無損耗吸收的軟開關電路的製作方法
2023-05-18 16:17:21 4
專利名稱：無損耗吸收的軟開關電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軟開關電路，尤其是涉及一種對現有軟開關無損耗吸收電路結構的改良。需要時，還可在其電路上增設正、反激變換器的無損耗吸收電路，以進一步完善該電路性能。
背景技術：
吸收電路往往被用以減小開關元件的開關應力。開關應力包括開關損耗、電流衝擊和電壓尖峰。硬開關存在損耗的主要原因是由於電壓和電流交叉產生的開通、關斷損耗。而軟開關開通時，電流從零開始上升，故不存在開通損耗，關斷時，通過限制電壓的上升速度來減小開關的關斷損耗和電壓尖峰。專利檢索發現，有人申請了名為「軟開關有源吸收電路」的專利(97103647.0)，這個軟開關元件包括一個主開關元件和一個軟開關有源吸收電路。有源吸收電路為主開關元件和有源吸收電路中的一個附加開關提供軟開關特性，保證了高效、可靠的電路工作。有源吸收電路通過附加控制可實現智能化軟開關元件。還有一種名為「零壓零流軟開關變換器」的專利(01118936.3)，它公開一種零壓零流軟開關變換器，包括帶有主功率開關和功率二極體的基本電路，還包括輔助功率開關、第一二、二極體、諧振電容、諧振電感。其特徵是在升壓式變換器的儲能電感和功率二極體間串入諧振電感，使得變換器主功率開關損耗和功率二極體關斷時的電流應力大為減小，同時，實現了主功率開關、輔助功率開關及輔助二極體的軟開關。但是，現有的這類軟開關電路要麼需要額外的輔助開關電路，元件數量多，結構複雜，製作成本高；要麼電路能量損耗大，工作效率低，可靠性不好等不足。
發明內容
本發明主要是解決現有技術所存在的電路結構複雜，需要額外的輔助開關電路，元件數量多，製作成本高，電路能量損耗大，工作效率低，可靠性不好等的技術問題。
本發明同時還解決現有技術所存在的軟開關電路要麼需要額外輔助開關電路，元件數量多，電路複雜，製作成本高，可靠性差；要麼電路能量損耗大，導致電路工作效率下降等的技術問題。
本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的在BOOST升壓電路中，由二極體D2、二極體D3和二極體D4同向串聯而成的支路，同向並接在所述的BOOST電路中的續流二極體D1的兩端；而由電容C2和電感L2串聯的諧振支路一端接於二極體D1的正極，另一端接於二極體D3與二極體D4之間；且在二極體D2與二極體D3之間接有電容C3的一端，電容C3另一端接於開關管的陰極端。
作為優選，在所述的BOOST電路的後端還續接有由電容、電感和二極體構成的H型網絡，設置於電位隔離的直流/直流變換器中，其中同向串接的二極體D6和二極體D7的正端與輸入電源負端相接，其負端與輸入電源的正端相連；在所述的二極體D7與二極體D6之間接有電感L6的一端，電感L6的另一端接於二極體D8的正極和電容C7的一端，電容C7的另一端與開關管Q2的陽極相接；而二極體D8的負極連至變壓器的初級線圈勵磁時的正電位端。
作為優選，所述的電容C4顯著大於電容C2，電容C2顯著大於電容C3，即C4＞＞C2＞＞C3。
作為優選，所述的開關管Q是一個MOS管、絕緣柵雙極電晶體、門極可控關斷電晶體或雙極性電晶體。
作為優選，於所述的二極體D8的負極與另一個開關管Q1的陰極相接，而該開關管Q1的陽極與輸入電源的正端相連。
作為優選，所述的二極體D6的負端和二極體D8的負端並接於輸入電源的正端。
作為優選，所述的開關管Q2的陰極與初級線圈勵磁時的正電位端之間還正向串接有二極體D10。
作為優選，所述的初級線圈勵磁時的負電位端與另一個開關管Q1的陽極間還反向串接有二極體D9。
作為優選，所述的諧振支路的諧振半周期T/2遠小於該電路開關管的開關半周期T0/2。
因此，本發明具有電路結構簡單，布局合理，附加元件數量少，無需額外的檢測電路和控制電路，且電路中沒有能量損耗元件，可以提高軟開關電路的工作效率和節電效能等特點。
