專利名稱：一種軟開關(guān)的降壓式變換電路及其控制策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟開關(guān)領(lǐng)域，特別涉及一種軟開關(guān)的降壓式變換電路及其控制策略。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的PWM變換器中的開關(guān)器件主要為硬開關(guān)(Hard-Switching),現(xiàn)有的硬開關(guān)具有如下缺陷1:在開通時(shí)，電流上升和電壓下降同時(shí)進(jìn)行形成開通損耗，在關(guān)斷時(shí)，電壓上升和電流下降同時(shí)進(jìn)行形成關(guān)斷損耗，由此電壓、電流波形的交疊產(chǎn)生了開關(guān)損耗(Switching-Loss),開關(guān)損耗會隨著開關(guān)頻率的提高而急速增加。2 :當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，電路的感性元件感應(yīng)出尖峰電壓，開關(guān)頻率愈高，關(guān)斷愈快，該感應(yīng)電壓愈高，此電壓加在開關(guān)器件兩端，易造成器件擊穿。3:當(dāng)開關(guān)器件在很高的電壓下開通時(shí)，儲存在開關(guān)器件結(jié)電容中的能量將以電流形式全部耗散在該器件內(nèi)。開關(guān)頻率愈高,開通電流尖峰愈大,從而引起器件過熱損壞。另夕卜，二極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)存在反向恢復(fù)期，開關(guān)管在此期間內(nèi)的開通動作，易產(chǎn)生很大的沖擊電流，開關(guān)頻率愈高，該沖擊電流愈大，對器件的安全運(yùn)行造成危害。4 :隨著頻率提高，電路中的di/dt和dv/dt增大，從而導(dǎo)致電磁干擾(EMI)增大，影響整流器和周圍電子設(shè)備的工作。現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢主要趨向于小型化、輕量化、對電路效率和電磁兼容性也有了更高的要求。而硬開關(guān)的缺陷大大的制約了現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展，由此本領(lǐng)域的技術(shù)人員針對解決硬開關(guān)的缺陷設(shè)計(jì)了由復(fù)雜電路構(gòu)成的軟開關(guān)(Soft-Switching)?，F(xiàn)有的軟開關(guān)是相對硬開關(guān)而言的。軟開關(guān)是電器回路中用于連通和切斷負(fù)載的一種方式和裝置。軟開關(guān)技術(shù)問世以來，經(jīng)歷了不斷的發(fā)展和完善，主要可分為零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)。隨著新型的軟開關(guān)拓?fù)淙圆粩喑霈F(xiàn)，根據(jù)其發(fā)展的歷程可將軟開關(guān)電路分成準(zhǔn)諧振電路、零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。和硬開關(guān)工作不同，理想的軟關(guān)斷過程是電流先降到零，電壓再緩慢上升到斷態(tài)值，所以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流已下降到零，解決了感性關(guān)斷問題，理想的軟開通過程是電壓先降到零，電流在緩慢上升到通態(tài)值，所以開通損耗近似為零，器件結(jié)電容的電壓亦為零，解決了容性開通問題。同時(shí)的，開通時(shí)，二極管反向恢復(fù)過程已經(jīng)結(jié)束，因此二極管方向恢復(fù)問題不存在，提高了開關(guān)的頻率。在發(fā)明人的仔細(xì)研究和驗(yàn)證下，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)具有如下缺陷
現(xiàn)有的軟開關(guān)電路為了實(shí)現(xiàn)降低開關(guān)損耗和提高開關(guān)頻率的目的，其設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，其必須使用繁復(fù)的控制策略以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的效果，由此導(dǎo)致電路的效率處于一種較低的水平，影響了電路的實(shí)際使用效果
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例第一目的在于提供一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，應(yīng)用該技術(shù)方案在同樣實(shí)現(xiàn)降低開關(guān)損耗和提聞開關(guān)頻率的基礎(chǔ)上，簡化了電路結(jié)構(gòu)，提聞了電路的效率，改善了電路實(shí)際使用的效果。本發(fā)明實(shí)施例第二目的在于提供一種軟開關(guān)的降壓式變換電路的控制策略，應(yīng)用該技術(shù)方案在同樣實(shí)現(xiàn)降低開關(guān)損耗和提聞開關(guān)頻率的基礎(chǔ)上，簡化了電路結(jié)構(gòu)，提聞了電路的效率，改善了電路實(shí)際使用的效果。一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，其特征在于
包括軟開關(guān)電路、控制單元；
所述的軟開關(guān)電路包括輸入電源、第一 MOS開關(guān)管 、第二 MOS開關(guān)管、第三MOS開關(guān)管、二極管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、輸入負(fù)載以及用于控制所述第一 MOS開關(guān)管、第二 MOS開關(guān)管、第三MOS開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷的控制單元；
