一種低紋波雙向軟開關dc－dc電路的製作方法
2023-10-09 15:26:19 2
專利名稱：一種低紋波雙向軟開關dc－dc電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙向DC - DC電路，尤其涉及一種低紋波雙向軟開關DC — DC電路。
背景技術：
在UPS電源(不間斷電源)、電動車、航空電源等領域，雙向DC-DC電源的應用越來越廣泛，具有成本低、重量輕等優勢。目前的雙向DC-DC電路效率普遍較低，若要提高電源效率，軟開關是其中一個重要環節。常見的軟開關主要有諧振式、移項全橋式、有源箝位式等類型。諧振型軟開關雙向DC-DC電路利用諧振電感和諧振電容創造軟開關條件。缺點是軟開關範圍較窄，對器件的參數敏感；開關管電壓電流應力較大，導通損耗較高；體積較大。緩衝型軟開關雙向DC-DC電路利用緩衝電路實現軟開關，分有源緩衝型和無源緩衝型。缺點是緩衝輔助網絡元件多，控制複雜，工作條件發生變化是，軟開關條件不夠理想。移項全橋型軟開關雙向DC-DC電路拓撲複雜，開關管較多，成本較高。有源箝位型軟開關雙向DC-DC電路通過有源箝位電路實現軟開關。缺點是控制複雜，有源開關管為硬開關。綜上所述，現有雙向軟開關DC - DC電路存在的缺點是效率較低，電路拓撲複雜，成本較高，控制複雜，較難全範圍實現軟開關。
發明內容
本發明解決的技術問題是構建一種低紋波雙向軟開關DC - DC電路，能夠在實現能量的雙向變換的同時降低輸入電流紋波，並能實現其中一個主開關管的軟開關，具有低波紋、高效率的特點，克服現有技術效率較低，電路拓撲複雜，成本較高，控制複雜的技術問題。本發明的技術方案是構建一種低紋波雙向軟開關DC - DC電路，包括主開關管Q1、主開關管Q3、耦合電感L1、耦合電感L2、箝位電容C2、輸入濾波電容Cl、輸出濾波電容C3，所述輸入濾波電容Cl 一端連接主開關管Ql的集電極和所述主開關管Q3的發射極，所述主開關管Q3的另一端接所述耦合電感L2的一端和所述箝位電容C2的一端，所述主開關管Ql的發射極連接所述箝位電容C2的另一端和所述耦合電感LI的一端，所述耦合電感L2的另一端連接所述輸出濾波電容C3的一端,所述輸入濾波電容Cl的另一端、輸出濾波電容C3的另一端及所述耦合電感LI連接並接地，還包括產生與輸入電流變化趨勢相反電流的紋波抵消單元、控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷的軟開關單元，所述紋波抵消單元與所述輸入濾波電容Cl並聯，所述軟開關單元控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷，所述軟開關單元與所述主開關管Q3和所述主開關管Ql並聯。本發明的進一步技術方案是所述軟開關單元包括輔助開關管Q2、電感L3、二極體D1、二極體D2、電容C4,所述主開關管Ql的集電極與所述電感L3的一端、電容C4的一端以及所述主開關管Q3的發射極連接，所述主開關管Ql的發射極與所述輔助開關管Q2的發射極及電感LI的一端連接，所述電感L3的另一端連接所述輔助開關管Q2的集電極及二極體Dl的正極，所述二極體Dl的負極接所述電容C4的另一端及二極體D2的正極，所述二極體D2的正極接所述主開關管Q3的集電極和所述耦合電感L2。本發明的進一步技術方案是通過控制所述輔助開關管Q2的時序來控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷。本發明的進一步技術方案是所述紋波抵消單元包括耦合電感L4、耦合電感L5、電容C5、電容C6和電阻R1，所述耦合電感L4的一端接地，所述耦合電感L4的另一端接電容C5，所述電容C6和所述電阻Rl並聯後與所述電容C5和所述耦合電感L5串聯。本發明的技術效果是本發明構建一種低紋波雙向軟開關DC — DC電路,包括產生與輸入電流變化趨勢相反電流的紋波抵消單元、控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷的軟開關單元，所述紋波抵消單元與所述輸入濾波電容Cl並聯，所述軟開關單元控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷，所述軟開關單元與所述主開關管Q3和所述主開關管Ql並聯。