专利名称：三电平直流－直流变换器的无源软开关电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及直流—直流变换器的无源软开关电路。
背景技术：
常规的buck、boost、buck-boost、CUK、Sepic Zeta六种三电平直流—直流变换器，具有两个有源开关管S1、S2，两个续流二极管D1、D2，一般为硬开关工作，近年来，相继研究了一些软开关电路，主要有两种，一种是在变换器中附加有源和无源元件，实现功率器件的软开关，由于采用元件数量多，且需额外的检测，故控制复杂，成本高，可靠性差；另一种是附加含电阻的无源缓冲电路，其能量损耗大，工作时能量消耗在电阻上，导致电路工作效率下降。
发明内容
本发明的目的是提供附加元件数量少，结构简单，成本低，无需额外的检测和控制，且无能量损耗的三电平直流—直流变换器的无源软开关电路。
本发明的三电平直流—直流变换器的无源软开关电路具有两个分别与功率开关管和续流二极管相对应的完全对称的单元电路，两个单元电路分别由一个电感，一个储能电容，一个吸收电容及三个顺极性串联的二极管组成，每个单元电路的电感与续流二极管串联后再与三个顺极性串联的二极管相并联，三个二极管的极性与续流二极管的极性一致，储能电容跨接在续流二极管及与之相连的第一个二极管的另一端之间，吸收电容的一端接于续流二极管和第一个二极管的公共接点，另一端与第二个、第三个二极管的接点相连。
工作时，电感和储能电容、吸收电容之间的谐振实现了开关管的零电流开通和续流二极管的零电流关断，以及开关管的零电压关断和续流二极管的零电压开通。同时，每个周期储能电容收集这些谐振能量，并最终将其转移到负载，实现了吸收电路的无损运行。
本发明的三电平直流—直流变换器的无源软开关电路附加元件少，结构简单，成本低，无需额外的检测和控制，电路中无能量损耗元件，可提高三电平直流—直流变换器的效率，且换流过程中，功率开关管关断时无电压过冲，续流二极管开通时无电流过冲。
图1是本发明在Buck直流—直流变换器中的应用实例；
图2是本发明在Boost直流—直流变换器中的应用实例；图3是本发明在Buck-boost直流—直流变换器中的应用实例；图4是本发明在CUK直流—直流变换器中的应用实例；图5是本发明在Sepic直流—直流变换器中的应用实例；图6是本发明在Zeta直流—直流变换器中的应用实例。
具体实施例方式
参见图1～图6，本发明的三电平直流—直流变换器的无源软开关电路，具有两个分别与功率开关管S1、S2和续流二极管D1、D2相对应的完全对称的单元电路，两个单元电路分别由一个电感Lr1、Lr2，一个储能电容Cs1、Cs2，一个吸收电容Cr1、Cr2及三个顺极性串联的二极管Da1、Da2、Da3和Db1、Db2、Db3组成，第一个单元电路的电感Lr1与续流二极管D1串联后再与三个顺极性串联的二极管Da1、Da2、Da3相并联，三个二极管Da1、Da2、Da3的极性与续流二极管的极性一致，储能电容Cs1跨接在续流二极管D1及与之相连的第一个二极管Da1的另一端之间，吸收电容Cr1的一端接于续流二极管D1和第一个二极管Da1的公共接点，另一端与第二个、第三个二极管Da2、Da3的接点相连。第二个单元电路的电感Lr2与续流二极管D2串联后再与三个顺极性串联的二极管Db1、Db2、Db3相并联，三个二极管Db1、Db2、Db3的极性与续流二极管的极性一致，储能电容Cs2跨接在续流二极管D2及与之相连的第一个二极管Db1的另一端之间，吸收电容Cr2的一端接于续流二极管D2和第一个二极管Db1的公共接点，另一端与第二个、第三个二极管Db2、Db3的接点相连。
