一种降压斩波电路及电子设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于电力电子功率变换【技术领域】，提供了一种降压斩波电路及电子设备；降压斩波电路包括：第一开关管、第二二极管、第一电感、第一电容、电源、第二开关管、第二电容以及第二电感；第二开关管根据第二控制电平处于导通状态使第二电感、第二电容以及第二二极管形成谐振回路，在谐振回路进行谐振期间，当谐振回路内流经第二二极管的电流为零时，第一开关管根据第一控制电平实现导通。本实用新型将谐振回路与第一开关管并联连接，解决了现有技术中存在由于将谐振回路与主开关管进行串联导致主开关管导通时电路的导通损耗较大的问题。
【专利说明】一种降压斩波电路及电子设备
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力电子功率变换【技术领域】，尤其涉及一种降压斩波电路及电子设备。
【背景技术】
[0002]现代电力电子装置的发展趋势是小型化和轻量化，同时对电子装置的效率和电磁兼容性也提出了更高的要求，通过提高开关频率可以减小磁性器件的体积和重量，从而有效地降低装置的体积和重量。然而在提高开关频率时，如图1所示，现有技术中的降压斩波电路的第二二极管导通和关断时的EMI (电磁干扰)问题和第一开关管的开关损耗问题也随之增加，简单的使用硬开关技术提高开关频率会出现电路效率严重下降以及电磁干扰也加大的问题。近年来国内外提出来了许多软开关的方法，如零电压准谐振DC/DC变换电路、零电压多谐振DC/DC变换电路、零开关PWM DC/DC变换电路等，上述各类软开关变换电路，通过在常规的降压斩波电路的基础上增加辅助谐振回路，利用电路中的谐振，使开关器件的电压或电流波形呈准正弦波，从而为开关器件的导通与关断创造了零电压或零电流条件，实现了软开关，减小了开关器件的损耗。但是，上述软开关电路存在以下问题:上述软开关电路中的谐振回路通常与主开关管进行串联，因此需要处理较大的环流能量，在主开关管导通时导致电路的导通损耗较大。综上所述，现有技术中存在由于将谐振回路与主开关管进行串联导致主开关管导通时电路的导通损耗较大的问题。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于提供一种降压斩波电路，旨在解决现有技术所存在的由于将谐振回路与主开关管进行串联导致主开关管导通时电路的导通损耗较大的问题。
[0004]本实用新型是这样实现的，一种降压斩波电路，包括:第一开关管、第二二极管、第一电感、第一电容以及电源；
[0005]所述电源的正极连接所述第一开关管的输入端，所述第一开关管的输出端连接所述第二二极管的阴极和所述第一电感的第一端，所述第一电感的第二端连接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端连接所述第二二极管的阳极和所述电源的负极，所述第一开关管的控制端接入第一控制电平；
[0006]所述降压斩波电路还包括第二开关管、第二电容以及第二电感；
[0007]所述第二电感的第一端连接所述第一开关管的输出端，所述第二电感的第二端连接所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端连接所述第二开关管的输入端，所述第二开关管的输出端连接所述电源的负极，所述第二开关管的控制端接入第二控制电平；
[0008]第二开关管根据所述第二控制电平处于导通状态使第二电感、第二电容以及第二二极管形成谐振回路，在所述谐振回路进行谐振期间，当所述谐振回路内流经第二二极管的电流为零时，所述第一开关管根据所述第一控制电平实现导通。
[0009]所述降压斩波电路还包括第三二极管，所述第三二极管的阴极连接所述第二开关管的输入端，所述第三二极管的阳极连接所述第二开关管的输出端。
[0010]所述降压斩波电路还包括第一二极管，所述第一二极管的阴极连接所述第一开关管的输入端，所述第一二极管的阳极连接所述第一开关管的输出端。
[0011]所述第一开关管和所述第二开关管为场效应管、三极管或IGBT。
[0012]所述第一开关管为第一场效应管，所述第一场效应管的漏极、源极以及栅极分别为所述第一开关管的输入端、输出端以及控制端；
[0013]所述第二开关管为第二场效应管，所述第二场效应管的漏极、源极以及栅极分别为所述第二开关管的输入端、输出端以及控制端。
[0014]所述第一开关管为第一三极管，所述第一三极管的集电极、发射极以及基极分别为所述第一开关管的输入端、输出端以及控制端；