附圖1是本發明的一種結構示意圖；附圖2是本發明的一種雙開關管正激式結構示意圖；附圖3是本發明的一種單開關管正激式結構示意圖；附圖4是本發明的一種雙開關管反激式結構示意圖；附圖5是本發明的一種單開關管反激式結構示意圖。
具體實施例方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
實施例1一種無損耗吸收的軟開關電路，用於BOOST升壓電路，結構是交流電經電橋BR1整流，由儲能電感L1電容C1組成的電路，然後接入開關管Q，開關管Q一端做開關負極，由二極體D2、二極體D3和二極體D4同向串聯而成的支路，同向並接在所述的BOOST電路中的續流二極體D1的兩端；而由電容C2和電感L2串聯的諧振支路一端接於二極體D1的正極，另一端接於二極體D3與二極體D4之間；且在二極體D2與二極體D3之間接有電容C3的一端，電容C3另一端接於開關管的陰極端。其中，電容C2與電感L2的諧振半周期遠小於BOOST電路主開關管Q的開關半周期。
參看附圖1，當開關管Q開通時，電容C3上的電荷由二極體D3經電感L2，電容C2，開關管Q放電，因二極體D3隻能單向導電，故電容C3上的電荷進入C2，經一段時間後，UC3＝0。又因開關管Q剛打開的時刻，經過電感L1和電感L2的電流都為零，或接近零，故開關管Q為零電流開啟。當開關管Q關斷時，流經Q的電流經二極體D2給電容C3充電，因電容端電壓不能突變，故開關管Q為零電壓關斷；當開關管完全關斷時，A點電壓升至U0，此時，電容C2上的電荷經電感L2，二極體D4，開關管Q(反並二極體)放電，電荷進入輸出儲能電容C4，電容C2放電終止時，UC2＝0，為下一開關周期作準備。儲存於電容C3上的電荷進入電容C2後，根據能量守恆，有C2UC22＝C3UC32成立。因C2＞＞C3，故UC2＜＜UC3。又C2＜＜C4，故上的電荷完全能放入C4，且對C4端電壓的影響很小。經實際試驗測知，增加此T型網絡，開關電路總體效率可以提高(1～1.5)％。
需要時，也可在上述電路的後端設置有一種無損耗吸收電路，該電路用於正激式或反激式變換器中，它系由電容、電感和二極體構成的H型網絡。此網絡可以用於雙開關管正激式開關電路，還可以用於單開關管正激式電路以及單、雙開關管反激式開關電路。具體電路例舉如下實施例2二極體D6和二極體D7同向串接，二極體D6的負端與輸入電源的正端相連，二極體D7的正端與輸入電源負端相接，在所述的二極體D6與二極體D7之間接有電感L6的一端，電感L6的另一端接於二極體D8的正極和電容C7的一端，電容C7的另一端與變壓器的初級線圈勵磁時的負電位端相接，又與開關管Q2的陽極相接，開關管Q2的陰極與輸入電源負端相接，之後還正向串接二極體D10再連接至變壓器的初級線圈勵磁時的正電位端，二極體D8的負極連至變壓器的初級線圈勵磁時的正電位端，二極體D8的負極又與另一個開關管Q1的陰極相接，而該開關管Q1的陽極與輸入電源的正端相連，之後還反向串接二極體D9連接至變壓器的初級線圈勵磁時的負電位端，其中，由電感L6與電容C7組成的諧振電路的半周期T/2遠小於開關管Q1的開關周期T0(參考附圖2)。
其工作過程如下假如上一個開關周期結束時電容C7上的電壓為-Ui(B點為負，F點為正)，當開關管Q1、Q2同時導通時，電容C7上的電荷經開關管Q2，二極體D7，電感L6放電諧振，因二極體D7的單向導電性，電容C7與電感L6不能無限地諧振，而只能振蕩半個周期，電容C7的終止電壓為+Ui(B點為正，F點為負)，因開關管Q2、Q1剛打開的時刻，電流為零或接近零，故開關管Q2、Q1為零電流開啟。當開關管Q2、Q1同時關斷時(此時，B點電壓與E點電壓相同)，由於變壓器漏電感的存在，設漏電感為L0，關斷前流經開關管Q2、Q1的電流設為Im，經二極體D8，給電容C7充電，又因電容端電壓不能突變，故開關管Q2、Q1為零電壓關斷。當開關管Q2、Q1完全關斷時，電容C7上的電壓為-Ui，這是因為由於鉗位二極體D9、D10的存在，若L0Im2＞C2Ui2，則多餘的能量經二極體D9、D10回放至電容C4，同時為下一個開關周期作準備。另外，由於二極體D7存在極小的結電容，它會與電感L6產生輕微的極高頻振蕩，故應採取用二極體D6限幅的措施。經實際試驗測得，增加了此H型網絡總體效率提高(3～3.5)％。
