CN106877695A

CN106877695A - 一种双boost结构的软开关整流充电复用电路

Info

Publication number: CN106877695A
Application number: CN201710172664.XA
Authority: CN
Inventors: 封宁波; 尹晓娟; 钟立亮; 杨国伟; 邓胜钊; 白维
Original assignee: Sunshine & Cell Power System Equipment Co Ltd
Current assignee: Sunshine & Cell Power System Equipment Co Ltd
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2017-06-20

Abstract

一种双boost结构的软开关整流充电复用电路，包括晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q5、二极管D1、二极管D2、二极管D5、二极管D7、二极管D8、电容C1、电容C3和电感L3；电感L3和晶体管Q5同向串联而成的支路，同向并联于晶体管Q1、晶体管Q2和电容C1同向串联而成的支路，二极管D7和二极管D8同向串联而成的支路并联于电感L3与晶体管Q5之间；二极管D1并联于晶体管Q1的两端，二极管D2并联于晶体管Q2的两端，二极管D5并联于晶体管Q5的两端；电容C3并联于电感L3和二极管D7组成支路的两端。本发明提出一种双boost结构的软开关整流复用电路，实现了市电升压，电池升压，以及电池充电，大大降低了整机的硬件复杂度，提高了可靠性，降低了成本。

Description

一种双boost结构的软开关整流充电复用电路

技术领域

本发明涉及boost电路配套电路领域，尤其涉及一种双boost结构的软开关整流充电复用电路。

背景技术

BOOST电路是一种开关直流升压电路，其主要应用在电力电子技术、开关电源技术、新能源技术等领域。目前BOOST电路基本采用先对电感充电后将电感存储的能量释放给电容的方案以实现电压的提升，但由于开关器件的损耗高，而且发热量较大，造成电路转换效率低，电路寿命短。

软开关：软开关英文名称“soft switching”，即通过合理的电路设计，使开关器件在开通与关断瞬间，处于零电压/零电流开通/关断状态，以此来降低开关器件的损耗，提高系统效率，同时降低器件开关瞬态承受应力，增加系统可靠性。

晶体管作为开关器件的应用在当下电子产品中已越来越广泛，同时，随着科技日新月异的变化以及人类文明的发展，节能环保已经是整个社会环境发展下的必然趋势。作为电力电子方面的关键技术各种“软开关”电路，由于具有更高效率，开关应力更小，温升更小等优点，已经在许多晶体管开关电路中使用。现有一些针对BOOST升压电路架构设计的“软开关”通常采用辅助晶体管电路的方式来实现，这种“软开关”电路由于增加辅助晶体管，必需要有驱动电路，并且占用控制芯片的I/O接口，同时增加了控制的难度，当I/O接口不够时可能需要选用成本更高的芯片，具有一定的局限性，实现方式较复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对上述缺陷，提出一种双boost结构的软开关整流充电复用电路。

为了达到此目的，本发明采用以下技术方案：

一种双boost结构的软开关整流充电复用电路，包括晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q5、二极管D1、二极管D2、二极管D5、二极管D7、二极管D8、电容C1、电容C3和电感L3；

所述电感L3和晶体管Q5同向串联而成的支路，同向并联于所述晶体管Q1、晶体管Q2和电容C1同向串联而成的支路，所述二极管D7和二极管D8同向串联而成的支路并联于所述电感L3与晶体管Q5之间；

所述二极管D1并联于晶体管Q1的两端，二极管D2并联于晶体管Q2的两端，二极管D5并联于晶体管Q5的两端；

所述电容C3并联于电感L3和二极管D7组成支路的两端；

还包括晶体管Q3、晶体管Q6、晶体管Q4、二极管D3、二极管D6、二极管D4、二极管D9、二极管D10、电容C2、电容C4和电感L4；

所述晶体管Q3、晶体管Q4和电容C2串联构成回路，电感L4、晶体管Q6与二极管D9和二极管D10串联的支路并联于所述晶体管Q3、晶体管Q4和电容C2串联构成的回路；

