CN103368361B - 一种集成电子软开关电路 - Google Patents
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Abstract
一种集成电子软开关电路,包括由四个电子开关管连接组成的逆变桥,电感连接在逆变桥两输出端之间,并且在每个电子开关管的两端分别并联有一个二极管,关键是:在每个电子开关管的两端分别并联一个电容。本发明的有益效果是,用该器件或组件,可使原有硬开关工作的开关器件实现软开关工作,从而达到降低开关损耗,提高开关频率的目的;开关电路的结构简单,在原有的电路基础上仅仅增加一个并联电容,即可实现提高开关工作效率;应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明属于功率变换领域,涉及到一种功率变换电路中的电子软开关器件或组件,用于替代传统电路中的电子硬开关。
背景技术
现有技术中硬开关电路较多,它的好处是开关控制比较简单,结构也较为简单。但硬开关工作方式存在开关损耗大,电磁辐射严重的缺点,是制约开关型功率变换器性能提升的巨大阻碍。现有功率变换设备的应用场合对其效率,体积,电磁干扰的要求越来越高,而硬开关电路的工作已成为制约其进一步发展的主要矛盾。
针对硬开关电路的缺点,在开关型功率变换器的发展过程中,业界提出一些软开关电路拓扑和控制方法,率先在某些开关型功率变换领域实现了开关器件的软开关。但是仍然有许多功能性电路拓扑无法实现开关器件的软开关工作,如应用广泛的有源功率因数校正电路,桥式逆变电路,三电平逆变电路,buck电路等,只能采用硬开关的工作方式,这也成为制约开关型功率变换器提高效率,提高频率,提高功率密度的最大障碍,影响了功率变换技术的发展和广泛应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有开关型功率变换器中,开关管在工作过程中的硬开关问题,设计了一种集成电子软开关电路。
本发明采用的具体技术方案是,一种集成电子软开关电路,包括由四个电子开关管连接组成的逆变桥,电感连接在逆变桥两输出端之间,并且在每个电子开关管的两端分别并联有一个二极管,关键是:在每个电子开关管的两端分别并联一个电容。
所述的开关电路的输入端为逆变桥中二极管的共阴极端,开关电路的输出端为逆变桥中二极管的共阳极端。
与电子开关管并联的二极管是独立的;也可以是电子开关管寄生的。
与电子开关管并联的电容是独立的;也可以是电子开关管寄生的。
本发明的关键在于增加了四个保护电容,在保护电容的保护下,在电感的续流作用下,通过控制四个电子开关的开关顺序,可以实现四个电子开关的软开关工作。
本发明的有益效果是,用该器件或组件,可使原有硬开关工作的开关器件实现软开关工作,从而达到降低开关损耗,提高开关频率的目的;开关电路的结构简单,应用范围广泛。
附图说明
图1是本发明的软开关电路的原理图。
图2是第一种状态的电流回路示意图。
图3是第二种状态的电流回路示意图。
图4是第三种状态的电流回路示意图。
图5是第四种状态的电流回路示意图。
图6是第五种状态的电流回路示意图。
图7是第六种状态的电流回路示意图。
图8是第七种状态的电流回路示意图。
图9是第八种状态的电流回路示意图。
图10是第九种状态的电流回路示意图。
图11是第十种状态的电流回路示意图。
图12是本发明在boost电路中的应用实施例。
图13是本发明在buck电路中的应用实施例。
图14是本发明在全桥逆变电路中的应用实施例。
附图中,L1、L2代表电感,T1、T2、T3、T4代表电子开关管,D1、D2、D3、D4、D5代表二极管,C1、C2、C3、C4、C5代表电容,U代表电源。
具体实施方式
一种集成电子软开关电路,包括由四个电子开关管T1、T2、T3、T4连接组成的逆变桥,电感L1连接在逆变桥两输出端之间,并且在每个电子开关管T1、T2、T3、T4的两端分别并联有一个二极管D1、D2、D3、D4,关键是:在每个电子开关管T1、T2、T3、T4的两端分别并联一个电容C1、C2、C3、C4。
所述的开关电路的输入端为逆变桥中二极管D1、D2的共阴极端,开关电路的输出端为逆变桥中二极管D3、D4的共阳极端。
与电子开关管T1、T2、T3、T4并联的二极管D1、D2、D3、D4是独立的;也可以是电子开关管T1、T2、T3、T4寄生的。
与电子开关管T1、T2、T3、T4并联的电容C1、C2、C3、C4是独立的;也可以是电子开关管T1、T2、T3、T4寄生的。