所述輸入電源的正極分別與所述第一 MOS開關(guān)管的漏極和第二 MOS開關(guān)管的漏極相連
接;
所述第二 MOS開關(guān)管的源極分別與所述的第一電感的一端和所述的二極管的陰極相連接；
所述二極管的陽極與所述的輸入電源的負(fù)極相連接；
所述第一電感的另一端與所述的第一 MOS開關(guān)管的源極相連接；
所述第一 MOS開關(guān)管的源極與所述的第三MOS開關(guān)管的漏極相連接；
所述第三MOS開關(guān)管的源極與所述的輸入電源的負(fù)極相連接；
所述第三MOS開關(guān)管的漏極與所述的第一電容的一端相連接；
所述第一電容的另一端與所述的輸入電源的負(fù)極相連接；
所述第三MOS開關(guān)管的漏極與所述的第二電感的一端相連接；
所述第二電感的另一端分別與所述的第二電容的一端和所述的輸入負(fù)載的一端相連
接;
所述第二電容的另一端和所述的輸入負(fù)載的另一端同時(shí)與所述的輸入電源的負(fù)極相連接。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，其特征在于
所述控制單元至少包含有三個(gè)輸出端，分別為第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端； 所述第一輸出端與所述的第一 MOS開關(guān)管的柵極相連接；
所述第二輸出端與所述的第二 MOS開關(guān)管的柵極相連接；
所述第三輸出端與所述的第三MOS開關(guān)管的柵極相連接。3、根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，其特征在于
所述第一電感記為LI，其電感值按照以下公式計(jì)算得出
Ll=tl*Vin/Io
其中,Vin為輸入電源的電壓,Io為輸入負(fù)載輸出的電流強(qiáng)度，tl為所述第一電感的電流從零增長到輸出電流所用時(shí)間。4、根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，其特征在于
所述第一電容記為Cl，其容值按照以下公式計(jì)算得出
Cl=Io*t2/Vin 其中,Vin為輸入電源的電壓,Io為輸入負(fù)載輸出的電流強(qiáng)度，t2為所述第一電容的電壓從輸入電源的電壓下降到零所用的時(shí)間。5、根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，其特征在于
所述的二極管為續(xù)流二極管。6、一種如權(quán)利要求1-5所述的軟開關(guān)的降壓式變換電路的控制策略，其特征在于
步驟為
A:當(dāng)?shù)谝浑姼械碾娏鲝?qiáng)度為零時(shí)，導(dǎo)通第一MOS開關(guān)管，同時(shí)關(guān)斷第二MOS開關(guān)管和第三MOS開關(guān)管；此時(shí)第一 MOS開關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電流導(dǎo)通；
B:將第一 MOS開關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，第二 MOS開關(guān)管和第三MOS開關(guān)管保持關(guān)斷；C:當(dāng)?shù)谝浑娙莸碾妷哼_(dá)到零時(shí)，將第三MOS開關(guān)管由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，第一MOS開關(guān)管和第_. MOS開關(guān)管保持關(guān)斷；
D:將第二 MOS開關(guān)管由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，第一 MOS開關(guān)管保持關(guān)斷，第三MOS開關(guān)管保持導(dǎo)通；此時(shí)第二 MOS開關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電流導(dǎo)通；
E:當(dāng)?shù)谝浑姼械碾娏鲝?qiáng)度達(dá)到輸入負(fù)載輸出的電流強(qiáng)度時(shí)，將第三MOS開關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，第一 MOS開關(guān)管保持關(guān)斷，第二 MOS開關(guān)管保持導(dǎo)通；此時(shí)第三MOS開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電流關(guān)斷，
F:當(dāng)?shù)谝浑娙莸碾妷哼_(dá)到輸入電源的電壓時(shí)，將第一 MOS開關(guān)管由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，第二 MOS開關(guān)管隨后由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，第三MOS開關(guān)管保持關(guān)斷。由上可見，應(yīng)用本實(shí)施例技術(shù)方案，應(yīng)用了較少的電子元件同樣實(shí)現(xiàn)了降低開關(guān)損耗和提聞開關(guān)頻率，其大大的簡化了電路結(jié)構(gòu)，提聞了電路的效率，改善了電路實(shí)際使用的效果。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例1 :
