二端为第一电感的同名端与第二电感的异名端连接的节点，第三端为第二电感的同名端；第一电感与第二电感的匝数相等。3.根据权利要求1所述的软开关变换器，其特征在于，功率器件Q3为MOS管或IGBT管或二极管；当功率器件Q3为MOS管或IGBT管时，功率器件Q3的第一端为漏极，第二端为源极；当功率器件Q3为二极管时，功率器件Q3的第一端为阴极，第二端为阳极。4.根据权利要求1所述的软开关变换器，其特征在于，功率器件Q4为MOS管或IGBT管或二极管；当功率器件Q4为MOS管或IGBT管时，功率器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢鹏飞，董亭飞，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：