所述二极管D3并联于晶体管Q3的两端，二极管D4并联于晶体管Q4的两端，二极管D6并联于晶体管Q6的两端；

所述电容C4并联于电感L4和二极管D9组成支路的两端；

还包括晶闸管SCR3、晶闸管SCR4、晶闸管SCR5、晶闸管SCR6、正电池组PBat、负电池组NBat、电感L1和电感L2；

所述晶闸管SCR3和晶闸管SCR4并联后的一端与正电池组PBat串联，晶闸管SCR5和晶闸管SCR6并联后的一端与负电池组NBat串联；

所述晶闸管SCR3和晶闸管SCR4并联后的另一端与电感L1串联，晶闸管SCR5和晶闸管SCR6并联后的另一端与电感L2串联。

更优的，还包括市电、晶闸管SCR1、晶闸管SCR2，所述市电的火线的正极与晶闸管SCR1的一端相连，晶闸管SCR1的另一端连接于电感L1的正极；

所述市电的火线的负极与晶闸管SCR2的一端相连，晶闸管SCR2的另一端连接于电感L2的正极；

所述市电的零线N的一端连接于正电池组PBat的负极，零线N的另一端连接于负电池组NBat的正极。

更优的，所述晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管Q5和晶体管Q6为绝缘栅双极型晶体管IGBT。

本发明的目的在于提出一种双boost结构的软开关整流复用电路，通过本电路结构，实现了市电升压，电池升压，以及电池充电，大大降低了整机的硬件复杂度，提高了可靠性，降低了成本。通过辅助开关管和谐振网络，实现了升压工作时IGBT零电流开通、零电压关断，减少了开通关断损耗。整流二极管实现了软关断，减少了反向恢复损耗。极大地提高了整机效率。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例方式来进一步说明本发明的技术方案。

一种双boost结构的软开关整流充电复用电路，包括晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q5、二极管D1、二极管D2、二极管D5、二极管D7、二极管D8、电容C1、电容C3和电感L3；所述电感L3和晶体管Q5同向串联而成的支路，同向并联于所述晶体管Q1、晶体管Q2和电容C1同向串联而成的支路，所述二极管D7和二极管D8同向串联而成的支路并联于所述电感L3与晶体管Q5之间；所述二极管D1并联于晶体管Q1的两端，二极管D2并联于晶体管Q2的两端，二极管D5并联于晶体管Q5的两端；所述电容C3并联于电感L3和二极管D7组成支路的两端；还包括晶体管Q3、晶体管Q6、晶体管Q4、二极管D3、二极管D6、二极管D4、二极管D9、二极管D10、电容C2、电容C4和电感L4；所述晶体管Q3、晶体管Q4和电容C2串联构成回路，电感L4、晶体管Q6与二极管D9和二极管D10串联的支路并联于所述晶体管Q3、晶体管Q4和电容C2串联构成的回路；所述二极管D3并联于晶体管Q3的两端，二极管D4并联于晶体管Q4的两端，二极管D6并联于晶体管Q6的两端；所述电容C4并联于电感L4和二极管D9组成支路的两端；还包括晶闸管SCR3、晶闸管SCR4、晶闸管SCR5、晶闸管SCR6、正电池组PBat、负电池组NBat、电感L1和电感L2；所述晶闸管SCR3和晶闸管SCR4并联后的一端与正电池组PBat串联，晶闸管SCR5和晶闸管SCR6并联后的一端与负电池组NBat串联；所述晶闸管SCR3和晶闸管SCR4并联后的另一端与电感L1串联，晶闸管SCR5和晶闸管SCR6并联后的另一端与电感L2串联。

更进一步的说明，还包括市电、晶闸管SCR1、晶闸管SCR2，所述市电的火线的正极与晶闸管SCR1的一端相连，晶闸管SCR1的另一端连接于电感L1的正极；所述市电的火线的负极与晶闸管SCR2的一端相连，晶闸管SCR2的另一端连接于电感L2的正极；所述市电的零线N的一端连接于正电池组PBat的负极，零线N的另一端连接于负电池组NBat的正极。

