專利名稱：無(wú)隔離型零電壓軟開(kāi)關(guān)直流-直流變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及直流-直流變換器，具體是一種無(wú)隔離型零電壓軟開(kāi)關(guān)直流-直 流變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，開(kāi)關(guān)電源變換器已在生產(chǎn)生活的各個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用，但采用硬開(kāi)關(guān)技 術(shù)的變換器，功率器件所承受的電應(yīng)力，開(kāi)關(guān)損耗都比較大，變換器產(chǎn)生的電磁干擾也比較 重。而采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和用場(chǎng)效應(yīng)晶體管代替二極管的同步整流技術(shù)已經(jīng)成為變換器向著 高功率密度，高效化，高可靠性，和低電磁干擾方向發(fā)展的有效手段。開(kāi)關(guān)電源變換器中，無(wú)隔離型直流_直流變換器是最基本的電能變換形式，其輸 入與輸出沒(méi)有隔離變壓器，是不隔離的，共有六種基本的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)B00ST(開(kāi)關(guān)調(diào)整 器拓?fù)?，BUCK(開(kāi)關(guān)型調(diào)整器拓?fù)?，BOOST-BUCK (開(kāi)關(guān)調(diào)整式變換電路拓?fù)?，SEPIC (開(kāi) 關(guān)調(diào)整式變換電路拓?fù)?，ZETA (開(kāi)關(guān)調(diào)整式變換電路拓?fù)?，CUK (變換器拓?fù)?。每種結(jié) 構(gòu)都用途廣泛，不論一個(gè)開(kāi)關(guān)電源變換器的輸入與輸出是否需要隔離，無(wú)隔離型直流-直 流變換器均有可能作為整個(gè)開(kāi)關(guān)電源變換器的全部或其中的一部分，而必須被采用，所以 高性能的無(wú)隔離型直流_直流變換器深受人們的重視。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種無(wú)隔離型零電壓軟開(kāi)關(guān)直流-直流 變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于進(jìn)一步提高無(wú)隔離型直流_直流變換器的性能。本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種無(wú)隔離型零電壓軟開(kāi)關(guān)直流-直流變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括一個(gè)緩沖 電容cl，一個(gè)通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管控制的輔助電路，及BOOST，BUCK, BOOST-BUCK, SEPIC, ZETA, OTK這六種基本的無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān)直流-直流變換器電路中任意一種的典型的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，其特征在于所述緩沖電容cl的兩端，與所述這六種基本的無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān)直流-直 流變換器電路中任意一種的典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的M0SFET主開(kāi)關(guān)管ml的漏極和源極并聯(lián)。所述通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管控制的輔助電路，包括一個(gè)M0SFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效 應(yīng)晶體管)輔助開(kāi)關(guān)管m2和兩個(gè)電容c2，c3，所述電容c2的兩端，與M0SFET輔助開(kāi)關(guān)管m2 的漏極和源極并聯(lián)。所述電容c3的一端與M0SFET輔助開(kāi)關(guān)管m2的漏極連接，電容c3另一 端及M0SFET輔助開(kāi)關(guān)管m2的源極，并聯(lián)在所述這六種基本的無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān)直流-直 流變換器電路中任意一種的典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的整流或續(xù)流二極管D1的兩端，并聯(lián)方向 為M0SFET輔助開(kāi)關(guān)管m2的體二極管與整流或續(xù)流二極管D1方向相同。所述這六種基本的無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān)直流_直流變換器電路中任意一種的典型 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的M0SFET主開(kāi)關(guān)管ml和所述通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管控制的輔助電路中的M0SFET 輔助開(kāi)關(guān)管m2，在高電壓，大電流的應(yīng)用場(chǎng)合，可用IGBT管并聯(lián)二極管來(lái)代替。本實(shí)用新型的有益效果是具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本直流_直流變換器可實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管
