CN103036430A - 一种低纹波双向软开关dc－dc电路 - Google Patents

一种低纹波双向软开关dc－dc电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低纹波双向软开关DC－DC电路，通过所述纹波抵消单元产生一个和原输入电流变化趋势相反的电流，两者纹波电流互相抵消，大大降低输入电流纹波；采用有源软开关技术，通过控制Q3的时序，实现Q1的零电压和零电压关断，而Q3可以实现零电流开通和零电压关断。本发明的一种低纹波双向软开关DC－DC电路具有低波纹、高效率的特点。

Description

一种低纹波双向软开关DC-DC电路
技术领域
本发明涉及一种双向DC－DC电路，尤其涉及一种低纹波双向软开关DC－DC电路。
背景技术
在UPS电源(不间断电源)、电动车、航空电源等领域，双向DC-DC电源的应用越来越广泛，具有成本低、重量轻等优势。
目前的双向DC-DC电路效率普遍较低，若要提高电源效率，软开关是其中一个重要环节。常见的软开关主要有谐振式、移项全桥式、有源箝位式等类型。
谐振型软开关双向DC-DC电路利用谐振电感和谐振电容创造软开关条件。缺点是软开关范围较窄，对器件的参数敏感；开关管电压电流应力较大，导通损耗较高；体积较大。
缓冲型软开关双向DC-DC电路利用缓冲电路实现软开关，分有源缓冲型和无源缓冲型。缺点是缓冲辅助网络元件多，控制复杂，工作条件发生变化是，软开关条件不够理想。
移项全桥型软开关双向DC-DC电路拓扑复杂，开关管较多，成本较高。
有源箝位型软开关双向DC-DC电路通过有源箝位电路实现软开关。缺点是控制复杂，有源开关管为硬开关。综上所述，现有双向软开关DC－DC电路存在的缺点是：效率较低，电路拓扑复杂，成本较高，控制复杂，较难全范围实现软开关。
 
发明内容
本发明解决的技术问题是：构建一种低纹波双向软开关DC－DC电路，能够在实现能量的双向变换的同时降低输入电流纹波，并能实现其中一个主开关管的软开关，具有低波纹、高效率的特点，克服现有技术效率较低，电路拓扑复杂，成本较高，控制复杂的技术问题。
本发明的技术方案是：构建一种低纹波双向软开关DC－DC电路，包括主开关管Q1、主开关管Q3、耦合电感L1、耦合电感L2、箝位电容C2、输入滤波电容C1、输出滤波电容C3，所述输入滤波电容C1一端连接主开关管Q1的集电极和所述主开关管Q3的发射极，所述主开关管Q3的另一端接所述耦合电感L2的一端和所述箝位电容C2的一端，所述主开关管Q1的发射极连接所述箝位电容C2的另一端和所述耦合电感L1的一端，所述耦合电感L2的另一端连接所述输出滤波电容C3的一端，所述输入滤波电容C1的另一端、输出滤波电容C3的另一端及所述耦合电感L1连接并接地，还包括产生与输入电流变化趋势相反电流的纹波抵消单元、控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断的软开关单元，所述纹波抵消单元与所述输入滤波电容C1并联，所述软开关单元控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断，所述软开关单元与所述主开关管Q3和所述主开关管Q1并联。
本发明的进一步技术方案是：所述软开关单元包括辅助开关管Q2、电感L3、二极管D1、二极管D2、电容C4，所述主开关管Q1的集电极与所述电感L3的一端、电容C4的一端以及所述主开关管Q3的发射极连接，所述主开关管Q1的发射极与所述辅助开关管Q2的发射极及电感L1的一端连接，所述电感L3的另一端连接所述辅助开关管Q2的集电极及二极管D1的正极，所述二极管D1的负极接所述电容C4的另一端及二极管D2的正极，所述二极管D2的正极接所述主开关管Q3的集电极和所述耦合电感L2。
本发明的进一步技术方案是：通过控制所述辅助开关管Q2的时序来控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断。
本发明的进一步技术方案是：所述纹波抵消单元包括耦合电感L4、耦合电感L5、电容C5、电容C6和电阻R1，所述耦合电感L4的一端接地，所述耦合电感L4的另一端接电容C5，所述电容C6和所述电阻R1并联后与所述电容C5和所述耦合电感L5串联。 
本发明的技术效果是：本发明构建一种低纹波双向软开关DC－DC电路，包括产生与输入电流变化趋势相反电流的纹波抵消单元、控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断的软开关单元，所述纹波抵消单元与所述输入滤波电容C1并联，所述软开关单元控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断，所述软开关单元与所述主开关管Q3和所述主开关管Q1并联。本发明的一种低纹波双向软开关DC－DC电路，通过所述纹波抵消单元产生一个和原输入电流变化趋势相反的电流，两者纹波电流互相抵消，大大降低输入电流纹波；软开关单元原理图如图2所示，采用有源软开关技术，通过控制Q2的时序，实现Q1的零电压和零电压关断，而Q2可以实现零电流开通和零电压关断。本发明的一种低纹波双向软开关DC－DC电路具有低波纹、高效率的特点。
 
