一种软开关降压变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种软开关降压变换器，包括主功率电路、辅助电路和控制电路；主功率电路的正极输入端用于与电源的正极连接，负极输入端用于与电源的负极连接，输出端与控制电路的输入端连接，第一控制端与控制电路的第一输出端连接，第二控制端与控制电路的第二输出端连接；辅助电路包括辅助绕组Ls、第一辅助开关管Q3、第二辅助开关管Q4、辅助二极管D和辅助电源；辅助电路通过辅助绕组Ls与主功率电路耦合连接；控制电路的第三输出端与第一辅助开关管Q3的控制端连接，第四输出端与第二辅助开关管Q4的控制端连接。该软开关降压变换器可实现主功率开关管Q1的ZVS开通，可有效减小开关损耗，提升功率密度。提升功率密度。提升功率密度。

【技术实现步骤摘要】
一种软开关降压变换器


[0001]本技术涉及开关电源
，具体涉及一种软开关降压变换器。

技术介绍

[0002]BUCK变换器作为一种常见直流变换器，其广泛用于开关电源、直流微网、新能源发电等领域。传统的硬开关BUCK变换器因其成本低廉、控制简洁等优势至今仍在沿用。随着开关电源的高频化、小体积化发展，BUCK变换器的软开关技术显得至关重要。工作于DCM及BCM模式下的BUCK变换器可以实现续流二极管自然ZCS关断，对整机效率提升以及EMI设计极为有利。
[0003]工作在DCM模式下的BUCK变换器，当续流管关断后主功率电感Lp和主功率开关管Q1以及续流二极管的寄生电容发生谐振，通常在主功率开关管Q1端电压谐振到谷底时，将主功率开关管Q1导通以此减小主功率管的开通损耗。采用谷底开关的方案缺陷在于不能完全可靠实现主功率开关管Q1的零电压开通，特别是当输入电压大于输出电压2倍以上时。
[0004]有专利文献提出，工作于临界模式下的基本同步BUCK变换器，在电感电流过零后，控制续流开关器件继续固定导通一段时间，则输出电容Cout对电感反向励磁，电感电流反向，通过此电流在“死区”内为主开关器件创造软开关条件。但该方案需采用PFM控制模式，且变换器的工作频率随着输入电压升高而升高、随负载减小而减小，而电源效率难以提升，极大限制了这种技术方案使用范围。
[0005]另有专利提出，通过在基本BUCK变换器中增加谐振电感，谐振电容及开关器件组成谐振电路以实现主功率管的ZVS和ZCS，但由于谐振电路容易使开关管及续流管产生较高的电压应力和电流应力，难以选取合适的开关器件。
[0006]综上，BUCK软开关技术方案中，第一类控制简单却难以可靠实现；第二类则需PFM控制，且在高压或轻空载下效率急剧降低；第三类实现软开关的同时带来电压应力、电流应力的问题。

