三電平無源軟開關直流變換器電路制造技術

三電平無源軟開關直流變換器電路，具有兩個完全對稱的ｂｕｃｋ單元或ｂｏｏｓｔ單元或ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ單元或ＣＵＫ單元的電路，每個單元包括功率開關管（Ｓ）、續流二極管（Ｄ），分壓作用電容（Ｃ）和單元共用電感（Ｌ），其特征是在每個單元的功率開關管（Ｓ）和續流二極管（Ｄ）的接點處接入電感（Ｌｓ），功率開關管（Ｓ）并聯由第一電容（Ｃｓ）和第一二極管（Ｄｓ）構成的串聯電路，其第一二極管（Ｄｓ）與功率開關管（Ｓ）方向一致，且兩者接點與電感（Ｌｓ）一端相連，在續流二極管（Ｄ）的兩端并聯由第二電容（Ｃｏ）和第二二極管（Ｄｃ）構成的串聯電路，其第二二極管（Ｄｃ）與續流二極管（Ｄ）方向一致，第二電容（Ｃｏ）與續流二極管（Ｄ）的接點與電感（Ｌｓ）的另一端相連，在第一電容（Ｃｓ）和第一二極管（Ｄｓ）的接＊與第二電容（Ｃｏ）和第二二極管（Ｄｃ）的接點間接入第三二極管（Ｄｏ），第一、第二、第三三個二極管（Ｄｓ、Ｄｃ、Ｄｏ）的極性相一致。（*該技術在2012年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及直流-直流變換器。具體說是涉及三電平無源軟開關直流變換器電路。
技術介紹
常規的buck、boost、buck-boost和CUK四種三電平直流-直流變換器，分別具有兩個完全對稱的單元電路，每個單元電路包括功率開關管S，續流二極管D，分壓作用電容C和單元共用電感L，一般為硬開關工作。近年來，相繼研究了一些軟開關電路，主要有兩種一種是在變換器中附加有源和無源元件，實現功率器件的軟開關，由于采用元件數量多，且需額外的檢測，故控制復雜，成本高，可靠性差；另一種是附加含電阻的無源緩沖電路，其能量損耗大，工作時能量消耗在電阻上，導致電路工作效率下降。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供附加元件數量少，結構簡單，成本低，無需額外的檢測和控制，且無能量損耗的三電平無源軟開關直流-直流變換器電路。本專利技術的技術解決方案是，對于具有兩個完全對稱單元，且每個單元電路包括有功率開關管S，續流二極管D、分壓作用電容C和單元共用電感L的buck或boost或buck-boost或CUK電路，在每個單元的功率開關管和續流二極管的接點處接入電感，功率開關管并聯由第一電容和第一二極管構成的串聯電路，其第一二極管與功率開關管方向一致，且兩者接點與電感一端相連，在續流二極管的兩端并聯由第二電容和第二二極管構成的串聯電路，其第二二極管與續流二極管方向一致，第二電容與續流二極管的接點與電感的另一端相連，在第一電容和第一二極管的接奌與第二電容和第二二極管的接點間接入第三二極管，第一、第二、第三這三個二極管的極性相一致。工作時，電感和兩個電容之間的諧振實現了開關管的零電流開通和零電壓關斷，以及續流二極管的零電壓關斷和零電壓開通。同時，每個開關周期電容收集這些諧振能量，并最終將其轉移到負載，實現了吸收電路的無損運行。本專利技術的三電平無源軟開關直流-直流變換器電路附加元件少，結構簡單，成本低，無需額外的檢測和控制，電路中無能量損耗元件，可提高三電平直流-直流變換器的效率，且換流過程中，功率開關管關斷時無電壓過沖，續流二極管開通時無電流過沖。另外功率開關管和續流二極管的并聯回路均為最小環，即僅由一個二極管和一個電容構成，可使關斷時的電壓應力為最小。附圖說明圖1是本專利技術在BUCK直流-直流變換器中的應用實例；圖2是本專利技術在BOOST直流-直流變換器中的應用實例；圖3是本專利技術在BUCK-BOOST直流-直流變換器中的應用實例；圖4是本專利技術在CUK直流-直流變換器中的應用實例。具體實施方式參見圖1，三電平無源軟開關直流-直流變換器電路，具有兩個完全對稱的buck單元電路，每個單元包括功率開關管S、續流二極管D，分壓作用電容C和單元共用電感L，L置于輸出端，其特征是在每個單元的功率開關管S和續流二極管D的接點處接入電感Ls，功率開關管S并聯由第一電容Cs和第一二極管Ds構成的串聯電路，其第一二極管Ds與功率開關管S方向一致，且兩者接點與電感Ls一端相連，在續流二極管D的兩端并聯由第二電容Co和第二二極管Dc構成的串聯電路，其第二二極管Dc與續流二極管D方向一致，第二電容Co與續流二極管D的接點與電感Ls的另一端相連，在第一電容Cs和第一二極管Ds的接奌與第二電容Co和第二二極管Dc的接點間接入第三二極管Do，第一、第二、第三這三個二極管Ds、Dc、Do的極性相一致。