CN100486096C - 零电流软开关电路 - Google Patents

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Abstract

一种零电流软开关电路，主要是为了实现在零电流状态下启动由开关功率管所构成的非对称半桥谐振逆变电路，包括驱动开关功率管的驱动电路，第一开关功率管Q1、第二开关功率管Q2、输出变压器T1和第一谐振电容C3所组成的非对称半桥谐振电路，所述非对称半桥谐振电路并联在输入电源两端；限流电阻R2、第二谐振电容C2和驱动变压器T2的初级线圈T2-1串联所组成的第二谐振电路，所述第二谐振电路并联在第二开关功率管Q2的源极与漏极之间。本发明可广泛应用于电子整流器、变压器、适配器等电子产品电路中。

Description

零电流软开关电路
技术领域
本发明涉及谐振开关电路，尤其涉及一种零电流软开关电路。
背景技术
近年来，电子技术的发展，很多场合要求电子调压整流电路的体积小，但又要求工作负载率高，自损功率小，从而减少工作电路的发热量。现有技术中将MOS开关功率管应用到自激非对称半桥高频逆变软开关电路时，如图1所示，启动电阻R1、积分电容C1、触发管DB3和驱动变压器T2构成驱动MOS开关功率管Q1和Q2的驱动电路；MOS开关功率管Q1和Q2连接构成非对称半桥高频逆变电路；驱动变压器T2的初级线圈T2-1串联在负载变压器T1的初级线圈与C3所组成的负载回路中，当负载回路中有大电流通过时，感应线圈T2-1才能产生较大的感应电势并传递给MOS开关功率管的驱动电路T2-2或T2-3，从而触发MOS开关功率管完全导通。此时，由于负载回路中已经存在大电流，导致在MOS开关功率管在完全导通的同时产生较大的冲击电流，从而开关功率管不仅发热量大，而且损耗也大，工作负载率很难提高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明特提出一种电路结构简单、成本低，可以在负载回路即MOS开关功率管接近零电流通过的情况下，启动MOS开关功率管的自激非对称半桥高频逆变软开关电路。
为了达到上述目的，本发明采取了下述技术方案：
一种零电流软开关电路，包括驱动开关功率管的驱动电路，第一开关功率管Q1、第二开关功率管Q2、输出变压器T1和第一谐振电容C3所组成的非对称半桥谐振逆变电路，所述非对称半桥谐振逆变电路并联在输入电源两端；其特征在于，还包括限流电阻R2、第二谐振电容C2和驱动变压器T2的初级线圈T2-1串联所组成的第二谐振电路，所述第二谐振电路的一端与第二开关功率管Q2的漏极连接，另一端与第二开关功率管Q2的源极连接；即所述第二谐振电路并联在第二开关功率管Q2的源极与漏极之间。
上述电路的工作过程是：启动电路时，第一开关功率管Q1和第二开关功率管Q2都处于关闭状态，电源开始向驱动电路的积分电容充电，同时也对第二谐振电路的第二谐振电容C2充电。当积分电容的两端电势达到一定值时开始触发第一开关功率管Q1的栅极并使第一开关功率管Q1开始导通；第二谐振电路充电过程中，在驱动变压器T2的初级线圈T2-1的两端产生正向驱动电势，该驱动电势又驱动所述驱动电路中驱动变压器T2的的第一次级线圈T2-2，并通过第一次级线圈T2-2所产生的正向电势使第一开关功率管Q1进一步完全导通；同时，初级线圈T2-1两端产生的驱动电势又驱动所述驱动电路中的第二次级线圈T2-3产生反向电势，该反向电势使第二开关功率管Q2继续处于关闭状态。由于第二谐振电路的阻抗远小于输出变压器T1的初级线圈和第一谐振电容C3所组成的第一谐振电路的阻抗，第二谐振电路的谐振频率高，充电速度也较快，当第一开关功率管Q1从开始导通到完全导通时，负载回路输出变压器T1的初级线圈的电流逐步增大，从而实现了在负载回路接近零电流的状态下使第一开关功率管Q1完全被触发打开。
第一开关功率管Q1的源极与第二开关功率管Q2的漏极连接形成连接点A。虽然输出变压器T1和第一谐振电容C3所组成的第一谐振电路的振荡频率远远低于第二谐振电路的振荡频率，由于第一谐振电路和第二谐振电路都有一个端点连接在A点，第一谐振电路对第二谐振电路予以牵制，构成互振。
当第二谐振电路的第二谐振电容C2充电结束，回路电流减小，在驱动变压器T2的初级线圈T2-1的两端产生反向电势，从而通过驱动电路中的第一次级线圈T2-2驱动第一开关功率管Q1完全截止，同时使第二开关功率管Q2完全导通，第一谐振电路和第二谐振电路的电容分别通过第二开关功率管Q2放电。也由于两个谐振电路的阻抗差距大，当第二开关功率管Q2在第二谐振电路的驱动下已经完全导通时，第一谐振电路的放电电流逐步增大。当两个谐振电路放电结束，开始第二轮工作过程。
相比于现有技术，由于采用RCL所组成的第二谐振电路并接在第二开关功率管Q2的漏极，使本发明具有工作电路的结构简单，成本低廉；而且使负载电路在没有大电流流动时，首先接通开关功率管；在开关功率管接通后，主电路电流逐步升高开始工作，从而使负载电路的工作平稳，开关功率管工作时没有瞬间大电流冲击，发热量小，成功地实现“小马拉大车”。
由于本发明具有上述优点，因而可广泛应用于开关工作模式电源输出的同步整流电路如电子整流器、变压器、适配器等电源产品电路中。
附图说明
图1是现有技术电路结构示意图；
图2是本发明的实施例一的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，进一步说明本发明实施例的具体工作过程。
实施例一，如图2所示，一种零电流软开关电路，包括电源输入电路并提供工作电源。第一开关功率管Q1的漏极连接输入电源的一极，第一开关功率管Q1的源极连接第二开关功率管Q2的漏极并形成连接点A，第二开关功率管Q2的源极再连接输入电源的另一极，从而将第一开关功率管Q1和第二开关功率管Q2前后连接后与输入电源电路并联；负载变压器T1的初级与第一谐振电容C3串联所组成的第一谐振电路接在第二开关功率管Q2的漏极与源极之间；上述电路组成所述自激非对称半桥高频逆变电路。上述开关功率管是功率场效应管(MOSFET)或栅极场效应管(IGBT)。
限流电阻R2、第二谐振电容C2和驱动变压器T2的初级线圈T2-1串联组成第二谐振电路，所述第二谐振电路的一端与第二开关功率管Q2的漏极即A点连接，另一端与第二开关功率管Q2的源极连接。
启动电阻R1、积分电容C1、触发管DB3、驱动变压器T2构成驱动MOS开关功率管Q1和Q2的驱动电路；其中启动电阻R1和积分电容C1串联组成的RC充电电路；RC充电电路的一端接第一开关功率管Q1的漏极，另一端点接在第一开关功率管Q1的源极；在启动电阻R1和积分电容C1之间连接触发管DB3，触发管DB3的另一端接第一开关功率管Q1的栅极。同时，在第一开关功率管Q1的栅极和源极之间，连接驱动变压器T2的第一次级线圈T2-2，第二开关功率管Q2的栅极和源极之间，连接另一个启动线圈即驱动变压器T2的第二次级线圈T2-3；初级线圈T2-1与第一次级线圈T2-2相位相同但都与第二次级线圈T2-3相位反向，且三者是同芯绕组。上述电路构成所述开关功率管的启动电路。当然实现启动功能的电路结构在公知的电路技术中也有多种方案，也可以用其它公知的启动电路。
上述电路的工作过程是：启动电路时，第一开关功率管Q1和第二开关功率管Q2都处于关闭状态，电源通过驱动电路向积分电容C1开始充电，同时也对第二谐振电容C2充电。当积分电容C1的两端电势达到一定值时，触发管DB3导通并触发第一开关功率管Q1的栅极并使第一开关功率管Q1开始导通；第二谐振电路充电过程中，在驱动变压器T2的初级线圈T2-1的两端产生正向驱动电势，该驱动电势又驱动所述驱动变压器T2的第一次级线圈T2-2产生正向电势，使第一开关功率管Q1完全导通；同时，初级线圈T2-1两端产生的驱动电势又驱动所述驱动电路中的第二次级线圈T2-3产生反向电势，该反向电势使第二开关功率管Q2继续处于关闭状态。当第一开关功率管Q1从开始导通到完全导通时，负载回路输出变压器T1的初级线圈的电流逐步增大，从而实现了在负载回路接近零电流的状态下使第一开关功率管Q1完全被触发打开。
当第二谐振电路的第二谐振电容C2充电结束，第二谐振回路电流减小，在驱动变压器T2的初级线圈T2-1的两端产生反向电势，从而驱动第一开关功率管Q1完全截止，同时使第二开关功率管Q2完全导通，第一谐振电路和第二谐振电路的电容分别通过第二开关功率管Q2放电。也由于两个谐振电路的阻抗差距大，当第二开关功率管Q2已经完全导通时，第一谐振电路的放电电流逐步增大，从而使第二开关功率管Q2在大电流通过前已经完全导通；当放电结束，一个周期完成，开始第二个工作周期。通过该电路，可以将直流输入信号转换为高频信号。电路的开关频率虽然并不等于第二谐振回路的自由振荡频率，但在实际使用中，可以通过调整各器件的参数来改变电路的开关频率，使第一谐振回路与第二谐振回路的谐振点一致。