附图说明
图1为本发明中的总体方案结构图。
图2为本发明中技术实现原理图。
图3为主开关管Q1的开关仿真波形图。
图4为辅助开关管Q2的开关仿真波形图。
图5为纹波抵消电路的仿真波形图。
 
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。
如图1所示，本发明的具体实施方式是：构建一种低纹波双向软开关DC－DC电路，包括主开关管Q1、主开关管Q3、耦合电感L1、耦合电感L2、箝位电容C2、输入滤波电容C1、输出滤波电容C3，所述输入滤波电容C1一端连接主开关管Q1的集电极和所述主开关管Q3的发射极，所述主开关管Q3的另一端接所述耦合电感L2的一端和所述箝位电容C2的一端，所述主开关管Q1的发射极连接所述箝位电容C2的另一端和所述耦合电感L1的一端，所述耦合电感L2的另一端连接所述输出滤波电容C3的一端，所述输入滤波电容C1的另一端、输出滤波电容C3的另一端及所述耦合电感L1连接并接地，还包括产生与输入电流变化趋势相反电流的纹波抵消单元、控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断的软开关单元，所述纹波抵消单元与所述输入滤波电容C1并联，所述软开关单元控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断，所述软开关单元与所述主开关管Q3和所述主开关管Q1并联。
如图1所示，本发明的具体实施过程是：本发明构建的一种低纹波双向软开关DC－DC电路，主要完成电源的能量双向变换、传递。在所述软开关单元的作用下，主开关管Q1的电压线性下降，下降到零时，打开主开关管Q1，这样就实现了主开关管Q1的零电压开通。纹波抵消单元产生一个和原输入电流变化趋势相反的电流，两者纹波电流互相抵消，大大降低输入电流纹波。主开关管Q1的仿真波形如图3所示。
如图2所示，本发明的优选实施方式是：所述软开关单元包括辅助开关管Q2、电感L3、二极管D1、二极管D2、电容C4，所述主开关管Q1的集电极与所述电感L3的一端、电容C4的一端以及所述主开关管Q3的发射极连接，所述主开关管Q1的发射极与所述辅助开关管Q2的发射极及电感L1的一端连接，所述电感L3的另一端连接所述辅助开关管Q2的集电极及二极管D1的正极，所述二极管D1的负极接所述电容C4的另一端及二极管D2的正极，所述二极管D2的正极接所述主开关管Q3的集电极和所述耦合电感L2。具体实施例中，通过控制所述辅助开关管Q2的时序来控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断。
如图2所示，本发明的优选实施过程是：初始条件下，先打开辅助开关管Q2，因为电感L3的原因，辅助开关管Q2零电流开通，主开关管Q1的电压线性下降，下降到零时关断辅助开关管Q2，打开主开关管Q1，实现了开关管Q1的零电压开通。主开关管Q1关断时，因为C2和C4的存在，电压不能突变，实现了零电压关断。能量正向传输阶段Q3延迟导通可以实现零电压导通。辅助开关管Q2的开关仿真波形如图4所示。
如图2所示，本发明的优选实施方式是：所述纹波抵消单元包括耦合电感L4、耦合电感L5、电容C5、电容C6和电阻R1，所述耦合电感L4的一端接地，所述耦合电感L4的另一端接电容C5，所述电容C6和所述电阻R1并联后与所述电容C5和所述耦合电感L5串联。如图3所示，所述纹波抵消单元能产生和输入电流变化趋势相反的电流，两者纹波电流互相抵消，大大降低输入电流纹波。纹波抵消电路的仿真波形如图5所示。