實施例3二極體D6和二極體D7同向串接，二極體D6的負端與輸入電源的正端相連，二極體D7的正端與輸入電源負端相接，在所述的二極體D6與二極體D7之間接有電感L6的一端，電感L6的另一端接於二極體D8的正極和電容C7的一端，電容C7的另一端與變壓器的初級線圈勵磁時的負電位端相接，又與開關管Q2的陽極相接，開關管Q2的陰極與輸入電源負端相接，磁復位線圈的正端(初級線圈勵磁時)連接至輸入電源的負端，磁復位線圈的負端(初級線圈勵磁時)正向串接二極體D9，之後再連接至輸入電源的正端，二極體D8的負極連至輸入電源的正端，之後再連接至變壓器的初級線圈勵磁時的正電位端，其中，由電感L1與電容C2組成的諧振電路的半周期T/2遠小於開關管Q2的開關周期T0(參考附圖3)。
其工作過程如下假如上一個開關周期結束時電容C7上的電壓為-Ui(B點為負，F點為正)，當開關管Q2導通時，電容C7上的電荷經開關管Q2，二極體D7，電感L6放電諧振，因二極體D7的單向導電性，電容C7與電感L6不能無限地諧振，而只能振蕩半個周期，電容C7的終止電壓為+Ui(B點為正，F點為負)，因開關管Q2剛打開的時刻，電流為零或接近零，故開關管Q2為零電流開啟。當開關管Q2關斷時(此時，B點電壓與E點電壓相同)，由於變壓器漏電感的存在，設漏電感為L0，關斷前流經開關管Q2的電流設為Im，經二極體D7，給電容C7充電，又因電容端電壓不能突變，故開關管Q2為零電壓關斷。當開關管Q2完全關斷時，電容C7上的電壓為-Ui，這是因為由於鉗位二極體D9的存在，若L0Im2＞C7Ui2，則多餘的能量經二極體D9回放至電容C4，同時為下一個開關周期作準備。另外，由於二極體D7存在極小的結電容，它會與電感L6產生輕微的極高頻振蕩，故應採取用二極體D6限幅的措施。經實測，增加了此H型網絡總體效率可提高(3～3.5)％。
實施例4二極體D6和二極體D7同向串接，二極體D6的負端與輸入電源的正端相連，二極體D7的正端與輸入電源負端相接，在所述的二極體D6與二極體D7之間接有電感L6的一端，電感L7的另一端接於二極體D8的正極和電容C7的一端，電容C7的另一端與變壓器的初級線圈勵磁時的負電位端相接，又與開關管Q2的陽極相接，開關管Q2的陰極與輸入電源負端相接，二極體D8的負極連至變壓器的初級線圈勵磁時的正電位端，二極體D8的負極又與另一個開關管Q1的陰極相接，而該開關管Q1的陽極與輸入電源的正端相連，其中，由電感L6與電容C7組成的諧振電路的半周期T/2遠小於開關管Q2的開關周期T0(參考附圖4)。
其工作過程如下假如上一個開關周期結束時電容C7上的電壓為-Ui(B點為負，F點為正)，當開關管Q2、Q1同時導通時，電容C7上的電荷經開關管Q2，二極體D7，電感L6放電諧振，因二極體D7的單向導電性，電容C7與電感L6不能無限地諧振，而只能振蕩半個周期，電容C7的終止電壓為+Ui(B點為正，F點為負)，因開關管Q2、Q1剛打開的時刻，電流為零或接近零，故開關管Q2、Q1為零電流開啟。當開關管Q2、Q1同時關斷時(此時，B點電壓與E點電壓相同)，由於變壓器漏電感的存在，設漏電感為L0，關斷前流經開關管Q2、Q1的電流設為Im，經二極體D8，給電容C7充電，又因電容端電壓不能突變，故開關管Q2、Q1為零電壓關斷。當開關管Q2、Q1完全關斷時，電容C2上的電壓為-Ui，若L0Im2＞C7Ui2，則多餘的能量回放至電容C4，同時為下一個開關周期作準備。另外，由於二極體D7存在極小的結電容，它會與電感L6產生輕微的極高頻振蕩，故應採取用二極體D6限幅的措施。經實際試驗測得，增加了此H型網絡總體效率提高(3～3.5)％。