[0015]所述第二开关管为第二三极管，所述第二三极管的集电极、发射极以及基极分别为所述第二开关管的输入端、输出端以及控制端。
[0016]所述第一开关管为第一 IGBT，所述第一 IGBT的集电极、发射极以及栅极分别为所述第一开关管的输入端、输出端以及控制端；
[0017]所述第二开关管为第二 IGBT，所述第二 IGBT的集电极、发射极以及栅极分别为所述第二开关管的输入端、输出端以及控制端。
[0018]本实用新型的另一目的还在于提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的降压斩波电路。
[0019]本实用新型提供的降压斩波电路，与现有技术相比，在第二开关管导通时，使第二电感、第二电容以及第二二极管组成谐振回路，并且该谐振回路与第一开关管并联连接，在开关转换期间，谐振回路产生谐振，获得第一开关管导通的条件，并且谐振回路不需要处理很大的环流能量，因此电路的导通损耗较小；在开关转换结束后，电路又恢复到正常的PWM工作方式，解决了现有技术中存在由于将谐振回路与主开关管进行串联导致主开关管导通时电路的导通损耗较大的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是现有技术中传统BUCK电路的电路图；
[0021]图2是本实用新型实施例提供的降压斩波电路的示意图；
[0022]图3是本实用新型实施例提供的降压斩波电路的电路图；
[0023]图4是本实用新型实施例提供的降压斩波电路的一个工作状态示意图；
[0024]图5是本实用新型实施例提供的降压斩波电路的另一个工作状态示意图；
[0025]图6是本实用新型实施例提供的降压斩波电路的另一个工作状态示意图；
[0026]图7是本实用新型实施例提供的降压斩波电路的工作波形示意图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0028]本实用新型实施例提供一种降压斩波电路，请参阅图2，其包括:第一开关管101、第二二极管D2、第一电感L1、第一电容Cl以及电源E。
[0029]电源的正极连接第一开关管101的输入端，第一开关管101的输出端连接第二二极管D2的阴极和第一电感LI的第一端，第一电感LI的第二端连接第一电容Cl的第一端，第一电容Cl的第二端连接第二二极管D2的阳极和电源的负极，第一开关管101的控制端接入第一控制电平SI,第一电容Cl的两端并联负载Rl。
[0030]降压斩波电路还包括第二开关管102、第二电容C2以及第二电感L2。
[0031]第二电感L2的第一端连接第一开关管101的输出端，第二电感L2的第二端连接第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端连接第二开关管102的输入端，第二开关管102的输出端连接电源的负极，第二开关管102的控制端接入第二控制电平S2。
[0032]第二开关管102根据第二控制电平S2处于导通状态使第二电感L2、第二电容C2以及第二二极管D2形成谐振回路，在谐振回路进行谐振期间，当谐振回路内流经第二二极管D2的电流为零时，第一开关管101根据第一控制电平SI实现导通。
[0033]具体的，第一开关管101是主控开关管，其作用是斩波控制输出电压的主控开关器件。
[0034]第一电感LI是储能电感，主要作用是储存输入能量，并且第一电感LI和第一电容Cl构成输出滤波电路，主要作用是输出得到平滑的电压和电流波形。
[0035]第二电感L2是谐振电感，第二电容C2是谐振电容，第二电感L2和第二电容C2作用是在第二开关管102导通时构成辅助串联谐振回路。
[0036]第二开关管102是辅助开关管，其作用是控制辅助谐振回路的通断，为第一开关管101的导通与关断创造零电流条件，实现软开关，减小开关器件的能量损耗。
[0037]进一步的，如图3所示，降压斩波电路还包括第三二极管D3，第三二极管D3的阴极连接第二开关管102的输入端，第三二极管D3的阳极连接第二开关管102的输出端。
[0038]其中，所述第三二极管D3为第二开关管102的反并联续流二极管。
[0039]进一步的，如图3所示，降压斩波电路还包括第一二极管D1，第一二极管Dl的阴极连接第一开关管101的输入端，第一二极管Dl的阳极连接第一开关管101的输出端。
[0040]其中，所述第一二极管Dl为第一开关管101的反并联续流二极管。
[0041]进一步的，第一开关管101和第二开关管102具体可为场效应管、三极管或IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)。
