[發明專利]一種基于耦合電感的低紋波軟開關同步整流Buck變換器

在審

• 申請號: 201710668727.0
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107395015A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 李浩昱;許傳宇;張超;張鴻斌;張繼紅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利公開了一種基于耦合電感的低紋波軟開關同步整流Buck變換器，涉及電力電子技術領域。

背景技術

降壓式變換器電路(Buck電路)是一種最簡單的降壓式直流-直流變換器電路，被廣泛應用于各種電力電子裝置中。但由于其硬開關過程所造成的開關損耗和高頻噪聲，給此類變換器實現高頻化、高功率密度上帶來了限制和挑戰。為了減小損耗，提升效率，同步整流Buck變換器應運而生，該種變換器應用了一個附加的功率開關管取代了傳統電路中的整流二極管，采用同步整流的控制方式。

傳統的同步整流Buck變換器在不增加額外的有源或無源器件組成的輔助電路時，無法實現主功率開關管的軟開關，所以為了進一步減少開關損耗，需要讓所有開關管都工作在軟開關模式。通過對變換器中濾波電感電流的設計，可以實現每個開關周期內電感電流的短時反向，即可以通過反向的電感電流給主開關管的結電容進行充放電，以實現所有開關管的零電壓開關，使變換器的效率得到提升。但是因為雙向電感電流的存在，導致了新的問題產生，輸出電感電流紋波非常大，進而對輸出濾波電容有了很高的要求，往往需要較大的電解電容來保證輸出電壓的精度，不僅帶來了變換器體積增大、成本增加的問題，電容本身的ESR也會導致能量的消耗。

發明內容

本發明專利所要解決的技術問題是：為克服現有技術中存在的不足，提供一種基于耦合電感的低紋波軟開關同步整流Buck變換器，不需要為兩個開關管附加額外的器件或電路，就能實現所有開關管的零電壓開關。同時，采用了特殊的濾波網絡，顯著地減小了輸出電感電流紋波，降低了對輸出濾波器件的要求，實現了變換器的低紋波和效率提升。

本發明專利為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于耦合電感的低紋波軟開關同步整流Buck變換器，其特征在于：包括第一、第二MOSFET，耦合電感，第三電感，第一、第二電容，電阻，其中，

所述第一MOSFET的漏極與輸入端正極相連接，第一MOSFET的的源極與第二MOSFET的漏極、耦合電感的第一電感的同名端相連接，耦合電感的第一電感的異名端與耦合電感的第二電感同名端、第三電感的一端相連接，耦合電感的第二電感異名端和第二電容的一端、電阻的一端相連接，第三電感的另一端與第一電容的一端相連接，第二MOSFET的源極與輸入端負極、第一電容的另一端、第二電容的另一端、電阻的另一端相連接。

本發明與現有技術相比的主要技術特點是：

電路結構簡單，不需要復雜的控制，兩個開關管就能實現零電壓開關，變換器效率得到提升。

顯著地減小了輸出電感電流紋波，降低了對輸出濾波電路的要求，相比于傳統的同步buck變換器，減少了電感的繞組和電容的取值，電路成本沒有增加，而變換器的輸出精度和效率得到提高。

附圖說明

圖1是本發明專利的電路連接示意圖，其中：Q₁、Q₂分別為第一、第二MOSFET，L₂、L₁分別是耦合電感中的第一電感和第二電感，同名端如圖所示，其互感為L₃是第三電感，C₃，C₀分別是第一電容和第二電容，R為電阻。

圖2是本發明的基于耦合電感的低紋波軟開關同步整流Buck變換器的主要工作波形示意圖。

圖3～8是本發明的基于耦合電感的低紋波軟開關同步整流Buck變換器的等效電路結構示意圖。

圖9是本發明的濾波網絡的等效電路結構示意圖。

圖10是本發明變換器電路的一個設計實例的仿真電路圖。

圖11是圖10中輸出電壓的仿真波形圖。

圖12是圖10中電感電流的仿真波形圖。

圖13是圖12的局部細節放大圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明專利的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明專利，而不能解釋為對本發明專利的限制。凡根據本發明主要技術方案的精神實質所做的修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。

下面結合附圖對本發明專利的技術方案做進一步的詳細說明：

一種基于耦合電感的低紋波軟開關同步整流Buck變換器，包括第一、第二MOSFET，耦合電感，第三電感，第一、第二電容，電阻。