實施例5二極體D6和二極體D7同向串接，二極體D6的負端與輸入電源的正端相連，二極體D7的正端與輸入電源負端相接，在所述的二極體D6與二極體D7之間接有電感L6的一端，電感L6的另一端接於二極體D8的正極和電容C7的一端，電容C7的另一端與變壓器的初級線圈勵磁時的負電位端相接，又與開關管Q2的陽極相接，開關管Q2的陰極與輸入電源負端相接，二極體D8的負極連至輸入電源的正端，又連接至變壓器的初級線圈勵磁時的正電位端，其中，由電感L6與電容C7組成的諧振電路的半周期T/2遠小於開關管Q2的開關周期T0(參考附圖5)。
其工作過程如下假如上一個開關周期結束時電容C7上的電壓為-Ui(B點為負，F點為正)，當開關管Q2導通時，電容C7上的電荷經開關管Q2，二極體D7，電感L6放電諧振，因二極體D7的單向導電性，電容C7與電感L6不能無限地諧振，而只能振蕩半個周期，電容C7終止電壓為+Ui(B點為正，F點為負)，因開關管Q2剛打開的時刻，電流為零或接近零，故開關管Q2為零電流開啟。當開關管Q2關斷時(此時，B點電壓與E點電壓相同)，由於變壓器漏電感的存在，設漏電感為L0，關斷前流經開關管Q2的電流設為Im，經二極體D8給電容C7電，又因電容端電壓不能突變，故開關管Q2為零電壓關斷。當開關管Q2完全關斷時，電容C7的電壓為-Ui，若L0Im2＞C7Ui2，則多餘的能量經回放至電容C4，同時為下一個開關周期作準備。另外，由於二極體D7在極小的結電容，它會與電感L6生輕微的極高頻振蕩，故應採取用二極體D6幅的措施。經實際試驗測得，增加了此H型網絡總體效率提高(3～3.5)％。
權利要求
1.一種無損耗吸收的軟開關電路，設置於BOOST升壓電路，其特徵在於由二極體D2、二極體D3和二極體D4同向串聯而成的支路，同向並接在所述的BOOST電路中的續流二極體D1的兩端；而由電容C2和電感L2串聯的諧振支路一端接於二極體D1的正極，另一端接於二極體D3與二極體D4之間；且在二極體D2與二極體D3之間接有電容C3的一端，電容C3另一端接於開關管的陰極端。
2.根據權利要求1所述的無損耗吸收的軟開關電路，其特徵是在所述的BOOST電路的後端還續接有由電容、電感和二極體構成的H型網絡，設置於電位隔離的直流/直流變換器中，其中同向串接的二極體D6和二極體D7的正端與輸入電源負端相接，其負端與輸入電源的正端相連；在所述的二極體D7與二極體D6之間接有電感L6的一端，電感L6的另一端接於二極體D8的正極和電容C7的一端，電容C7的另一端與開關管Q2的陽極相接；而二極體D8的負極連至變壓器的初級線圈勵磁時的正電位端。
3.根據權利要求1或2所述的無損耗吸收的軟開關電路，其特徵在於所述的電容C4顯著大於電容C2，電容C2顯著大於電容C3，即C4＞＞C2＞＞C3。
4.根據權利要求1或2所述的無損耗吸收的軟開關電路，其特徵在於所述的開關管是一個MOS管、絕緣柵雙極電晶體、門極可控關斷電晶體或雙極性電晶體。
5.根據權利要求1或2所述的無損耗吸收的軟開關電路，其特徵在於所述的二極體D8的負極與另一個開關管Q1的陰極相接，而該開關管Q1的陽極與輸入電源的正端相連。
6.根據權利要求1或2所述的無損耗吸收的軟開關電路，其特徵在於所述的二極體D6的負端和二極體D8的負端並接於輸入電源的正端。
7.根據權利要求1或2所述的無損耗吸收的軟開關電路，其特徵在於所述的開關管Q2的陰極與初級線圈勵磁時的正電位端之間還正向串接有二極體D10。
8.根據權利要求1或2所述的無損耗吸收的軟開關電路，其特徵在於所述的初級線圈勵磁時的負電位端與另一個開關管Q1的陽極間還反向串接有二極體D9。
9.根據權利要求7所述的無損耗吸收的軟開關電路，其特徵在於所述的初級線圈勵磁時的負電位端與另一個開關管Q1的陽極間還反向串接有二極體D9。
10.根據權利要求1或2所述的無損耗吸收的軟開關電路，其特徵在於所述的諧振支路的諧振半周期T/2遠小於該電路開關管的開關半周期T0/2。
全文摘要
本發明涉及一種一種對現有軟開關無損耗吸收電路結構的改良。它主要是在BOOST升壓電路中，由二極體D
文檔編號H02M7/537GK1499703SQ02145219
公開日2004年5月26日 申請日期2002年11月8日 優先權日2002年11月8日
發明者錢龍聖 申請人:杭州千島湖恆源電氣有限公司