專利名稱：直流－直流變換器的無源軟開關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及直流—直流變換器的無源軟開關(guān)電路。
背景技術(shù)：
常規(guī)的buck、boost、buck-boost、CUK、Sepic Zeta六種三電平直流—直流變換器，具有兩個有源開關(guān)管S1、S2，兩個續(xù)流二極管D1、D2，一般為硬開關(guān)工作，近年來，相繼研究了一些軟開關(guān)電路，主要有兩種，一種是在變換器中附加有源和無源元件，實現(xiàn)功率器件的軟開關(guān)，由于采用元件數(shù)量多，且需額外的檢測，故控制復(fù)雜，成本高，可靠性差；另一種是附加含電阻的無源緩沖電路，其能量損耗大，工作時能量消耗在電阻上，導(dǎo)致電路工作效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供附加元件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無需額外的檢測和控制，且無能量損耗的直流—直流變換器的無源軟開關(guān)電路。
本實用新型的直流—直流變換器的無源軟開關(guān)電路具有兩個分別與功率開關(guān)管和續(xù)流二極管相對應(yīng)的完全對稱的單元電路，兩個單元電路分別由一個電感，一個儲能電容，一個吸收電容及三個順極性串聯(lián)的二極管組成，每個單元電路的電感與續(xù)流二極管串聯(lián)后再與三個順極性串聯(lián)的二極管相并聯(lián)，三個二極管的極性與續(xù)流二極管的極性一致，儲能電容跨接在續(xù)流二極管及與之相連的第一個二極管的另一端之間，吸收電容的一端接于續(xù)流二極管和第一個二極管的公共接點，另一端與第二個、第三個二極管的接點相連。
工作時，電感和儲能電容、吸收電容之間的諧振實現(xiàn)了開關(guān)管的零電流開通和續(xù)流二極管的零電流關(guān)斷，以及開關(guān)管的零電壓關(guān)斷和續(xù)流二極管的零電壓開通。同時，每個周期儲能電容收集這些諧振能量，并最終將其轉(zhuǎn)移到負載，實現(xiàn)了吸收電路的無損運行。
本實用新型的直流—直流變換器的無源軟開關(guān)電路附加元件少，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無需額外的檢測和控制，電路中無能量損耗元件，可提高三電平直流—直流變換器的效率，且換流過程中，功率開關(guān)管關(guān)斷時無電壓過沖，續(xù)流二極管開通時無電流過沖。


圖1是本實用新型在Buck直流—直流變換器中的應(yīng)用實例；
圖2是本實用新型在Boost直流—直流變換器中的應(yīng)用實例；圖3是本實用新型在Buck-boost直流—直流變換器中的應(yīng)用實例；圖4是本實用新型在CUK直流—直流變換器中的應(yīng)用實例；圖5是本實用新型在Sepic直流—直流變換器中的應(yīng)用實例；圖6是本實用新型在Zeta直流—直流變換器中的應(yīng)用實例。
具體實施方式
參見圖1～圖6，本實用新型的直流—直流變換器的無源軟開關(guān)電路，具有兩個分別與功率開關(guān)管S1、S2和續(xù)流二極管D1、D2相對應(yīng)的完全對稱的單元電路，兩個單元電路分別由一個電感Lr1、Lr2，一個儲能電容Cs1、Cs2，一個吸收電容Cr1、Cr2及三個順極性串聯(lián)的二極管Da1、Da2、Da3和Db1、Db2、Db3組成，第一個單元電路的電感Lr1與續(xù)流二極管D1串聯(lián)后再與三個順極性串聯(lián)的二極管Da1、Da2、Da3相并聯(lián)，三個二極管Da1、Da2、Da3的極性與續(xù)流二極管的極性一致，儲能電容Cs1跨接在續(xù)流二極管D1及與之相連的第一個二極管Da1的另一端之間，吸收電容Cr1的一端接于續(xù)流二極管D1和第一個二極管Da1的公共接點，另一端與第二個、第三個二極管Da2、Da3的接點相連。第二個單元電路的電感Lr2與續(xù)流二極管D2串聯(lián)后再與三個順極性串聯(lián)的二極管Db1、Db2、Db3相并聯(lián)，三個二極管Db1、Db2、Db3的極性與續(xù)流二極管的極性一致，儲能電容Cs2跨接在續(xù)流二極管D2及與之相連的第一個二極管Db1的另一端之間，吸收電容Cr2的一端接于續(xù)流二極管D2和第一個二極管Db1的公共接點，另一端與第二個、第三個二極管Db2、Db3的接點相連。