工作情况，以图2电路为例，该电路中有两种换流情况，分别是S1与D1，S2与D2之间换流。
由于电路结构的对称性，仅以S1与D1的换流过程为例分析如下S1开通，D1关断的换流过程换流之前，电路处于S2导通，D1续流的稳定工作状态。当S1开通时，由于谐振电感Lr1的存在，D1的电流值从输入电流Ii开始以一定斜率线性减小，同时S1的电流从零开始以相同的斜率线性上升，实现开关管S1的零电流开通，直到D1关断，由于电容Cs1端电压VCs1和电容Cr1端电压VCr1等于0，Da2自然导通，电感Lr1，储能电容Cs1，吸收电容Cr1，开始谐振，D1端电压从零谐振上升，实现D1的零电压关断。Cr1充电至V1，Da3导通，Vcr1保持恒定。Lr1，Cs1，Da2，Da3开始第二个谐振过程，当电感Lr1、电流Ilr1等于零时，第二个谐振过程结束，随后Ilr1减小到零，Da2，Da3关断。之后，Cr1，Cs1的电压保持不变，电路进入S1，S2导通的稳定运行状态。
S1关断，D1开通的换流过程S1关断后，输入电流经Da3对Cr1放电，S1的管电压等于V1-Vcr1，即管电压从零开始上升，实现S1的零电压关断。Cr1放电到零后，Da1，Da2导通，因此Lr1的端电压等于Vcs1，Cs1通过Lr1向输出端谐振放电，电感电流上升到输入电流Ii，因此Da2和Da3关断，输入电流Ii继续通过Da1使Cs1放电，Vcs1的缓慢变化为D1的零电压开通提供了条件。Cs1放电到零，Da1关断，同时D1自然开通，Cs1中的存储能量完全传递到负载，负载电流通过D1输出，电路又回到开始时刻相同的稳态运行阶段。
权利要求
1.三电平直流-直流变换器的无源软开关电路，其特征在于具有两个分别与功率开关管[S1]、[S2]和续流二极管[D1]、[D2]相对应的完全对称的单元电路，两个单元电路分别由一个电感[Lr1]、[Lr2]，一个储能电容[Cs1]、[Cs2]，一个吸收电容[Cr1]、[Cr2]及三个顺极性串联的二极管[Da1]、[Da2]、[Da3]和[Db1]、[Db2]、[Db3]组成，每个单元电路的电感[Lr1]与续流二极管[D1]串联后再与三个顺极性串联的二极管[Da1]、[Da2]、[Da3]相并联，三个二极管[Da1]、[Da2]、[Da3]的极性与续流二极管的极性一致，储能电容[Cs1]跨接在续流二极管[D1]及与之相连的第一个二极管[Da1]的另一端之间，吸收电容[Cr1]的一端接于续流二极管[D1]和第一个二极管[Da1]的公共接点，另一端与第二个、第三个二极管[Da2]、[Da3]的接点相连。
全文摘要
本发明的三电平直流一直流变换器的无源软开关电路具有两个分别与功率开关管和续流二极管相对应的完全对称的单元电路,两个单元电路分别由一个电感,一个储能电容,一个吸收电容及三个顺极性串联的二极管组成,每个单元电路的电感与续流二极管串联后再与三个顺极性串联的二极管相并联,三个二极管的极性与续流二极管的极性一致,储能电容跨接在续流二极管及与之相连的第一个二极管的另一端之间,吸收电容的一端接于续流二极管和第一个二极管的公共接点,另一端与第二个、第三个二极管的接点相连。本发明附加元件少,结构简单,成本低,无需额外的检测和控制,电路中无能量损耗元件,效率高,且换流过程中开关管关断时无电压过冲,续流二极管开通时无电流过冲。
文档编号H02M3/04GK1363982SQ0211084
公开日2002年8月14日 申请日期2002年2月7日 优先权日2002年2月7日
发明者何湘宁, 吴洪洋, 邓焰 申请人:浙江大学