如圖1所示，本實(shí)施例公開了一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，包括軟開關(guān)電路、控制單元；其中軟開關(guān)電路包括輸入電源Vin、第一 MOS開關(guān)管S1、第二 MOS開關(guān)管S2、第三MOS開關(guān)管S3、二極管D、第一電感L1、第二電感L2、第一電容Cl、第二電容C2、輸入負(fù)載R,控制單元用于控制第一 MOS開關(guān)管S1、第二 MOS開關(guān)管S2、第三MOS開關(guān)管S3的導(dǎo)通與關(guān)斷；輸入電源Vin的正極分別與第一 MOS開關(guān)管SI的漏極和第二 MOS開關(guān)管S2的漏極相連接；第二MOS開關(guān)管S2的源極分別與第一電感LI的一端和二極管D的陰極相連接；二極管D的陽極與輸入電源Vin的負(fù)極相連接；第一電感LI的另一端與第一 MOS開關(guān)管SI的源極相連接；第一 MOS開關(guān)管SI的源極與第三MOS開關(guān)管S3的漏極相連接；第三MOS開關(guān)管S3的源極與輸入電源的負(fù)極相連接；第三MOS開關(guān)管S3的漏極與第一電容Cl的一端相連接；第一電容Cl的另一端與輸入電源Vin的負(fù)極相連接；第三MOS開關(guān)管S3的漏極與第二電感L2的一端相連接；第二電感L2的另一端分別與第二電容C2的一端和輸入負(fù)載R的一端相連接；第二電容C2的另一端和輸入負(fù)載R的另一端同時(shí)與輸入電源Vin的負(fù)極相連接。一種如上所述的軟開關(guān)的降壓式變換電路的控制策略，其步驟為
A:當(dāng)?shù)谝浑姼械碾娏鲝?qiáng)度為零時(shí)，導(dǎo)通第一MOS開關(guān)管，同時(shí)關(guān)斷第二MOS開關(guān)管和第 三MOS開關(guān)管；
B:將第一 MOS開關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，第二 MOS開關(guān)管和第三MOS開關(guān)管保持關(guān)斷；C:當(dāng)?shù)谝浑娙莸碾妷哼_(dá)到零時(shí)，將第三MOS開關(guān)管由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，第一MOS開關(guān)管和第_. MOS開關(guān)管保持關(guān)斷；
D:將第二 MOS開關(guān)管由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，第一 MOS開關(guān)管保持關(guān)斷，第三MOS開關(guān)管保持導(dǎo)通；
E:當(dāng)?shù)谝浑姼械碾娏鲝?qiáng)度達(dá)到輸入負(fù)載輸出的電流強(qiáng)度時(shí)，將第三MOS開關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，第一 MOS開關(guān)管保持關(guān)斷，第二 MOS開關(guān)管保持導(dǎo)通；
F:當(dāng)?shù)谝浑娙莸碾妷哼_(dá)到輸入電源的電壓時(shí)，將第一 MOS開關(guān)管由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，第二 MOS開關(guān)管隨后由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，第三MOS開關(guān)管保持關(guān)斷。實(shí)施例2
作為優(yōu)選的一種方案，與實(shí)施例1不同的地方在于控制單?？梢灾辽侔腥齻€(gè)輸出端，分別為第一輸出端A、第二輸出端B、第三輸出端C ;第一輸出端A與第一 MOS開關(guān)管SI的柵極相連接；第二輸出端B與第二 MOS開關(guān)管S2的柵極相連接；第三輸出端C與所述的第三MOS開關(guān)管S3的柵極相連接。實(shí)施例3
作為優(yōu)選的一種方案，與實(shí)施例1不同的地方在于所述第一電感LI的電感值按照以下公式計(jì)算得出
Ll=tl*Vin/Io
其中,Vin為輸入電源的電壓,Io為輸入負(fù)載輸出的電流強(qiáng)度，tl為所述第一電感的電流從零增長到輸出電流所用時(shí)間。實(shí)施例4
作為優(yōu)選的一種方案，與實(shí)施例1不同的地方在于第一電容Cl的容值按照以下公式計(jì)算得出
Cl=Io*t2/Vin
其中,Vin為輸入電源的電壓,Io為輸入負(fù)載輸出的電流強(qiáng)度，t2為所述第一電容的電壓從輸入電源的電壓下降到零所用的時(shí)間。
實(shí)施例5 :作為優(yōu)選的一種方案，與實(shí)施例1不同的地方在于所述的二極管為續(xù)
流二極管。以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上。可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性的勞動的情況下，即可以理解并實(shí)施。通過以上的實(shí)施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到各實(shí)施方式可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過硬件?；谶@樣的理解，上述技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品可以存儲在計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，如R0M/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行各個(gè)實(shí)施例或者實(shí)施例的某些部分所述的方法。以上所述的實(shí)施方式，并不構(gòu)成對該技術(shù)方案保護(hù)范圍的限定。