工作情況，以圖2電路為例，該電路中有兩種換流情況，分別是S1與D1，S2與D2之間換流。由于電路結(jié)構(gòu)的對稱性，僅以S1與D1的換流過程為例分析如下S1開通，D1關(guān)斷的換流過程換流之前，電路處于S2導(dǎo)通，D1續(xù)流的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)S1開通時，由于諧振電感Lr1的存在，D1的電流值從輸入電流Ii開始以一定斜率線性減小，同時S1的電流從零開始以相同的斜率線性上升，實現(xiàn)開關(guān)管S1的零電流開通，直到D1關(guān)斷，由于電容Cs1端電壓VCs1和電容Cr1端電壓VCr1等于0，Da2自然導(dǎo)通，電感Lr1，儲能電容Cs1，吸收電容Cr1，開始諧振，D1端電壓從零諧振上升，實現(xiàn)D1的零電壓關(guān)斷。Cr1充電至V1，Da3導(dǎo)通，Vcr1保持恒定。Lr1，Cs1，Da2，Da3開始第二個諧振過程，當(dāng)電感Lr1、電流Ilr1等于零時，第二個諧振過程結(jié)束，隨后Ilr1減小到零，Da2，Da3關(guān)斷。之后，Cr1，Cs1的電壓保持不變，電路進入S1，S2導(dǎo)通的穩(wěn)定運行狀態(tài)。
S1關(guān)斷，D1開通的換流過程S1關(guān)斷后，輸入電流經(jīng)Da3對Cr1放電，S1的管電壓等于V1-Vcr1，即管電壓從零開始上升，實現(xiàn)S1的零電壓關(guān)斷。Cr1放電到零后，Da1，Da2導(dǎo)通，因此Lr1的端電壓等于Vcs1，Cs1通過Lr1向輸出端諧振放電，電感電流上升到輸入電流Ii，因此Da2和Da3關(guān)斷，輸入電流Ii繼續(xù)通過Da1使Cs1放電，Vcs1的緩慢變化為D1的零電壓開通提供了條件。Cs1放電到零，Da1關(guān)斷，同時D1自然開通，Cs1中的存儲能量完全傳遞到負載，負載電流通過D1輸出，電路又回到開始時刻相同的穩(wěn)態(tài)運行階段。
權(quán)利要求1.直流—直流變換器的無源軟開關(guān)電路，其特征在于具有兩個分別與功率開關(guān)管[S1]、[S2]和續(xù)流二極管[D1]、[D2]相對應(yīng)的完全對稱的單元電路，兩個單元電路分別由一個電感[Lr1]、[Lr2]，一個儲能電容[Csl]、[Cs2]，一個吸收電容[Cr1]、[Cr2]及三個順極性串聯(lián)的二極管[Da1]、[Da2]、[Da3]和[Db1]、[Db2]、[Db3]組成，每個單元電路的電感[Lr1]與續(xù)流二極管[D1]串聯(lián)后再與三個順極性串聯(lián)的二極管[Da1]、[Da2]、[Da3]相并聯(lián)，三個二極管[Da1]、[Da2]、[Da3]的極性與續(xù)流二極管的極性一致，儲能電容[Cs1]跨接在續(xù)流二極管[D1]及與之相連的第一個二極管[Da1]的另一端之間，吸收電容[Cr1]的一端接于續(xù)流二極管[D1]和第一個二極管[Da1]的公共接點，另一端與第二個、第三個二極管[Da2]、[Da3]的接點相連。
專利摘要本實用新型的直流一直流變換器的無源軟開關(guān)電路具有兩個分別與功率開關(guān)管和續(xù)流二極管相對應(yīng)的完全對稱的單元電路，兩個單元電路分別由一個電感，一個儲能電容，一個吸收電容及三個順極性串聯(lián)的二極管組成，每個單元電路的電感與續(xù)流二極管串聯(lián)后再與三個順極性串聯(lián)的二極管相并聯(lián)，三個二極管的極性與續(xù)流二極管的極性一致，儲能電容跨接在續(xù)流二極管及與之相連的第一個二極管的另一端之間，吸收電容的一端接于續(xù)流二極管和第一個二極管的公共接點，另一端與第二個、第三個二極管的接點相連。本實用新型附加元件少，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無需額外的檢測和控制，電路中無能量損耗元件，效率高，且換流過程中開關(guān)管關(guān)斷時無電壓過沖，續(xù)流二極管開通時無電流過沖。
文檔編號H02M3/07GK2541994SQ0221573
公開日2003年3月26日 申請日期2002年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月7日
發(fā)明者何湘寧, 吳洪洋, 鄧焰 申請人:浙江大學(xué)