[0042]第一开关管101和第二开关管102的第一种实施方式均为三极管，其中，第一开关管101为第一三极管，第一三极管的集电极、发射极以及基极分别为第一开关管101的输入端、输出端以及控制端。
[0043]第二开关管102为第二三极管，第二三极管的集电极、发射极以及基极分别为第二开关管102的输入端、输出端以及控制端。
[0044]第一开关管101和第二开关管102的第二种实施方式均为IGBT，其中，第一开关管101为第一 IGBT，第一 IGBT的集电极、发射极以及栅极分别为所述第一开关管101的输入端、输出端以及控制端。
[0045]第二开关管102为第二 IGBT，第二 IGBT的集电极、发射极以及栅极分别为第二开关管102的输入端、输出端以及控制端。
[0046]第一开关管101和第二开关管102的第三种实施方式均为场效应管，其中，第一开关管101为第一场效应管，第一场效应管的漏极、源极以及栅极分别为第一开关管101的输入端、输出端以及控制端。
[0047]第二开关管102为第二场效应管，所述第二场效应管的漏极、源极以及栅极分别第二开关管102的输入端、输出端以及控制端。
[0048]下面具体介绍本实用新型降压斩波电路的具体工作模式，如图3所示，其中，第一开关管101为IGBT VI，第二开关管为场效应管Q1。
[0049]在分析之前，作如下假设:(I)所有的开关管和二极管均为理想器件；(2)第一电感LI足够大，可以认为在一个周期内其上的电流基本不变；(3)第一电容Cl也足够大，输出电压基本保持不变。
[0050]设电路的初始状态为:第一开关管101、第二开关管102均为关断状态，第二二极管D2处于导通续流状态。
[0051]降压斩波电路工作过程中相关电量波形如图7所示，其中，GVl为第一开关管的第一控制电平SI的波形、GQl为第二开关管的第二控制电平S2波形、Ir为第二电感L2的电流波形、Vr为第二电容C2的电压波形、ID2为第二二极管D2的电流波形、IVl为第一开关管的电流波形。
[0052]第一工作时间段(T0?Tl)，如图4和图7所示，即在TO时刻第二开关管102根据第二控制电平S2导通，由第二电感L2、第二电容C2组成的谐振电路通过第二二极管D2形成谐振回路，在Tl时刻当第二电感L2的电感电流Ir谐振到零时，第二电容C2的电压Vr谐振到正峰值，该时间段结束。
[0053]第二工作时间段(Tl?T2)，如图4和图7所示，在Tl时刻，第二电感L2的电感电流Ir谐振到零。其后Ir以反方向继续谐振,当电感电流Ir谐振到-1时第二二极管D2将截止，该震荡时间段结束。在T2时刻，Ir+I = 0，第二二极管D2截止，由于电感电流不能突变，在此刻可零电流导通第一开关管101，实现第一开关管101的零电流开通。
[0054]第三工作时间段(T2?T4)，如图5和图7所示，在时刻T2，第一开关管101零电流开通，第二二极管D2截止，在T3时刻当第二电感L2的电感电流Ir上升到零时，谐振电容电压Vr〈0，此时第二电感L2的电感电流Ir继续谐振，直到T4时刻电感电流Ir再次下降到零，在T4时刻,谐振电感电流Ir = O,而谐振电容电压Vr>0,此时可零电流关断第二开关管102，实现第二开关管102的零电流关断，该谐振过程结束。
[0055]第四个工作时间段(T4?T5)，如图6和图7所示，在T4时刻，谐振电感电流Ir =0，而谐振电容电压Vr>0，此时零电流关断第二开关管102，由于谐振支路不存在回路，电路停止谐振，电感电流Ir保持为零，电容电压保持Vr。第一开关管101保持导通，第一电感LI处于充电状态，电路以常规的PWM方式运行，本运行模式的时间长短由电路控制脉冲的占空比和频率决定。
[0056]第五个工作时间段(T5?T6),如图5和图7所不,在T5时刻，导通第二开关管102，为第一开关管101的零关断做准备，电路再次开始谐振，在T6时刻，当第二电感L2的电感电流Ir再次谐振到零时，该时间段结束。
[0057]第六个工作时间段(T6?T7)，如图5和图7所示，在T6时刻，第二电感L2的电感电流Ir谐振至零，其后电感电流Ir继续以反方向谐振,在T7时亥Ij,当谐振电感电流谐振到反向峰值时，在此时刻可以实现第一开关管101的零电流关断，本时段结束。
[0058]第七个工作时间段(T7?T8)，如图4和图7所示，在T7时刻之后，第二电感L2的电感电流Ir谐振到反向最大值，之后继续谐振直到T8时刻谐振电流Ir到-1时，本时段结束，在T8时刻可以实现第二开关管102的零电流关断。