技术实现思路

[0007]针对以上问题，本技术提供了一种软开关降压变换器利用一辅助电源外加一开关管可使得DCM工作模式下降压变换器及其辅助电路的功率开关管均可靠实现零电压开通，其控制思路简单，且极大提高了降压变换器电路在DCM模式下的工作效率。
[0008]本技术提出的技术方案如下：
[0009]提供一种软开关降压变换器，包括主功率电路、辅助电路和控制电路；主功率电路的正极输入端用于与电源的正极连接，负极输入端用于与电源的负极连接，输出端与控制电路的输入端连接，第一控制端与控制电路的第一输出端连接，第二控制端与控制电路的第二输出端连接；
[0010]辅助电路包括辅助绕组Ls、第一辅助开关管Q3、第二辅助开关管Q4、辅助二极管D和辅助电源；辅助绕组Ls的第一端、第二辅助开关管Q4的第一端接地，第二辅助开关管Q4的
第二端与辅助二极管D的阳极连接；辅助二极管D的阴极与辅助绕组Ls的第二端、第一辅助开关管Q3的第二端连接，第一辅助开关管Q3的第一端与辅助电源连接，
[0011]或者，辅助绕组Ls的第一端、辅助二极管D的阳极接地，辅助二极管D的阴极与第二辅助开关管Q4的第一端连接，第二辅助开关管Q4的第二端与辅助绕组Ls的第二端、第一辅助开关管Q3的第二端连接，第一辅助开关管Q3的第一端与辅助电源连接；
[0012]辅助电路通过辅助绕组Ls与主功率电路耦合连接；
[0013]控制电路的第三输出端与第一辅助开关管Q3的控制端连接，第四输出端与第二辅助开关管Q4的控制端连接。
[0014]优选地，主功率电路的输出端包括正极输出端和负极输出端；主功率电路包括输入电容Cin、主功率开关管Q1、同步整流开关管Q2、主功率电感Lp、输出电容Cout；输入电容Cin的一端与主功率开关管Q1的第一端连接后，作为主功率电路的正极输入端；主功率开关管Q1的第二端与同步整流开关管Q2的第一端、主功率电感Lp的第一端连接；主功率电感Lp的第二端与输出电容Cout的一端连接后，作为正极输出端；输入电容Cin的另一端、同步整流开关管Q2的第二端、输出电容Cout的另一端连接后，用于与电源的负极连接，同时作为主功率电路的负极输出端；主功率开关管Q1的控制端作为主功率电路的第一控制端与控制电路的第一输出端连接；同步整流开关管Q2的控制端作为主功率电路的第二控制端与控制电路的第二输出端连接；主功率电感Lp与辅助绕组Ls耦合。
[0015]优选地，控制电路的输入端包括第一输入端和第二输入端；控制电路包含时钟信号发生电路、输出电压及电感电流采样电路、驱动电路；输出电压及电感电流采样电路的第一输入端作为控制电路的第一输入端与主功率电路的正极输出端连接，用于采集主功率电路的输出电压，输出电压及电感电流采样电路的第二输入端作为控制电路的第二输入端与主功率电路的负极输出端连接，用于采集电感电流峰值信号，输出端与驱动电路的输入端连接；时钟信号发生电路的输出端与驱动电路的输入端连接；驱动电路的第一输出端作为控制电路的第一输出端，第二输出端作为控制电路的第二输出端，第三输出端作为控制电路的第三输出端，第四输出端作为控制电路的第四输出端；驱动电路根据时钟信号发生电路生成的时钟信号延时控制主功率开关管Q1的开通，根据输出电压及电感电流采样电路采样的输出电压和电感电流峰值信号控制主功率开关管Q1的关断；主功率开关管Q1关断信号触发驱动电路控制同步整流开关管Q2和第一辅助开关管Q3的开通，输出电压及电感电流采样电路检测电感电流过零点，并在电感电流过零时刻触发驱动电路控制同步整流开关管Q2关断、控制第一辅助开关管Q3延迟预设时间后关断；第一辅助开关管Q3关断信号触发驱动电路控制第二辅助开关管Q4开通预设时间，以使第一辅助开关管Q3和第二辅助开关管Q4的总体导通时间与主功率开关管Q1的导通时间互补。
[0016]优选地，辅助绕组Ls与主功率电感Lp为正激耦合；辅助绕组Ls的第一端为同名端，第二端为异名端；主功率电感Lp的第一端为同名端，第二端为异名端；辅助绕组Ls的同名端、第二辅助开关管Q4的第一端接地，辅助绕组Ls的异名端与第一辅助开关管Q3的第二端、辅助二极管D的阴极连接，第二辅助开关管Q4的第二端与辅助二极管D的阳极连接，第一辅助开关管Q3的第一端与辅助电源连接。
[0017]优选地，辅助绕组Ls与主功率电感Lp为反激耦合；辅助绕组Ls的第一端为同名端，第二端为异名端；主功率电感Lp的第一端为同名端，第二端为异名端；辅助绕组Ls的异名端
与第一辅助开关管Q3第二端、第二辅助开关管Q4第二端，辅助绕组Ls的同名端、辅助二极管D的阳极接地，第二辅助开关管Q4的第一端与辅助二极管D的阴极连接，第一辅助开关管Q3的第一端与辅助电源连接。
[0018]优选地，第一辅助开关管Q3和第二辅助开关管Q4均为NMOS管，第一端均为漏极，第二端均为源极，第三端均为栅极。
[0019]优选地，主功率开关管Q1和同步整流开关管Q2均为NMOS管，第一端均为漏极，第二端均为源极，第三端均为栅极。
[0020]优选地，输出电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软开关降压变换器，其特征在于，包括主功率电路、辅助电路和控制电路；主功率电路的正极输入端用于与电源的正极连接，负极输入端用于与电源的负极连接，输出端与控制电路的输入端连接，第一控制端与控制电路的第一输出端连接，第二控制端与控制电路的第二输出端连接；辅助电路包括辅助绕组Ls、第一辅助开关管Q3、第二辅助开关管Q4、辅助二极管D和辅助电源；辅助绕组Ls的第一端、第二辅助开关管Q4的第一端接地，第二辅助开关管Q4的第二端与辅助二极管D的阳极连接；辅助二极管D的阴极与辅助绕组Ls的第二端、第一辅助开关管Q3的第二端连接，第一辅助开关管Q3的第一端与辅助电源连接，或者，辅助绕组Ls的第一端、辅助二极管D的阳极接地，辅助二极管D的阴极与第二辅助开关管Q4的第一端连接，第二辅助开关管Q4的第二端与辅助绕组Ls的第二端、第一辅助开关管Q3的第二端连接，第一辅助开关管Q3的第一端与辅助电源连接；辅助电路通过辅助绕组Ls与主功率电路耦合连接；控制电路的第三输出端与第一辅助开关管Q3的控制端连接，第四输出端与第二辅助开关管Q4的控制端连接。2.根据权利要求1所述的软开关降压变换器，其特征在于，主功率电路的输出端包括正极输出端和负极输出端；主功率电路包括输入电容Cin、主功率开关管Q1、同步整流开关管Q2、主功率电感Lp、输出电容Cout；输入电容Cin的一端与主功率开关管Q1的第一端连接后，作为主功率电路的正极输入端；主功率开关管Q1的第二端与同步整流开关管Q2的第一端、主功率电感Lp的第一端连接；主功率电感Lp的第二端与输出电容Cout的一端连接后，作为正极输出端；输入电容Cin的另一端、同步整流开关管Q2的第二端、输出电容Cout的另一端连接后，用于与电源的负极连接，同时作为主功率电路的负极输出端；主功率开关管Q1的控制端作为主功率电路的第一控制端与控制电路的第一输出端连接；同步整流开关管Q2的控制端作为主功率电路的第二控制端与控制电路的第二输出端连接；主功率电感Lp与辅助绕组Ls耦合。3.根据权利要求2所述的软开关降压变换器，其特征在于，控制电路的输入端包括第一输入端和第二输入端；控制电路包含时钟信号发生电路、输出电压及电感电流采样电路、驱动电路；输出电压及电感电流采样电路的第一输入端作为控制电路的第一输入端与主功率电路的正极输出端连接，用于采集主功率电路的输出电压，输出电压及电感电流采样电路的第二输入端作为控制电路的第二输入端与主功率电路的负极输出端连接，用于采集电感电流峰值信号，输...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹向阳，刘雯，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：新型
国别省市：