一种能够软开关的直流变换器的制作方法

1.本实用新型属于电力电子技术领域，特别涉及一种能够软开关的直流变换器。


背景技术：

2.随着目前新能源汽车，智能传感设备的广泛使用，加工设备小型化、微型化，对电力电子设备尤其是直流变换器（dc-dc）的低emi、轻量化，高效化提出了新的要求。软开关拓扑技术可以很好的解决上述问题，因此一直是该行业研究开发的重点。
3.近些年所提出的软开关结构采用需要额外供电的器件实现软开通或软关断，但是电路结构过于复杂，一部分拓扑结构的开关器件或者二极管承受了太大的电压或电流应力，交错式变换器设计的软开关拓扑往往存在结构复杂、控制逻辑实现困难、占空比调控范围受限等问题。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种种能够软开关的直流变换器，解决了现有技术中采用额外供电的器件实现直流变换器软开关，造成电路结构的复杂技术问题。
5.本实用新型采用的技术方案如下：一种能够软开关的直流变换器，包括boost主回路，所述boost主回路包括主电感l1、主电容c1、开关管s1和主二极管dm，所述主电感l1的一端连接外部电源的正极，所述开关管s1的第二连接端连接外部电源的负极，所述主二极管dm的正极连接主电感l1的另一端，所述主二极管dm的负极连接主电容c1的一端，所述主电容c1的另一端连接开关管s1的第二连接端，所述开关管s1的控制端连接pwm信号；
6.还包括缓冲回路，所述缓冲回路与所述boost主回路连接，所述缓冲回路能够调节开关管s1的电流和电压的变化时序，以实现开关管软开关。
7.进一步地，所述缓冲回路包括第一二极管d1、自耦变压器l、谐振电容cs和第二二极管d2和储能元件x，所述自耦变压器l的输入端分别连接所述主电感l1的另一端与主二极管dm的正极，所述自耦变压器l的公共端连接所述第二二极管d2的正极，所述自耦变压器l的输出端连接所述开关管s1的第一连接端，所述第二二极管d2的负极分别连接所述储能元件x的一端，所述储能元件x的另一端连接主电感l1的另一端，所述谐振电容cs的一端与所述开关管s1的第二连接端连接，所述谐振电容cs的另一端与所述自耦变压器的l输入端连接，所述第一二极管d1的正极连接所述开关管s1的第二连接端，第一二极管d1的负极连接主二极管dm的正极。
8.进一步地，还包括第三二极管d3，所述第三二极管d3的正极连接所述第二二极管d2的正极，所述第三二极管d3的负极连接所述主二极管dm的负极。
9.进一步地，所述开关管s1包括pmos管和辅助二极管ds，所述开关管的第一连接端为pmos管的漏极，开关管的第二连接端为pmos管的源极，开关管的控制端为pmos管的栅极，所述辅助二极管ds的正极与pmos管的源极连接，所述辅助二极管ds的负极与pmos管的漏极连接。
10.本实用新型的有益效果：本实用新型采用了缓冲回路，缓冲回路能够调节开关管的电流和电压的变化时序从而实现主回路的零电压转换和零电压关断。本实用新型中缓冲回路结构简单，辅助器件数目少，辅助器件无需额外供电，简化电路，大幅降低发热与电磁干扰。本实用新型工作周期内子模态少，工作稳定可靠。
附图说明
11.图1是本实用新型的结构示意图。
12.图2是本实用新型的工作模态1的示意图。
13.图3是本实用新型的工作模态2的示意图。
14.图4是本实用新型的工作模态3的示意图。
15.图5是本实用新型的工作模态4的示意图。
16.图6是本实用新型的工作模态5的示意图。
17.图7是本实用新型的工作模态6的示意图。
18.图8是本实用新型的时序图。
具体实施方式
19.为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