本發明的一種低紋波雙向軟開關DC - DC電路，通過所述紋波抵消單元產生一個和原輸入電流變化趨勢相反的電流，兩者紋波電流互相抵消，大大降低輸入電流紋波；軟開關單元原理圖如圖2所示，採用有源軟開關技術，通過控制Q2的時序，實現Ql的零電壓和零電壓關斷，而Q2可以實現零電流開通和零電壓關斷。本發明的一種低紋波雙向軟開關DC — DC電路具有低波紋、高效率的特點。
圖1為本發明中的總體方案結構圖。圖2為本發明中技術實現原理圖。圖3為主開關管Ql的開關仿真波形圖。圖4為輔助開關管Q2的開關仿真波形圖。圖5為紋波抵消電路的仿真波形圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，對本發明技術方案進一步說明。如圖1所示，本發明的具體實施方式
是構建一種低紋波雙向軟開關DC — DC電路，包括主開關管Q1、主開關管Q3、耦合電感L1、耦合電感L2、箝位電容C2、輸入濾波電容Cl、輸出濾波電容C3，所述輸入濾波電容Cl 一端連接主開關管Ql的集電極和所述主開關管Q3的發射極，所述主開關管Q3的另一端接所述耦合電感L2的一端和所述箝位電容C2的一端，所述主開關管Ql的發射極連接所述箝位電容C2的另一端和所述耦合電感LI的一端，所述稱合電感L2的另一端連接所述輸出濾波電容C3的一端,所述輸入濾波電容Cl的另一端、輸出濾波電容C3的另一端及所述耦合電感LI連接並接地，還包括產生與輸入電流變化趨勢相反電流的紋波抵消單元、控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷的軟開關單元，所述紋波抵消單元與所述輸入濾波電容Cl並聯，所述軟開關單元控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷，所述軟開關單元與所述主開關管Q3和所述主開關管Ql並聯。如圖1所示，本發明的具體實施過程是本發明構建的一種低紋波雙向軟開關DC-DC電路，主要完成電源的能量雙向變換、傳遞。在所述軟開關單元的作用下，主開關管Ql的電壓線性下降，下降到零時，打開主開關管Q1，這樣就實現了主開關管Ql的零電壓開通。紋波抵消單元產生一個和原輸入電流變化趨勢相反的電流，兩者紋波電流互相抵消，大大降低輸入電流紋波。主開關管Ql的仿真波形如圖3所示。如圖2所示，本發明的優選實施方式是所述軟開關單元包括輔助開關管Q2、電感L3、二極體D1、二極體D2、電容C4，所述主開關管Ql的集電極與所述電感L3的一端、電容C4的一端以及所述主開關管Q3的發射極連接，所述主開關管Ql的發射極與所述輔助開關管Q2的發射極及電感LI的一端連接，所述電感L3的另一端連接所述輔助開關管Q2的集電極及二極體Dl的正極，所述二極體Dl的負極接所述電容C4的另一端及二極體D2的正極，所述二極體D2的正極接所述主開關管Q3的集電極和所述耦合電感L2。具體實施例中，通過控制所述輔助開關管Q2的時序來控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷。如圖2所示，本發明的優選實施過程是初始條件下，先打開輔助開關管Q2，因為電感L3的原因，輔助開關管Q2零電流開通，主開關管Ql的電壓線性下降，下降到零時關斷輔助開關管Q2，打開主開關管Q1，實現了開關管Ql的零電壓開通。主開關管Ql關斷時，因為C2和C4的存在，電壓不能突變，實現了零電壓關斷。能量正向傳輸階段Q3延遲導通可以實現零電壓導通。輔助開關管Q2的開關仿真波形如圖4所示。如圖2所示，本發明的優選實施方式是所述紋波抵消單元包括耦合電感L4、耦合電感L5、電容C5、電容C6和電阻Rl，所述耦合電感L4的一端接地，所述耦合電感L4的另一端接電容C5，所述電容C6和所述電阻Rl並聯後與所述電容C5和所述耦合電感L5串聯。