[發(fā)明專利]三電平無源軟開關(guān)直流變換器電路

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 02136426.5
• 申請日: 2002-08-05
• 公開（公告）號: CN1400728A
• 公開（公告）日: 2003-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何湘寧
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02M3/10
• 分類號: H02M3/10;H02M3/155
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 韓介梅

???????????????????????????技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及直流—直流變換器。具體說是涉及三電平無源軟開關(guān)直流變換器電路。

???????????????????????????背景技術(shù)

常規(guī)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(guān)管S，續(xù)流二極管D，一般為硬開關(guān)工作。近年來，相繼研究了一些軟開關(guān)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(xiàn)功率器件的軟開關(guān)，由于采用元件數(shù)量多，且需額外的檢測，故控制復(fù)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(dǎo)致電路工作效率下降。

???????????????????????????發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供附加元件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)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(guān)直流—直流變換器電路。

本發(fā)明的技術(shù)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(guān)管S，續(xù)流二極管D的buck或boost或buck-boost或CUK電路，采取在每個單元的功率開關(guān)管和續(xù)流二極管的接點處接入電感，功率開關(guān)管并聯(lián)由第一電容和第一二極管構(gòu)成的串聯(lián)電路，其第一二極管與功率開關(guān)管方向一致，且兩者接點與電感一端相連，在續(xù)流二極管的兩端并聯(lián)由第二電容和第二二極管構(gòu)成的串聯(lián)電路，其第二二極管與續(xù)流二極管方向一致，第二電容與續(xù)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(xiàn)了開關(guān)管的零電流開通和零電壓關(guān)斷，以及續(xù)流二極管的零電壓關(guān)斷和零電壓開通。同時，每個開關(guān)周期電容收集這些諧振能量，并最終將其轉(zhuǎn)移到負載，實現(xiàn)了吸收電路的無損運行。

本發(fā)明的三電平無源軟開關(guān)直流—直流變換器電路附加元件少，結(jié)構(gòu)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(guān)管關(guān)斷時無電壓過沖，續(xù)流二極管開通時無電流過沖。另外功率開關(guān)管和續(xù)流二極管的并聯(lián)回路均為最小環(huán)，即僅由一個二極管和一個電容構(gòu)成，可使關(guān)斷時的電壓應(yīng)力為最小。

??????????????????????????附圖說明

圖1是本發(fā)明在BUCK直流—直流變換器中的應(yīng)用實例；

圖2是本發(fā)明在BOOST直流一直流變換器中的應(yīng)用實例；

圖3是本發(fā)明在BUCK-BOOST直流—直流變換器中的應(yīng)用實例；

圖4是本發(fā)明在CUK直流—直流變換器中的應(yīng)用實例。

???????????????????????具體實施方式

參見圖1，三電平無源軟開關(guān)直流—直流變換器電路，具有兩個完全對稱單元的buck電路，每個單元包括功率開關(guān)管S、續(xù)流二極管D，其特征是在每個單元的功率開關(guān)管S和續(xù)流二極管D的接點處接入電感Ls，功率開關(guān)管S并聯(lián)由第一電容Cs和第一二極管Ds構(gòu)成的串聯(lián)電路，其第一二極管Ds與功率開關(guān)管S方向一致，且兩者接點與電感Ls一端相連，在續(xù)流二極管D的兩端并聯(lián)由第二電容Co和第二二極管Dc構(gòu)成的串聯(lián)電路，其第二二極管Dc與續(xù)流二極管D方向一致，第二電容Co與續(xù)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(guān)直流—直流變換器電路，具有兩個完全對稱單元的boost電路，每個單元包括功率開關(guān)管S、續(xù)流二極管D，其特征是在每個單元的功率開關(guān)管S和續(xù)流二極管D的接點處接入電感Ls，功率開關(guān)管S并聯(lián)由第一電容Cs和第一二極管Ds構(gòu)成的串聯(lián)電路，其第一二極管Ds與功率開關(guān)管S方向一致，且兩者接點與電感Ls一端相連，在續(xù)流二極管D的兩端并聯(lián)由第二電容Co和第二二極管Dc構(gòu)成的串聯(lián)電路，其第二二極管Dc與續(xù)流二極管D方向一致，第二電容Co與續(xù)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。