3和輔助開(kāi)關(guān)管的零電壓軟開(kāi)關(guān)，降低開(kāi)關(guān)應(yīng)力，開(kāi)關(guān)損耗，和開(kāi)關(guān)引起的電磁干擾；2.輔助 電路的M0SFET輔助開(kāi)關(guān)管，具有可控整流或續(xù)流的作用，可降低二極管的開(kāi)關(guān)損耗，提高 效率和可靠性；3.輔助電路的一個(gè)電容與輔助開(kāi)關(guān)管串聯(lián)，可在很大的負(fù)載變化范圍內(nèi)， 消耗很少的功率，實(shí)現(xiàn)零電壓軟開(kāi)關(guān)。

圖1是BOOST，BUCK, BOOST-BUCK, SEPIC, ZETA, CUK這六種基本無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān) 直流_直流變換器電路中任意一種典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略示意圖；圖2是本實(shí)用新型的無(wú)隔離型零電壓軟開(kāi)關(guān)直流-直流變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 略示意圖；圖3是硬開(kāi)關(guān)BUCK變換器電路的典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；圖4是本實(shí)用新型的零電壓軟開(kāi)關(guān)BUCK變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下 面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。如圖1所示，是BOOST，BUCK，BOOST-BUCK，SEPIC，ZETA，CUK這六種基本的無(wú)隔離型 的硬開(kāi)關(guān)直流-直流變換器電路中任意一種的典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略示意圖，由一個(gè)M0SFET 主開(kāi)關(guān)管ml，一個(gè)整流或續(xù)流二極管D1，一個(gè)輸入電容C10，一個(gè)輸出電容C20，一個(gè)負(fù)載 R20，及這一種無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān)直流-直流變換器電路的典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中其它所需器 件連接構(gòu)成。如圖2所示，是本實(shí)用新型的無(wú)隔離型零電壓軟開(kāi)關(guān)直流_直流變換器的電路拓 撲結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略示意圖，是在圖1所示的一種無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān)直流-直流變換器電路的典型 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)略示意圖中，增加一個(gè)緩沖電容cl，及一個(gè)通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管控制的輔助電 路。其中cl的兩端，與圖1所示的M0SFET主開(kāi)關(guān)管ml的漏極和源極并聯(lián)，通過(guò)輔助開(kāi)關(guān) 管控制的輔助電路，包括一個(gè)M0SFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)輔助開(kāi)關(guān)管m2和 兩個(gè)電容c2，c3，電容c2的兩端，與M0SFET輔助開(kāi)關(guān)管m2的漏極和源極并聯(lián)。電容c3的 一端與M0SFET輔助開(kāi)關(guān)管m2的漏極連接，電容c3的另一端及M0SFET輔助開(kāi)關(guān)管m2的源 極，并聯(lián)在圖1所示的整流或續(xù)流二極管D1的兩端，并聯(lián)方向?yàn)镸0SFET輔助開(kāi)關(guān)管m2的 體二極管與整流或續(xù)流二極管D1方向相同。如圖3所示，是硬開(kāi)關(guān)BUCK變換器電路的典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè)輸入電容C10，一個(gè)M0SFET主開(kāi)關(guān)管ml 1，一個(gè)儲(chǔ)能電感LI 1，一個(gè)續(xù)流二極 管D11，一個(gè)輸出電容C20，及一個(gè)負(fù)載R20，按硬開(kāi)關(guān)BUCK變換器典型電路連接構(gòu)成。