20.在本实用新型的实施例中，图1是根据本实用新型的一种能够软开关的直流变换器具体结构提供的结构示意图，如图1所示，本实用新型具体包括boost主回路和缓冲回路。其中，主回路包括主电感l1、主电容c1、开关管s1和主二极管dm，所述主电感l1的一端连接外部电源的正极，所述开关管s1的第二连接端连接外部电源的负极，所述主二极管dm的正极连接主电感l1的另一端，所述主二极管dm的负极连接主电容c1的一端，所述主电容c1的另一端连接开关管s1的第二连接端，所述开关管s1的控制端连接pwm信号。具体的，开关管s1可以采用pmos管，并在pmos管的源级和漏极之间连接一个辅助二极管。开关管的第一连接端为pmos管的漏极，开关管的第二连接端为pmos管的源极，开关管的控制端为pmos管的栅极，所述辅助二极管ds的正极与pmos管的源极连接，所述辅助二极管ds的负极与pmos管的漏极连接。
21.所述缓冲回路与所述boost主回路连接，所述缓冲回路能够调节开关管s1的电流和电压的变化时序，以实现开关管软开关。缓冲回路具体包括第一二极管d1、自耦变压器l、谐振电容cs和第二二极管d2和储能元件x，所述自耦变压器l的输入端分别连接所述主电感l1的另一端与主二极管dm的正极，所述自耦变压器l的公共端连接所述第二二极管d2的正极，所述自耦变压器l的输出端连接所述开关管s1的第一连接端，所述第二二极管d2的负极分别连接所述储能元件x的一端，所述储能元件x的另一端连接主电感l1的另一端。储能元件x是电荷吸收或存储装置，可以采用电容。
22.所述谐振电容cs的一端与所述开关管s1的第二连接端连接，所述谐振电容cs的另
一端与所述自耦变压器的l输入端连接，所述第一二极管d1的正极连接所述开关管s1的第二连接端，第一二极管d1的负极连接主二极管dm的正极。
23.在本实用新型的一个实施例中，还包括第三二极管d3，所述第三二极管d3的正极连接所述第二二极管d2的正极，所述第三二极管d3的负极连接所述主二极管dm的负极。
24.选择适当的电参数和相适应的工作频率，该直流变换器就能以6个模态为周期，实现软开关过程。该直流变换器在工作时，在主开关的一个通断周期内，具备6个工作模态。需注意的是，在下列工作模态中储能元件x采用电容cr。
25.工作模态1：
26.如图2和图8所示，在t《 t0时间段内，开关管s1处于关断状态，此时主二极管dm呈导通状态，向负载供能。t0时刻开关管s1被给与开通信号从而被导通。在t0 ≤ t 《 t1时间段内，自耦变压器的第一线圈l2a（变压器下半部）开始于谐振电容cs发生谐振，电容cs开始放电，主二极管电流idm减小为“0”。由于l2a的谐振作用，s1为零电流开启zcs。
27.工作模态2：
28.如图3和图8所示，在t1 ≤ t 《 t2时间段内，主二极管dm关断，谐振电容cs放电至两端电压为0，第一二极管d1导通。
29.工作模态3：
30.如图4和图8所示，在t2 ≤ t 《 t3时间段内，开关管s1在t2时刻关断，自耦变压器中的能量通过第二线圈l2b（变压器上半部）输出给电容cr即储能元件x。主回路对谐振电容cs充电，因此开关s1为零电压关断（zvs），第二二极管d2为零电流开通。
31.工作模态4：
32.如图5和图8所示，在t3 ≤ t 《 t4时间段内，当电源，电感l1和x(电荷吸收或存储装置)的总电压大于输出电压vo时，第二线圈l2b停止向电容cr充电，同时第三二极管d3导通，第二线圈l2b剩余电能通过第三二极管d3输出给负载，因此相比于其他拓扑结构，本机构具备更高的工作效率，同时第三二极管d3也是软开通。
33.工作模态5：
34.如图6和图8所示，在t4 ≤ t 《 t5 时间段内，自耦变压器的储能释放完毕，二极管d2软关断，电容cr通过第三二极管d3继续输出给负载，进一步有提高效率。
35.工作模态6：
36.如图6和图8所示，在t5 ≤ t 《 t6时间段内，电容cr两端的电压下降为零，此时第三二极管d3软关断，主二极管dm软开通。变换器进入常规的pwm状态，向负载供电。
37.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。