Claims (2)

1.一种零电流软开关电路，包括驱动开关功率管的驱动电路，第一开关功率管Q1、第二开关功率管Q2、输出变压器T1和第一谐振电容C3所组成的第一谐振电路，即非对称半桥谐振逆变电路，所述非对称半桥谐振逆变电路并联在输入电源两端；其特征在于，还包括限流电阻R2、第二谐振电容C2和驱动变压器T2的初级线圈T2-1串联所组成的第二谐振电路，所述第二谐振电路的一端与第二开关功率管Q2的漏极连接，另一端与第二开关功率管Q2的源极连接。
2.根据权利要求1所述的零电流软开关电路，其特征在于：所述驱动开关功率管的驱动电路包括启动电阻R1和积分电容C1串联组成的RC充电电路；RC充电电路接在第一开关功率管Q1的漏极与源极之间；在启动电阻R1和积分电容C1之间连接触发管DB3，触发管DB3的另一端接第一开关功率管Q1的栅极；在所述第一开关功率管Q1的栅极和源极之间，连接启动线圈即驱动变压器T2的第一次级线圈T2-2，在所述第二开关功率管Q2的栅极和源极之间，连接另一个启动线圈即驱动变压器T2的第二次级线圈T2-3；所述初级线圈T2-1与第一次级线圈T2-2相位相同但都与第二次级线圈T2-3相位反向，且三者是同芯绕组。
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