更进一步的说明，所述晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管Q5和晶体管Q6为绝缘栅双极型晶体管IGBT。

工作原理：

1、市电正半周，晶闸管SCR1导通，晶闸管SCR3/4截止。IGBT Q1进行PWM调制，IGBTQ2截止。当Q1导通时，市电火线通过SCR1—电感L1—Q1—市电中线N形成回路，电感L1电流增加，电感L1储能。当Q1截止时，市电通过SCR1—电感L1—D2—C1—市电中线N形成回路，电感L1电流减少，电感L1释能，电容C1被充电。在此过程实现了AC/DC。辅助开关管Q5先于Q1导通，当Q1导通之后，Q5关闭，其工作过程如下：当Q1截止时，Q5导通，谐振电感L3电流增加，二极管D2中电流减少，当L3中电流增加到和L1中电流一样大时，二极管D2的电流减少到0，二极管截止，由于其电流是逐渐减少，其反向恢复损耗大大减少。此后市电通过SCR1—电感L1—谐振电感L3—Q5—市电中线N形成回路，此时再开通Q1，由于L3的感值远小于L1，Q1开通属于零电压、零电流开通。当Q1开通后再关断Q5，L3中电流通过D7与C3谐振，由于C3的存在，Q5属于零电压关断。L3中的能量转入C3。当Q1关断时，由于C3存储了电压，L1中的电流先对C3放电，C3中的能量通过D8转入C1，Q1属于零电压关断，当C3的能量全部转移完毕，电感L1中的电流通过D2继续对C1充电。这样，Q1/Q5实现了零电流开通，零电压关断。二极管D2实现了软关断，减少了反向恢复损耗。

2、市电正半周，晶闸管SCR2截止，晶闸管SCR5导通。IGBT Q3截止，IGBT Q4进行PWM调制。当Q4导通，C2—市电中线N—负电池组NBat—SCR5—电感L2—Q4形成回路，电感L2电流增加，电感L2储能。当Q4关闭，负电池组NBat—SCR5—电感L2—D3—市电中线N形成回路，电感2电流减少，电感L2释能。在Q4的开通、关断期间都实现了对负电池组的充电。

3、市电负半周，晶闸管SCR2导通，晶闸管SCR5/6截止。IGBT Q3进行PWM调制，IGBTQ4截止。当Q3导通时，市电中线N通过Q3—电感L2—SCR2—市电火线形成回路，电感L2电流增加，电感L2储能。当Q3截止时，市电中线N通过C2—D4—电感L2—SCR2—市电火线形成回路，电感L2电流减少，电感L2释能，电容C2被充电。在此过程实现了AC/DC。辅助开关管Q6先于Q3导通，当Q3导通之后，Q6关闭，其工作过程如下：当Q3截止时，Q6导通，谐振电感L4电流增加，二极管D4中电流减少，当L4中电流增加到和L2中电流一样大时，二极管D4的电流减少到0，二极管截止，由于其电流是逐渐减少，其反向恢复损耗大大减少。此后市电中线N通过Q6—谐振电感L4—电感L2—SCR2—市电火线形成回路，此时再开通Q3，由于L4的感值远小于L2，Q3开通属于零电压、零电流开通。当Q3开通后再关断Q6，L4中电流通过D9与C4谐振，由于C4的存在，Q6属于零电压关断。L4中的能量转入C4。当Q3关断时，由于C4存储了电压，L2中的电流先对C4放电，C4中的能量通过D10转入C2，Q3属于零电压关断，当C4的能量全部转移完毕，电感L2中的电流通过D4继续对C2充电。这样，Q3/Q6实现了零电流开通，零电压关断。二极管D4实现了软关断，减少了反向恢复损耗。

4、市电负半周，晶闸管SCR1截止，晶闸管SCR3导通。IGBT Q1截止，IGBT Q2进行PWM调制。当Q2导通，C1—Q2—L1—SCR3—正电池组PBat—市电中线N形成回路，电感L1电流增加，电感L1储能。当Q2关闭，正电池组PBat—市电中线N—D1—电感L1—SCR3形成回路，电感L1电流减少，电感L1释能。在Q2的开通、关断期间都实现了对正电池组的充电。