M0SFET主開(kāi)關(guān)管ml 1處于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)mil處于開(kāi)通狀態(tài)，輸入電源和輸入電容C10的電量通過(guò)mil及儲(chǔ)能電感L11， 給負(fù)載R20和輸出電容C20供電，同時(shí)L11正向儲(chǔ)能，當(dāng)mil處于關(guān)閉狀態(tài)，L11的正向儲(chǔ) 能，通過(guò)續(xù)流二極管D11釋放給負(fù)載R20和輸出電容C20。當(dāng)輸入穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)mil的高頻 開(kāi)關(guān)脈沖的占空比，可調(diào)節(jié)輸出。mil處于硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 如圖4所示，是本實(shí)用新型的零電壓軟開(kāi)關(guān)BUCK變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，[0022]是在圖3所示的硬開(kāi)關(guān)BUCK變換器電路的典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，增加一個(gè)緩沖電容 cll，及一個(gè)通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管控制的輔助電路。緩沖電容cll的兩端，與M0SFET主開(kāi)關(guān)管mil的漏極和源極并聯(lián)。輔助開(kāi)關(guān)管控 制的輔助電路，包括一個(gè)M0SFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)輔助開(kāi)關(guān)管ml2和兩 個(gè)電容c 12，c 13，電容c 12的兩端，與M0SFET輔助開(kāi)關(guān)管ml2的漏極和源極并聯(lián)。電容cl3 的一端和M0SFET輔助開(kāi)關(guān)管ml2漏極連接，cl3的另一端及M0SFET輔助開(kāi)關(guān)管ml2的源 極，并聯(lián)在續(xù)流二極管D11兩端，ml2的體二極管與續(xù)流二極管D11方向相同。mil與ml2 輪流開(kāi)通和關(guān)閉，并有同時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)的死區(qū)時(shí)間。當(dāng)mil處于開(kāi)通狀態(tài)，輸入電源和輸入電容C10的電量通過(guò)mil及儲(chǔ)能電感L11， 給負(fù)載R20和輸出電容C20供電，同時(shí)L11正向儲(chǔ)能，在mil關(guān)閉過(guò)程中，由于緩沖電容cll的作用，使得mil的源極和漏極保持在開(kāi)通 時(shí)的接近為零伏的狀態(tài)，為零電壓關(guān)閉，mil關(guān)閉后，cll充電至高電壓。當(dāng)mil處于關(guān)閉狀態(tài)，儲(chǔ)能電感L11的正向儲(chǔ)能，通過(guò)cl2，cl3, ml2，釋放給負(fù)載 R20和輸出電容C20，當(dāng)cl2放電完畢，ml2的體二極管導(dǎo)通，此時(shí)，使ml2開(kāi)通，由于ml2的體 二極管的鉗位作用，使得ml2的源極和漏極保持在接近為零伏的狀態(tài)，為零電壓開(kāi)通。D11 具有對(duì)cl3電壓的鉗位作用。當(dāng)ml2處于開(kāi)通狀態(tài)，在儲(chǔ)能電感L11的正向儲(chǔ)能釋放完畢后，輸出電容C20的電 量通過(guò)儲(chǔ)能電感L11及ml2，給cl3供電，同時(shí)L11反向儲(chǔ)能。在ml2關(guān)閉過(guò)程中，由于緩沖電容cl2的作用，使得ml2的源極和漏極保持在開(kāi)通 時(shí)的接近為零伏的狀態(tài)，為零電壓關(guān)閉，ml2關(guān)閉后，cl2充電至高電壓。當(dāng)ml2處于關(guān)閉狀態(tài)，儲(chǔ)能電感L12的反向儲(chǔ)能及輸出電容C20的電量，通過(guò)cll， 返回給輸入電容C10，當(dāng)cll放電完畢，mil的體二極管導(dǎo)通，此時(shí)，使mil開(kāi)通，由于mil的 體二極管的鉗位作用，使得mil的源極和漏極保持在接近為零伏的狀態(tài)，為零電壓開(kāi)通。當(dāng)ml 1處于開(kāi)通狀態(tài)，在儲(chǔ)能電感LI 1的反向儲(chǔ)能釋放完畢后，輸入電源，輸入電 容C10的電量通過(guò)mil及儲(chǔ)能電感L11，給負(fù)載R20和輸出電容C20供電，同時(shí)L11正向儲(chǔ) 能。mil與ml2輪流開(kāi)通和關(guān)閉。當(dāng)輸入穩(wěn)定時(shí)，保持合適的mil與ml2同時(shí)處于關(guān)閉 狀態(tài)的死區(qū)時(shí)間固定不變，調(diào)節(jié)mil的高頻開(kāi)關(guān)脈沖的占空比，可調(diào)節(jié)輸出。