任何在上述實(shí)施方式的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在該技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，其特征在于包括軟開關(guān)電路、控制單元；所述的軟開關(guān)電路包括輸入電源、第一 MOS開關(guān)管、第二 MOS開關(guān)管、第三MOS開關(guān)管、二極管、第一電感、第二電感、第一電容、第二電容、輸入負(fù)載以及用于控制所述第一 MOS 開關(guān)管、第二 MOS開關(guān)管、第三MOS開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷的控制單元；所述輸入電源的正極分別與所述第一 MOS開關(guān)管的漏極和第二 MOS開關(guān)管的漏極相連接;所述第二 MOS開關(guān)管的源極分別與所述的第一電感的一端和所述的二極管的陰極相連接；所述二極管的陽極與所述的輸入電源的負(fù)極相連接；所述第一電感的另一端與所述的第一 MOS開關(guān)管的源極相連接；所述第一 MOS開關(guān)管的源極與所述的第三MOS開關(guān)管的漏極相連接；所述第三MOS開關(guān)管的源極與所述的輸入電源的負(fù)極相連接；所述第三MOS開關(guān)管的漏極與所述的第一電容的一端相連接；所述第一電容的另一端與所述的輸入電源的負(fù)極相連接；所述第三MOS開關(guān)管的漏極與所述的第二電感的一端相連接；所述第二電感的另一端分別與所述的第二電容的一端和所述的輸入負(fù)載的一端相連接;所述第二電容的另一端和所述的輸入負(fù)載的另一端同時(shí)與所述的輸入電源的負(fù)極相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，其特征在于所述控制單元至少包含有三個(gè)輸出端，分別為第一輸出端、第二輸出端、第三輸出端； 所述第一輸出端與所述的第一 MOS開關(guān)管的柵極相連接；所述第二輸出端與所述的第二 MOS開關(guān)管的柵極相連接；所述第三輸出端與所述的第三MOS開關(guān)管的柵極相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，其特征在于所述第一電感記為LI，其電感值按照以下公式計(jì)算得出Ll=tl*Vin/Io其中,Vin為輸入電源的電壓,Io為輸入負(fù)載輸出的電流強(qiáng)度，tl為所述第一電感的電流從零增長到輸出電流所用時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，其特征在于所述第一電容記為Cl，其容值按照以下公式計(jì)算得出Cl=Io*t2/Vin其中,Vin為輸入電源的電壓,Io為輸入負(fù)載輸出的電流強(qiáng)度，t2為所述第一電容的電壓從輸入電源的電壓下降到零所用的時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種軟開關(guān)的降壓式變換電路，其特征在于所述的二極管為續(xù)流二極管。
6.一種如權(quán)利要求1-5所述的軟開關(guān)的降壓式變換電路的控制策略，其特征在于 步驟為A:當(dāng)?shù)谝浑姼械碾娏鲝?qiáng)度為零時(shí)，導(dǎo)通第一MOS開關(guān)管，同時(shí)關(guān)斷第二MOS開關(guān)管和第三MOS開關(guān)管；B:將第一 MOS開關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，第二 MOS開關(guān)管和第三MOS開關(guān)管保持關(guān)斷； C:當(dāng)?shù)谝浑娙莸碾妷哼_(dá)到零時(shí)，將第三MOS開關(guān)管由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，第一MOS開關(guān)管和第_. MOS開關(guān)管保持關(guān)斷；D:將第二 MOS開關(guān)管由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，第一 MOS開關(guān)管保持關(guān)斷，第三MOS開關(guān)管保持導(dǎo)通；E:當(dāng)?shù)谝浑姼械碾娏鲝?qiáng)度達(dá)到輸入負(fù)載輸出的的電流強(qiáng)度時(shí)，將第三MOS開關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，第一 MOS開關(guān)管保持關(guān)斷，第二 MOS開關(guān)管保持導(dǎo)通；F:當(dāng)?shù)谝浑娙莸碾妷哼_(dá)到 輸入電源的電壓時(shí)，將第一 MOS開關(guān)管由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通，第二 MOS開關(guān)管隨后由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，第三MOS開關(guān)管保持關(guān)斷。
全文摘要
本發(fā)明涉及軟開關(guān)領(lǐng)域，特別涉及一種軟開關(guān)的降壓式變換電路及其控制策略，包括軟開關(guān)電路、控制單元；其中軟開關(guān)電路包括輸入電源Vin、第一MOS開關(guān)管S1、第二MOS開關(guān)管S2、第三MOS開關(guān)管S3、二極管D、第一電感L1、第二電感L2、第一電容C1、第二電容C2、輸入負(fù)載R，控制單元用于控制第一MOS開關(guān)管S1、第二MOS開關(guān)管S2、第三MOS開關(guān)管S3的導(dǎo)通與關(guān)斷，應(yīng)用該技術(shù)方案在同樣實(shí)現(xiàn)降低開關(guān)損耗和提高開關(guān)頻率的基礎(chǔ)上，簡化了電路結(jié)構(gòu)，提高了電路的效率，改善了電路實(shí)際使用的效果。
文檔編號H02M3/155GK103023322SQ201210550580
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者黃文輝, 羅中良, 陳治明 申請人:黃文輝