5、当市电异常时，SCR1/2关闭。SCR4/6导通，IGBT Q1/3进行PWM调制，IGBT Q2/4截止。当Q1导通时，正电池组PBat通过SCR4—L1—Q1—市电中线N形成回路，电感L1电流增加，电感L1储能。当Q1截止时，正电池组PBat通过SCR4—L1—D2—C1—市电中线N形成回路，电感L1电流减少，电感L1释能，电容C1被充电，实现了电池模式升压功能。辅助开关管Q5先于Q1导通，当Q1导通之后，Q5关闭，其工作过程如下：当Q1截止时，Q5导通，谐振电感L3电流增加，二极管D2中电流减少，当L3中电流增加到和L1中电流一样大时，二极管D2的电流减少到0，二极管截止，由于其电流是逐渐减少，其反向恢复损耗大大减少。此后正电池组PBat通过SCR4—电感L1—谐振电感L3—Q5—市电中线N形成回路，此时再开通Q1，由于L3的感值远小于L1，Q1开通属于零电压、零电流开通。当Q1开通后再关断Q5，L3中电流通过D7与C3谐振，由于C3的存在，Q5属于零电压关断。L3中的能量转入C3。当Q1关断时，由于C3存储了电压，L1中的电流先对C3放电，C3中的能量通过D8转入C1，Q1属于零电压关断，当C3的能量全部转移完毕，电感L1中的电流通过D2继续对C1充电。这样，Q1/Q5实现了零电流开通，零电压关断。二极管D2实现了软关断，减少了反向恢复损耗。

当Q3导通时，负电池组NBat通过市电中线N—Q3—L2—SCR6形成回路，电感L2电流增加，电感L2储能。当Q3截止时，负电池组NBat通过市电中线N—C2—D4—L2—SCR6形成回路，电感L2电流减少，电感L2释能，电容C2被充电，实现了电池模式升压功能。辅助开关管Q6先于Q3导通，当Q3导通之后，Q6关闭，其工作过程如下：当Q3截止时，Q6导通，谐振电感L4电流增加，二极管D4中电流减少，当L4中电流增加到和L2中电流一样大时，二极管D4的电流减少到0，二极管截止，由于其电流是逐渐减少，其反向恢复损耗大大减少。此后负电池组NBat通过市电中线N—Q6—谐振电感L4—电感L2—SCR6形成回路，此时再开通Q3，由于L4的感值远小于L2，Q3开通属于零电压、零电流开通。当Q3开通后再关断Q6，L4中电流通过D9与C4谐振，由于C4的存在，Q6属于零电压关断。L4中的能量转入C4。当Q3关断时，由于C4存储了电压，L2中的电流先对C4放电，C4中的能量通过D10转入C2，Q3属于零电压关断，当C4的能量全部转移完毕，电感L2中的电流通过D4继续对C2充电。这样，Q3/Q6实现了零电流开通，零电压关断。二极管D4实现了软关断，减少了反向恢复损耗。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双boost结构的软开关整流充电复用电路，其特征在于：包括晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q5、二极管D1、二极管D2、二极管D5、二极管D7、二极管D8、电容C1、电容C3和电感L3；

所述电容C3并联于电感L3和二极管D7组成支路的两端；

所述电容C4并联于电感L4和二极管D9组成支路的两端；

2.根据权利要求1所述的一种双boost结构的软开关整流充电复用电路，其特征在于：还包括市电、晶闸管SCR1、晶闸管SCR2，所述市电的火线的正极与晶闸管SCR1的一端相连，晶闸管SCR1的另一端连接于电感L1的正极；

3.根据权利要求1所述的一种双boost结构的软开关整流充电复用电路，其特征在于：所述晶体管Q1、晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管Q5和晶体管Q6为绝缘栅双极型晶体管IGBT。