CN107834851A - 一种高电压输入软开关buck电路 - Google Patents

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毛军
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Abstract

本发明涉及一种高电压输入软开关BUCK电路，包括主功率BUCK电路、辅助零电压开通电路和辅助零电压关断电路，所述主功率BUCK电路包括开关管M1，所述开关管M1的栅极与控制电路相连，其漏极与二极管D1的阳极相连，其源极接地，所述二极管D1的阴极与电源正极相连，二极管D6的阳极接地，二极管D6的阴极与开关管M1的漏级相连，所述电容C5并联在二极管D6的两端，电感L1的一端与二极管D1的阳极连接，电感L1的另一端与负载R1的负极端连接，电容C2并联在负载R1的两端，电容C1的一端与电源正极相连，电容C1的另一端接地。本发明可使主功率开关管工作在零电压开通和零电压关断状态，提高功率器件的可靠性。

Description

一种高电压输入软开关BUCK电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种高电压输入软开关BUCK电路。
背景技术
开关电源和作为系统二次电源的DC/DC变换器广泛应用于航天、航空、船舶、兵器、电子、铁路、通信、医疗电子、工业自动化设备等军民用电子系统中。随着电子系统复杂程度的提高，对于电源系统供电能力的需求不断增加，为了减小整机系统内部联接线缆的重量和体积，同时减小线损，越来越多的整机系统采用180V～375V 高电压输入的供电方式。
高电压输入开关电源需使用高压功率MOSFET、高压功率二极管器件，高压MOSFET的导通电阻和栅极电荷都较大，高压二极管的反向恢复特性较差。随着开关频率提高，高压MOSFET的开关损耗急剧变大，而过大的导通电阻引起的导通损耗无法变小，导致开关频率受限，磁性器件体积受限，进而导致电源效率无法提高，电源可靠性降低；高压二极管严重的反向恢复特性也会产生很高的电应力，产生更多的热损耗，进而影响功率器件可靠性，并使EMI变得恶劣。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高电压输入软开关BUCK电路，使主功率开关管工作在零电压开通和零电压关断状态，提高功率器件的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种高电压输入软开关BUCK电路，包括主功率BUCK电路及与主功率BUCK电路相连的辅助零电压开通电路和辅助零电压关断电路，所述主功率BUCK电路包括开关管M1，二极管D1、D6，电容C1、C2、C5及电感L1，所述开关管M1的栅极与控制电路相连，其漏极与二极管D1的阳极相连，其源极接地，所述二极管D1的阴极与电源正极相连，所述二极管D6的阳极接地，其阴极与开关管M1的漏级相连，所述电容C5并联在二极管D6的两端，所述电感L1的一端与二极管D1的阳极连接，其另一端与负载R1的负极端连接，所述电容C2并联在负载R1的两端，所述电容C1的一端与电源正极相连，其另一端接地。
进一步的，所述辅助零电压开通电路包括开关管M2,二极管D2、D5,电感L2及电容C4，所述开关管M2的漏极与辅助零电压关断电路连接，其源极接地，其栅极与控制电路相连，所述二极管D2的阴极与开关管M2的漏极连接，其阴极经电感L2与开关管M1的漏极连接，所述二极管D5的阳极与开关管M2的源极相连，其阴极与开关管M2的漏极连接，所述电容C4并联在二极管D5的两端。
进一步的，所述辅助零电压关断电路包括二极管D3、D4及电容C3，所述二极管D3的阳极与二极管D4的阴极相连，其阴极与电源的正极相连，所述二极管D4的阳极与辅助零电压开通电路相连，所述电容C3的一端与二极管D3的阳极连接，其另一端连接在电感L2与主功率BUCK电路的连接节点处。
由上述技术方案可知，本发明所述的高电压输入软开关BUCK电路，电路结构简单、易调试，可以极大提高主功率Buck电路效率，特别适用于开关损耗较大的高电压输入降压型开关电源。主功率开关管工作在零电压开通和零电压关断状态，可以极大提高电路效率，进而提高功率器件的可靠性。
