CN100334797C - 升压型有源交错并联软开关电路 - Google Patents

升压型有源交错并联软开关电路 Download PDF

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Abstract

本发明的升压型有源交错并联软开关电路包括两个相耦合的电感，两个续流二极管，两个功率开关管，第一功率开关管的漏极与第二二极管的阳极及第二电感的一端相连，第二功率开关管的漏极与第一二极管的阳极及第一电感的一端相连，第一电感的另一端与第二电感的另一端相连，在第一功率开关管并联由第一电容和第一辅助开关管构成的串联电路，在第二功率开关管并联由第二电容和第二辅助开关管构成的串联电路。本发明附加元件少，结构简单，无需额外检测，电路中无能量损耗元件，可提高升压型交错并联电路的效率，且换流过程中，功率开关管关断时无电压过冲。

Description

升压型有源交错并联软开关电路
技术领域
本发明涉及直流—直流变换器。具体说是升压型有源交错并联软开关电路。
背景技术
常规的升压型(Boost)交错并联直流—直流变换器，包括两个电感L1、L2，两个续流二极管D1、D2，两个功率开关管S1、S2，第一功率开关管S1的漏极与第二二极管D2的阳极及第二电感L2的一端相连，第二功率开关管S2的漏极与第一二极管D1的阳极及第一电感L1的一端相连，第一电感L1的另一端与第二电感L2的另一端相连。这种升压型交错并联直流—直流变换器一般为硬开关工作，开关损耗较大。近年来，相继研究了一些软开关电路，主要有两种：一种是在变换器中附加有源和无源元件，实现功率器件的软开关；另一种是附加含电阻的无源缓冲电路，其能量损耗大，工作时能量消耗在电阻上，导致电路工作效率下降。
发明内容
本发明的目的是提供附加元件数量少，结构简单，成本低，且无能量损耗的升压型有源交错并联软开关电路。
本发明的技术解决方案是，升压型有源交错并联软开关电路包括两个相耦合的电感，两个续流二极管，两个功率开关管，第一功率开关管的漏极与第二二极管的阳极及第二电感的一端相连，第二功率开关管的漏极与第一二极管的阳极及第一电感的一端相连，第一电感的另一端与第二电感的另一端相连，其特征是在第一功率开关管并联由第一电容和第一辅助开关管构成的串联电路，其中第一辅助开关管与第一功率开关管方向一致，且第一电容和第一功率开关管的接点与第二电感相连；第二功率开关管并联由第二电容和第二辅助开关管构成的串联电路，其中第二辅助开关管与第二功率开关管方向一致，且第二电容和第二功率开关管的接点与第一电感相连。
工作时，利用两个耦合电感的漏感实现第一功率开关管、第二功率开关管的零电流开通以及第一、第二两个续流二极管的软关断；第一功率开关管和第二功率开关管关断时，由于第一电容和第二电容的存在，实现了第一功率开关管和第二功率开关管的零电压关断。同时，每个开关周期第一、第二两个电容收集这些能量，并最终将其转移到负载，实现了吸收电路的无损运行。在整个开关周期中，通过控制第一、第二辅助开关管的门极脉冲，可使第一、第二两个辅助开关管实现零电压开通和零电压关断。
本发明的升压型有源交错并联软开关电路利用了耦合电感的漏感来实现功率开关管的软开关，无需附加额外的电感元件，从而附加元件少，结构简单，成本低，无需额外的检测电路，电路中无能量损耗元件，可提高升压型交错并联电路的效率，且换流过程中，功率开关管关断时无电压过冲，续流二极管开通时无电流过冲。
附图说明
图1是升压型有源交错并联软开关电路的电路图。
具体实施方式
参见图1，升压型有源交错并联软开关电路包括两个相耦合的电感L1、L2，两个续流二极管D1、D2，两个功率开关管S1、S2，第一功率开关管S1的漏极与第二二极管D2的阳极及第二电感L2的一端相连，第二功率开关管S2的漏极与第一二极管D1的阳极及第一电感L1的一端相连，第一电感L1的另一端与第二电感L2的另一端相连，其特征是在第一功率开关管S1并联由第一电容C1和第一辅助开关管S3构成的串联电路，其中第一辅助开关管S3与第一功率开关管S1方向一致，且第一电容C1与第一功率开关管S1和第二电感L2的接点相连；在第二功率开关管S2并联由第二电容C2和第二辅助开关管S4构成的串联电路，其中第二辅助开关管S4与第二功率开关管S2方向一致，且第二电容C2与第二功率开关管S2和第一电感L1的接点相连。
升压型有源交错并联软开关电路存在四种换流情况，即第一功率开关管S1与第一续流二极管D1之间的换流和第一功率开关管S1与第二续流二极管D2之间的换流；第二功率开关管S2与第二续流二极管D2之间的换流和第二功率开关管S2与第一续流二极管D1之间的换流。由于电路结构的对称性，仅以第一功率开关管S1的换流过程为例分析如下：
第一功率开关管S1开通，第一续流二极管D1关断的换流过程：
换流之前，电路处于第一功率开关管S1关断、第一续流二极管D1续流的稳定工作状态。当第一功率开关管S1开通时，由于耦合电感L1、L2的漏感存在，第一功率开关管S1的电流从零开始以一定斜率线性上升，即第一功率开关管S1实现了零电流开通，同时第一续流二极管D1的电流值从输入电流开始以相同的斜率线性减小，直至第一续流二极管D1关断。这样，第一续流二极管D1的反向恢复电流为零，大大减小了第一续流二极管D1所带来的反向恢复损耗。第一续流二极管D1关断后，第二电容C2经第二辅助开关管S4的体内二极管开始与耦合电感L1、L2的漏感谐振，直至第二电容C2上的电压降为零。之后，电路进入第一功率开关管S1导通的稳定运行状态。
第一功率开关管S1关断，第二续流二极管D2开通的换流过程：
第一功率开关管S1关断之前，第一辅助开关管S3导通，因为第一辅助开关管S3导通前，第一功率开关管S1已经导通，这样第一辅助开关管S3实现了零电压开通。第一功率开关管S1关断后，输入电流经第一辅助开关管S3对第一电容C1充电，第一功率开关管S1的管电压从零上升，即实现了第一功率开关管S1的零电压关断。第一电容C1电压充电至与上输出电容端电压相等时，第二续流二极管D2自然导通。第一功率开关管S1关断后再将第一辅助开关管S3关断，因为第一电容C1两端电压为输出电压，所以第一辅助开关管S3实现了零电压关断。电路进入负载电流通过第二续流二极管D2输出的稳定状态。

Claims (1)

1.升压型有源交错并联软开关电路包括两个相耦合的电感(L1、L2)，两个续流二极管(D1、D2)，两个功率开关管(S1、S2)，第一功率开关管(S1)的漏极与第二二极管(D2)的阳极及第二电感(L2)的一端相连，第二功率开关管(S2)的漏极与第一二极管(D1)的阳极及第一电感(L1)的一端相连，第一电感(L1)的另一端与第二电感(L2)的另一端相连，其特征是在第一功率开关管(S1)并联由第一电容(C1)和第一辅助开关管(S3)构成的串联电路，其中第一辅助开关管(S3)与第一功率开关管(S1)方向一致，且第一电容(C1)和第一功率开关管(S1)的接点与第二电感(L2)相连；第二功率开关管(S2)并联由第二电容(C2)和第二辅助开关管(S4)构成的串联电路，其中第二辅助开关管(S4)与第二功率开关管(S2)方向一致，且第二电容(C2)和第二功率开关管(S2)的接点与第一电感(L1)相连。
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