CN103151916A - 低纹波双向软开关dc－dc电路及不间断电源 - Google Patents

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单文峰
王骞
张东来
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Abstract

本发明提供了一种低纹波双向软开关DC－DC电路，包括主体单元、软开关单元，纹波抵消单元，所述主体单元用于完成电源的能量双向变换、以及传递，所述纹波抵消单元用于产生和输入电流变化趋势相反的电流，所述主体单元包括第一主开关管，所述软开关单元与所述第一主开关管相连、且用于控制所述第一主开关管的零电压和零电压关断。本发明的有益效果是本发明的DC-DC电路的输入输出性能指标、电源的转换效率、温升性能指标等得到提高，电路简单可靠便捷。

Description

低纹波双向软开关DC-DC电路及不间断电源
技术领域
本发明涉及DC－DC电路，尤其涉及低纹波双向软开关DC－DC电路及不间断电源。
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
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种低纹波双向软开关DC－DC电路。
本发明提供了一种低纹波双向软开关DC－DC电路，包括主体单元、软开关单元，纹波抵消单元，所述主体单元用于完成电源的能量双向变换、以及传递，所述纹波抵消单元用于产生和输入电流变化趋势相反的电流，所述主体单元包括第一主开关管，所述软开关单元与所述第一主开关管相连、且用于控制所述第一主开关管的零电压和零电压关断。
作为本发明的进一步改进，所述主体单元还包括第二主开关管、第一耦合电感、第二耦合电感、箝位电容、输入滤波电容、输出滤波电容，软开关单元，所述第二主开关管与所述第二耦合电感相连，所述箝位电容一端与所述第一耦合电感相连，所述箝位电容另一端连接于所述第二主开关管与所述第二耦合电感之间。
作为本发明的进一步改进，所述软开关单元包括辅助开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、电感，所述辅助开关管、所述第一二极管、所述第二二极管依次相连，所述辅助开关管与所述第一主开关管相连。
作为本发明的进一步改进，所述纹波抵消单元包括第三耦合电感、第四耦合电感、第二电容、第三电容、电阻，所述第三耦合电感、所述第二电容、所述电阻、所述第四耦合电感依次相连，所述第三电容一端连接于所述第二电容与所述电阻之间，所述第三电容另一端连接于所述电阻与所述第四耦合电感之间。
本发明还提供了一种具有所述低纹波双向软开关DC－DC电路的不间断电源，该不间断电源包括所述低纹波双向软开关DC－DC电路。
本发明的有益效果是：本发明的DC-DC电路的输入输出性能指标、电源的转换效率、温升性能指标等得到提高，电路简单可靠便捷。
附图说明
图1是本发明的原理图。
图2是本发明的一实施例的原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种低纹波双向软开关DC－DC电路，包括主体单元、软开关单元1，纹波抵消单元2，所述主体单元用于完成电源的能量双向变换、以及传递，所述纹波抵消单元2用于产生和输入电流变化趋势相反的电流，所述主体单元包括第一主开关管Q1，所述软开关单元1与所述第一主开关管Q1相连、且用于控制所述第一主开关管Q1的零电压和零电压关断。
如图2所示，作为本发明的一个实施例，所述主体单元还包括第二主开关管Q3、第一耦合电感L1、第二耦合电感L2、箝位电容C2、输入滤波电容C1、输出滤波电容C3，软开关单元1，所述第二主开关管Q3与所述第二耦合电感L2相连，所述箝位电容C2一端与所述第一耦合电感L1相连，所述箝位电容C2另一端连接于所述第二主开关管Q3与所述第二耦合电感L2之间。
所述软开关单元1包括辅助开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C4、电感L3，所述辅助开关管Q2、所述第一二极管D1、所述第二二极管D2依次相连，所述辅助开关管Q2与所述第一主开关管Q1相连。
所述纹波抵消单元2包括第三耦合电感L4、第四耦合电感L5、第二电容C5、第三电容C6、电阻R1，所述第三耦合电感L4、所述第二电容C5、所述电阻R1、所述第四耦合电感L5依次相连，所述第三电容C6一端连接于所述第二电容C5与所述电阻R1之间，所述第三电容C6另一端连接于所述电阻R1与所述第四耦合电感L5之间。
本发明还公开了一种不间断电源，该不间断电源包括所述低纹波双向软开关DC－DC电路。
纹波抵消单元2能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1采用有源软开关技术，通过控制辅助开关管Q2的时序，实现第一主开关管Q1的零电压和零电压关断，而辅助开关管Q2可以实现零电流开通和零电压关断。
本发明的DC-DC电路的输入输出性能指标、电源的转换效率、温升性能指标等得到提高，电路简单可靠便捷，有较高的商业实用价值。
工作时，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，第一主开关管Q1的电压线性下降，下降到零时关断辅助开关管Q2，打开第一主开关管Q1,所以实现了第一主开关管Q1的零电压开通，又因为箝位电容C2和第一电容C4的存在，辅助开关管Q2实现了零电压关断。
第一主开关管Q1关断时因为箝位电容C2的存在，电压不能突变，实现了零电压关断。
能量正向传输阶段第二主开关管Q3延迟导通可以实现零电压导通。
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 (5)

1.一种低纹波双向软开关DC－DC电路，其特征在于：包括主体单元、软开关单元（1），纹波抵消单元（2），所述主体单元用于完成电源的能量双向变换、以及传递，所述纹波抵消单元（2）用于产生和输入电流变化趋势相反的电流，所述主体单元包括第一主开关管（Q1），所述软开关单元（1）与所述第一主开关管（Q1）相连、且用于控制所述第一主开关管（Q1）的零电压和零电压关断。
2.根据权利要求1所述的低纹波双向软开关DC－DC电路，其特征在于：所述主体单元还包括第二主开关管（Q3）、第一耦合电感（L1）、第二耦合电感（L2）、箝位电容（C2）、输入滤波电容（C1）、输出滤波电容（C3），软开关单元（1），所述第二主开关管（Q3）与所述第二耦合电感（L2）相连，所述箝位电容（C2）一端与所述第一耦合电感（L1）相连，所述箝位电容（C2）另一端连接于所述第二主开关管（Q3）与所述第二耦合电感（L2）之间。
3.根据权利要求2所述的低纹波双向软开关DC－DC电路，其特征在于：所述软开关单元（1）包括辅助开关管（Q2）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第一电容（C4）、电感（L3），所述辅助开关管（Q2）、所述第一二极管（D1）、所述第二二极管（D2）依次相连，所述辅助开关管（Q2）与所述第一主开关管（Q1）相连。
4.根据权利要求3所述的低纹波双向软开关DC－DC电路，其特征在于：所述纹波抵消单元（2）包括第三耦合电感（L4）、第四耦合电感（L5）、第二电容（C5）、第三电容（C6）、电阻（R1），所述第三耦合电感（L4）、所述第二电容（C5）、所述电阻（R1）、所述第四耦合电感（L5）依次相连，所述第三电容（C6）一端连接于所述第二电容（C5）与所述电阻（R1）之间，所述第三电容（C6）另一端连接于所述电阻（R1）与所述第四耦合电感（L5）之间。
5.一种具有权利要求1至4任一项所述低纹波双向软开关DC－DC电路的不间断电源，其特征在于：该不间断电源包括所述低纹波双向软开关DC－DC电路。
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