[0059]第八个工作时间段(T8?T9)，在T8时刻之后，与第二开关管102反并联的第三二极管D3自然导通，第二电容C2的电压Vr以恒流I向负载放电，当第二电容C2的电压在T9时刻降到零时，本时间段结束。
[0060]第九个工作时间段(T9?T10)，在T9时刻之后，第二电容C2的电压为零，第二二极管D2正向导通，电路重新震荡，在TlO时刻当电路第二电感L2的电感电流Ir振荡至零时，本段时间结束。在TlO时刻之后，整个开关震荡周期结束，谐振电路重新回到初始状态，以常规的PWM方式运行，直到下一个谐振周期的到来。
[0061]本实用新型另一实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述的降压式变换电路。
[0062]本实用新型提供的降压斩波电路，与现有技术相比，在第二开关管导通时，使第二电感、第二电容以及第二二极管组成谐振回路，并且该谐振回路与第一开关管并联连接，在开关转换期间，谐振回路产生谐振，获得第一开关管导通的条件，并且谐振回路不需要处理很大的环流能量，因此电路的导通损耗较小；在开关转换结束后，电路又恢复到正常的PWM工作方式，解决了现有技术中存在由于将谐振回路与主开关管进行串联导致主开关管导通时电路的导通损耗较大的问题。
[0063]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种降压斩波电路,包括第一开关管、第二二极管、第一电感、第一电容以及电源； 所述电源的正极连接所述第一开关管的输入端，所述第一开关管的输出端连接所述第二二极管的阴极和所述第一电感的第一端，所述第一电感的第二端连接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端连接所述第二二极管的阳极和所述电源的负极，所述第一开关管的控制端接入第一控制电平； 其特征在于，所述降压斩波电路还包括第二开关管、第二电容以及第二电感； 所述第二电感的第一端连接所述第一开关管的输出端，所述第二电感的第二端连接所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端连接所述第二开关管的输入端，所述第二开关管的输出端连接所述电源的负极，所述第二开关管的控制端接入第二控制电平； 所述第二开关管根据所述第二控制电平处于导通状态使第二电感、第二电容以及第二二极管形成谐振回路，在所述谐振回路进行谐振期间，当所述谐振回路内流经第二二极管的电流为零时，所述第一开关管根据所述第一控制电平实现导通。
2.如权利要求1所述的降压斩波电路，其特征在于，还包括第三二极管，所述第三二极管的阴极连接所述第二开关管的输入端，所述第三二极管的阳极连接所述第二开关管的输出端。
3.如权利要求1所述的降压斩波电路，其特征在于，还包括第一二极管，所述第一二极管的阴极连接所述第一开关管的输入端，所述第一二极管的阳极连接所述第一开关管的输出端。
4.如权利要求2或3所述的降压斩波电路，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管为场效应管、三极管或IGBT。
5.如权利要求4所述的降压斩波电路，其特征在于: 所述第一开关管为第一场效应管，所述第一场效应管的漏极、源极以及栅极分别为所述第一开关管的输入端、输出端以及控制端； 所述第二开关管为第二场效应管，所述第二场效应管的漏极、源极以及栅极分别为所述第二开关管的输入端、输出端以及控制端。
6.如权利要求4所述的降压斩波电路，其特征在于: 所述第一开关管为第一三极管，所述第一三极管的集电极、发射极以及基极分别为所述第一开关管的输入端、输出端以及控制端； 所述第二开关管为第二三极管，所述第二三极管的集电极、发射极以及基极分别为所述第二开关管的输入端、输出端以及控制端。
7.如权利要求4所述的降压斩波电路，其特征在于: 所述第一开关管为第一 IGBT，所述第一 IGBT的集电极、发射极以及栅极分别为所述第一开关管的输入端、输出端以及控制端； 所述第二开关管为第二 IGBT，所述第二 IGBT的集电极、发射极以及栅极分别为所述第二开关管的输入端、输出端以及控制端。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至7中任意一项所述的降压斩波电路。
【文档编号】H02M3/155GK203933393SQ201420259008
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】谢宏伟 申请人:深圳市贝壳电气技术有限公司