如圖3所示，所述紋波抵消單元能產生和輸入電流變化趨勢相反的電流，兩者紋波電流互相抵消，大大降低輸入電流紋波。紋波抵消電路的仿真波形如圖5所示。本發明的技術效果是本發明構建一種低紋波雙向軟開關DC — DC電路,包括產生與輸入電流變化趨勢相反電流的紋波抵消單元、控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷的軟開關單元，所述紋波抵消單元與所述輸入濾波電容Cl並聯，所述軟開關單元控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷，所述軟開關單元與所述主開關管Q3和所述主開關管Ql並聯。本發明的一種低紋波雙向軟開關DC - DC電路，通過所述紋波抵消單元產生一個和原輸入電流變化趨勢相反的電流，兩者紋波電流互相抵消，大大降低輸入電流紋波；軟開關單元原理圖如圖2所示，採用有源軟開關技術，通過控制Q2的時序，實現Ql的零電壓和零電壓關斷，而Q2可以實現零電流開通和零電壓關斷。本發明的一種低紋波雙向軟開關DC — DC電路具有低波紋、高效率的特點。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種低紋波雙向軟開關DC — DC電路，包括主開關管Q1、主開關管Q3、耦合電感L1、耦合電感L2、箝位電容C2、輸入濾波電容Cl、輸出濾波電容C3，所述輸入濾波電容Cl 一端連接主開關管Ql的集電極和所述主開關管Q3的發射極，所述主開關管Q3的另一端接所述耦合電感L2的一端和所述箝位電容C2的一端，所述主開關管Ql的發射極連接所述箝位電容C2的另一端和所述耦合電感LI的一端，所述耦合電感L2的另一端連接所述輸出濾波電容C3的一端,所述輸入濾波電容Cl的另一端、輸出濾波電容C3的另一端及所述稱合電感LI連接並接地，其特徵在於，還包括產生與輸入電流變化趨勢相反電流的紋波抵消單元、控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷的軟開關單元，所述紋波抵消單元與所述輸入濾波電容Cl並聯，所述軟開關單元控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷，所述軟開關單元與所述主開關管Q3和所述主開關管Ql並聯。
2.根據權利要求1所述低紋波雙向軟開關DC- DC電路，其特徵在於，所述軟開關單元包括輔助開關管Q2、電感L3、二極體Dl、二極體D2、電容C4，所述主開關管Ql的集電極與所述電感L3的一端、電容C4的一端以及所述主開關管Q3的發射極連接，所述主開關管Ql的發射極與所述輔助開關管Q2的發射極及電感LI的一端連接，所述電感L3的另一端連接所述輔助開關管Q2的集電極及二極體Dl的正極，所述二極體Dl的負極接所述電容C4的另一端及二極體D2的正極，所述二極體D2的正極接所述主開關管Q3的集電極和所述耦合電感L2。
3.根據權利要求2所述低紋波雙向軟開關DC— DC電路，其特徵在於，通過控制所述輔助開關管Q2的時序來控制所述主開關管Ql的零電壓和零電壓關斷。
4.根據權利要求1所述低紋波雙向軟開關DC- DC電路，其特徵在於，所述紋波抵消單元包括耦合電感L4、耦合電感L5、電容C5、電容C6和電阻R1，所述耦合電感L4的一端接地，所述耦合電感L4的另一端接電容C5，所述電容C6和所述電阻Rl並聯後與所述電容C5和所述耦合電感L5串聯。
全文摘要
本發明涉及一種低紋波雙向軟開關DC－DC電路，通過所述紋波抵消單元產生一個和原輸入電流變化趨勢相反的電流，兩者紋波電流互相抵消，大大降低輸入電流紋波；採用有源軟開關技術，通過控制Q3的時序，實現Q1的零電壓和零電壓關斷，而Q3可以實現零電流開通和零電壓關斷。本發明的一種低紋波雙向軟開關DC－DC電路具有低波紋、高效率的特點。
文檔編號H02M3/10GK103036430SQ201210582628
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者單文鋒, 王騫, 張東來 申請人:深圳市航天新源科技有限公司