工作原理如下:
首先控制电子开关管T1、T4处于导通状态,电子开关管T2、T3处于关断状态,此时回路中的电流回路如图2所示。电流经电子开关管T1、电感L1、电子开关管T4流过,方向为从左到右。
当占空比导通时间达到设定值时,电子开关管T1在电容C1的保护下零电压关断,此时电流回路变为,二极管D2、电感L1、电子开关管T4,电子开关管T2两端电压为二极管D2的压降,如图3所示。
经过死区时间后,电子开关管T2实现零电压导通,此时电流经电子开关管T2、电感L1、电子开关管T4流过,器件内部回路工作状态为电子开关管T1、T3关断,电子开关管T2、T4导通,电感电流方向为自左向右。如图4所示。整个器件此时处于关断状态。实现了器件从开启到关断的改变,在开关过程中,内部开关器件始终可实现软开关工作。
当达到设定的关断时间后,首先在电容C4的保护下,实现电子开关管T4的零电压关断,电子开关管T4关断后,器件内部电流回路变为:电子开关管T2、电感L1、二极管D3,随着二极管D3的导通,电子开关管T3此时两端电压为二极管D3的压降,如图5所示。
经过死区时间后,电子开关管T3可以在二极管D3导通的情况下实现零电压开启。此时器件内部为电子开关管T2、T3导通,电子开关管T1、T4关断,整体处于导通状态。这样就实现了器件的开启,如图6所示。
随着器件的导通,由于器件承受的电压为上正下负,从左到右的电流逐渐减小,然后反向,变为从右到左,电流逐渐增大,如图7所示。
当达到设定的导通时间时,电子开关管T2在电容C2的保护下实现零电压关断,此时电流回路变为:电子开关管T3、电感L1、二极管D1,电子开关管T1两端电压为二极管D1的压降,此时电流回路如图8所示。
经过死区时间后,电子开关管T1实现零电压导通,此时电流经电子开关管T3、电感L1、电子开关管T1流过。此时器件内部回路工作状态为电子开关管T1、T3导通,电子开关管T2、T4关断,电感电流方向为自右向左,如图9所示。整个器件此时再次处于了关断状态。实现了器件从开启到关断的改变,在开关过程中,内部开关器件始终可实现软开关工作。
当达到设定的关断时间后,首先在电容C3的保护下,实现电子开关管T3的零电压关断,电子开关管T3关断后,器件内部电流回路变为:二极管D4、电感L1、电子开关管T1,随着二极管D4的导通,电子开关管T4此时两端电压为二极管D4的压降,如图10所示。
经过死区时间后,电子开关管T4可以在二极管D4导通的情况下实现零电压开启。此时器件内部为电子开关管T2、T3关断,电子开关管T1、T4导通,整体处于导通状态,这样就实现了器件的开启,如图11所示。
随着电子开关管T1、T4的导通,由于器件承受的电压为上正下负,从右到左的电流逐渐减小,然后反向,变为从左到右,电流逐渐增大,如图2所示,如此便回到了上述的初始状态,可以按照上述时序周而复始的工作,如上所述,该工作过程中,所有内部开关器件都工作在软开关状态。
本发明的软开关电路可以应用在boost升压电路中,buck降压式变换电路中,全桥逆变电路中,还可以应用于正激,推挽,三电平电路,三相全桥逆变电路,维也纳变换电路等所有开关型功率变换电路中,应用非常广泛,具体请参看附图12-图14。
Claims (2)
1.一种集成电子软开关电路,包括由四个电子开关管(T1、T2、T3、T4)连接组成的逆变桥,电感(L1)连接在逆变桥两输出端之间,并且在每个电子开关管(T1、T2、T3、T4)的两端分别并联有一个二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4,其特征在于:在每个电子开关管(T1、T2、T3、T4)的两端分别并联一个电容(C1、C2、C3、C4);与电子开关管(T1、T2、T3、T4)并联的电容(C1、C2、C3、C4)是独立的;也可以是电子开关管(T1、T2、T3、T4)寄生的;
所述的开关电路的输入端为逆变桥中二极管D1、二极管D3的共阴极端,开关电路的输出端为逆变桥中二极管D2、二极管D4的共阳极端。
2.根据权利要求1所述的一种集成电子软开关电路,其特征在于:与电子开关管(T1、T2、T3、T4)并联的二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4是独立的;也可以是电子开关管(T1、T2、T3、T4)寄生的。
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