mil與ml2的 開(kāi)關(guān)均為零電壓開(kāi)通和關(guān)閉，處于零電壓軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征及本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行 業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述 的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還 會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型 要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求一種無(wú)隔離型零電壓軟開(kāi)關(guān)直流 直流變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括一個(gè)緩沖電容c1，一個(gè)通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管控制的輔助電路，及BOOST，BUCK，BOOST BUCK，SEPIC，ZETA，CUK這六種基本的無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān)直流 直流變換器電路中任意一種的典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于所述緩沖電容c1的兩端與所述這六種基本的無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān)直流 直流變換器電路中任意一種的典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的MOSFET主開(kāi)關(guān)管m1的漏極和源極并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)隔離型零電壓軟開(kāi)關(guān)直流_直流變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 其特征在于所述通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管控制的輔助電路，包括一個(gè)MOSFET輔助開(kāi)關(guān)管m2和兩個(gè) 電容c2，c3，所述電容c2的兩端，與MOSFET輔助開(kāi)關(guān)管m2的漏極和源極并聯(lián)，所述電容c3 的一端與MOSFET輔助開(kāi)關(guān)管m2的漏極連接，電容c3的另一端及MOSFET輔助開(kāi)關(guān)管m2的 源極，并聯(lián)在所述這六種基本的無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān)直流_直流變換器電路中任意一種的典 型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的整流或續(xù)流二極管Dl的兩端，并聯(lián)方向?yàn)镸OSFET輔助開(kāi)關(guān)管m2的體二 極管與整流或續(xù)流二極管Dl方向相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)隔離型零電壓軟開(kāi)關(guān)直流-直流變換器的電路拓?fù)?結(jié)構(gòu)，其特征在于所述這六種基本的無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān)直流-直流變換器電路中任意一 種的典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的MOSFET主開(kāi)關(guān)管ml和所述通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管控制的輔助電路中的 MOSFET輔助開(kāi)關(guān)管m2，在高電壓，大電流的應(yīng)用場(chǎng)合，可用IGBT管并聯(lián)二極管來(lái)代替。
專利摘要一種無(wú)隔離型零電壓軟開(kāi)關(guān)直流-直流變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，涉及直流-直流變換器，包括一個(gè)緩沖電容c1，一個(gè)通過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管控制的輔助電路，及BOOST，BUCK，BOOST-BUCK，SEPIC，ZETA，CUK這六種基本的無(wú)隔離型的硬開(kāi)關(guān)直流-直流變換器電路中任意一種的典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。有益效果是具有以下優(yōu)點(diǎn)本直流-直流變換器可實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管和輔助開(kāi)關(guān)管的零電壓軟開(kāi)關(guān)，降低開(kāi)關(guān)應(yīng)力，開(kāi)關(guān)損耗，和開(kāi)關(guān)引起的電磁干擾；輔助電路的MOSFET輔助開(kāi)關(guān)管，具有可控整流或續(xù)流的作用，可降低二極管的開(kāi)關(guān)損耗，提高效率和可靠性；輔助電路的一個(gè)電容與輔助開(kāi)關(guān)管串聯(lián)，可以在很大的負(fù)載變化范圍內(nèi)，消耗很少的功率，實(shí)現(xiàn)零電壓軟開(kāi)關(guān)。
文檔編號(hào)H02M3/155GK201766502SQ20102013543
公開(kāi)日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者岑衛(wèi)東 申請(qǐng)人:岑衛(wèi)東