本发明的技术效果是：本发明构建一种低纹波双向软开关DC－DC电路，包括产生与输入电流变化趋势相反电流的纹波抵消单元、控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断的软开关单元，所述纹波抵消单元与所述输入滤波电容C1并联，所述软开关单元控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断，所述软开关单元与所述主开关管Q3和所述主开关管Q1并联。本发明的一种低纹波双向软开关DC－DC电路，通过所述纹波抵消单元产生一个和原输入电流变化趋势相反的电流，两者纹波电流互相抵消，大大降低输入电流纹波；软开关单元原理图如图2所示，采用有源软开关技术，通过控制Q2的时序，实现Q1的零电压和零电压关断，而Q2可以实现零电流开通和零电压关断。本发明的一种低纹波双向软开关DC－DC电路具有低波纹、高效率的特点。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低纹波双向软开关DC－DC电路，包括主开关管Q1、主开关管Q3、耦合电感L1、耦合电感L2、箝位电容C2、输入滤波电容C1、输出滤波电容C3，所述输入滤波电容C1一端连接主开关管Q1的集电极和所述主开关管Q3的发射极，所述主开关管Q3的另一端接所述耦合电感L2的一端和所述箝位电容C2的一端，所述主开关管Q1的发射极连接所述箝位电容C2的另一端和所述耦合电感L1的一端，所述耦合电感L2的另一端连接所述输出滤波电容C3的一端，所述输入滤波电容C1的另一端、输出滤波电容C3的另一端及所述耦合电感L1连接并接地，其特征在于,还包括产生与输入电流变化趋势相反电流的纹波抵消单元、控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断的软开关单元，所述纹波抵消单元与所述输入滤波电容C1并联，所述软开关单元控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断，所述软开关单元与所述主开关管Q3和所述主开关管Q1并联。
2.根据权利要求1所述低纹波双向软开关DC－DC电路，其特征在于，所述软开关单元包括辅助开关管Q2、电感L3、二极管D1、二极管D2、电容C4，所述主开关管Q1的集电极与所述电感L3的一端、电容C4的一端以及所述主开关管Q3的发射极连接，所述主开关管Q1的发射极与所述辅助开关管Q2的发射极及电感L1的一端连接，所述电感L3的另一端连接所述辅助开关管Q2的集电极及二极管D1的正极，所述二极管D1的负极接所述电容C4的另一端及二极管D2的正极，所述二极管D2的正极接所述主开关管Q3的集电极和所述耦合电感L2。
3.根据权利要求2所述低纹波双向软开关DC－DC电路，其特征在于，通过控制所述辅助开关管Q2的时序来控制所述主开关管Q1的零电压和零电压关断。
4.根据权利要求1所述低纹波双向软开关DC－DC电路，其特征在于，所述纹波抵消单元包括耦合电感L4、耦合电感L5、电容C5、电容C6和电阻R1，所述耦合电感L4的一端接地，所述耦合电感L4的另一端接电容C5，所述电容C6和所述电阻R1并联后与所述电容C5和所述耦合电感L5串联。
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