參見圖2，三電平無源軟開關直流-直流變換器電路，具有兩個完全對稱的boost單元電路，每個單元包括功率開關管S、續流二極管D，分壓作用電容C和單元共用電感L，L置于輸出端，其特征是在每個單元的功率開關管S和續流二極管D的接點處接入電感Ls，功率開關管S并聯由第一電容Cs和第一二極管Ds構成的串聯電路，其第一二極管Ds與功率開關管S方向一致，且兩者接點與電感Ls一端相連，在續流二極管D的兩端并聯由第二電容Co和第二二極管Dc構成的串聯電路，其第二二極管Dc與續流二極管D方向一致，第二電容Co與續流二極管D的接點與電感Ls的另一端相連，在第一電容Cs和第一二極管Ds的接奌與第二電容Co和第二二極管Dc的接點間接入第三二極管Do，第一、第二、第三這三個二極管Ds、Dc、Do的極性相一致。參見圖3，三電平無源軟開關直流-直流變換器電路，具有兩個完全對稱的buck-boost單元電路，每個單元包括功率開關管S、續流二極管D，分壓作用電容C和單元共用電感L，L置于兩單元續流二極管D之間，其特征是在每個單元的功率開關管S和續流二極管D的接點處接入電感Ls，功率開關管S并聯由第一電容Cs和第一二極管Ds構成的串聯電路，其第一二極管Ds與功率開關管S方向一致，且兩者接點與電感Ls一端相連，在續流二極管D的兩端并聯由第二電容Co和第二二極管Dc構成的串聯電路，其第二二極管Dc與續流二極管D方向一致，第二電容Co與續流二極管D的接點與電感Ls的另一端相連，在第一電容Cs和第一二極管Ds的接奌與第二電容Co和第二二極管Dc的接點間接入第三二極管Do，第一、第二、第三這三個二極管Ds、Dc、Do的極性相一致。參見圖4，三電平無源軟開關直流-直流變換器電路，具有兩個完全對稱的CUK單元電路，每個單元包括功率開關管S、續流二極管D，分壓作用電容C和二個單元共用的電感L，L分別置于輸入和輸出端，其特征是在每個單元的功率開關管S和續流二極管D的接點處接入電感Ls，功率開關管S并聯由第一電容Cs和第一二極管Ds構成的串聯電路，其第一二極管Ds與功率開關管S方向一致，且兩者接點與電感Ls一端相連，在續流二極管D的兩端并聯由第二電容Co和第二二極管Dc構成的串聯電路，其第二二極管Dc與續流二極管D方向一致，第二電容Co與續流二極管D的接點與電感Ls的另一端相連，在第一電容Cs和第一二極管Ds的接奌與第二電容Co和第二二極管Dc的接點間接入第三二極管Do，第一、第二、第三這三個二極管Ds、Dc、Do的極性相一致。三電平無源軟開關直流-直流變換器電路的工作情況，以圖2電路為例，其存在兩種換流情況，即每個單元的功率開關管與續流二極管之間換流。由于電路結構的對稱性，僅以一個單元的換流過程為例分析如下功率開關管S開通，續流二極管D關斷的換流過程換流之前，電路處于功率開關管S關斷、續流二極管D續流的穩定工作狀態。當功率開關管S開通時，由于諧振電感Ls的存在，功率開關管S的電流從零開始以一定斜率線性上升，即功率開關管S實現了零電流開通，同時續流二極管D的電流值從輸入電流開始以相同的斜率線性減小，直至續流二極管D關斷。此時，第二電容Co端電壓為零。第一電容Cs、第三二極管Do、第二電容Co、電感Ls開始諧振，續流二極管D端電壓從零諧振上升，實現續流二極管D的零電壓關斷。第一電容Cs放電至零，第一二極管Ds自然導通，VCs保持恒定為零，電感Ls、第一二極管Ds、第三二極管Do、第二電容Co開始第二個諧振過程，當電容Co的電流減小到零時，第二個諧振過程結束，第一二極管Ds、第三二極管Do自然關斷。之后，第二電容Co和第一電容Cs上的電壓均保持不變，電路進入功率開關管S導通的穩定運行狀態。功率開關管S關斷，續流二極管D開通的換流過程功率開關管S關斷后，輸入電流經第一二極管Ds對第一電容Cs充電，功率開關管S的管電壓從零上升，即實現了功率開關管本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：何湘寧，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：實用新型
國別省市：