附图说明
图1是本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本实施例的高电压输入软开关BUCK电路，包括主功率BUCK电路及与主功率BUCK电路相连的辅助零电压开通电路和辅助零电压关断电路，主功率BUCK电路包括开关管M1，二极管D1、D6，电容C1、C2、C5及电感L1，开关管M1的栅极与控制电路相连，开关管M1的漏极与二极管D1的阳极相连，其源极接地，二极管D1的阴极与电源正极相连，二极管D6的阳极接地，二极管D6的阴极与开关管M1的漏级相连，电容C5并联在二极管D6的两端，电感L1的一端与二极管D1的阳极连接，电感L1的另一端与负载R1的负极端连接，电容C2并联在负载R1的两端，电容C1的一端与电源正极相连，电容C1的另一端接地。
当开关管M1导通时，电感L1开始将能量以磁场的形式储存起来，同时对输出电容C2充电，并提供负载电流，二极管D1被反向偏置而截止。当开关管M1截止时，电感L1极性颠倒，二极管D1加正向偏压而导通，电感L1和输出电容C2在开关管M1截止时提供负载电流。辅助开关管M2控制谐振电感L2通过二极管D2、D3和D4对谐振电容C3循环充、放电，利用电容C3两端的电压不能突变的特性，实现开关管M1的零电压开通和关断。
本实施例的，该辅助零电压开通电路包括开关管M2，二极管D2、D5，电感L2及电容C4，该辅助零电压关断电路包括二极管D3、D4及电容C3；开关管M2的漏极与二极管D4的阳极相连，开关管M2的源极接地，开关管M2的栅极与控制电路相连，二极管D2的阴极与开关管M2的漏极连接，二极管D2的阴极经电感L2与开关管M1的漏极连接，二极管D5的阳极与开关管M2的源极相连，二极管D5的阴极与开关管M2的漏极连接，电容C4并联在二极管D5的两端。二极管D3的阳极与二极管D4的阴极相连，二极管D3的阴极与电源的正极相连，二极管D4的阳极与开关管M2的漏极连接，电容C3的一端与二极管D3的阳极连接，电容C3的另一端连接在电感L2与主功率BUCK电路的连接节点处。
随着输入电源接通，开关管M1开始开通，输入电源向负载电阻R1提供能量，电感L1电流开始增大，谐振电感L2电流同步增大，电感L2电流增大至负载电流时，A点电压开始下降，二极管D1反向截止，此时二极管D1为自然换流，反向恢复损耗很小；谐振电感L2、D2、M2组成结电容C5的放电回路，A点电压由Vin+0.7V下降至0，结电容C5储能转移到谐振电感L2，开关管M1为零电压开通。由于谐振电容C3（容值要求大于结电容C5容值100倍以上）的存在，谐振电感L2通过二极管D2、D3对电容C3充电，当电容C3电压由0V逐渐上升至Vin+0.7V时，二极管D4导通，谐振电感L2能量全部转移至C3和负载电阻R1，开关管M1在结电容C5两端电压接近0时关断，为零电压关断。
本发明适用于180V-375V高电压输入软开关BUCK电路，主功率开关管工作在零电压开通和零电压关断状态，可以极大提高电路效率，进而提高功率器件可靠性。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种高电压输入软开关BUCK电路，其特征在于：包括主功率BUCK电路及与主功率BUCK电路相连的辅助零电压开通电路和辅助零电压关断电路，所述主功率BUCK电路包括开关管M1，二极管D1、D6，电容C1、C2、C5及电感L1，所述开关管M1的栅极与控制电路相连，其漏极与二极管D1的阳极相连，其源极接地，所述二极管D1的阴极与电源正极相连，所述二极管D6的阳极接地，其阴极与开关管M1的漏级相连，所述电容C5并联在二极管D6的两端，所述电感L1的一端与二极管D1的阳极连接，其另一端与负载R1的负极端连接，所述电容C2并联在负载R1的两端，所述电容C1的一端与电源正极相连，其另一端接地。
2.根据权利要求1所述的高电压输入软开关BUCK电路，其特征在于：所述辅助零电压开通电路包括开关管M2,二极管D2、D5,电感L2及电容C4，所述开关管M2的漏极与辅助零电压关断电路连接，其源极接地，其栅极与控制电路相连，所述二极管D2的阴极与开关管M2的漏极连接，其阴极经电感L2与开关管M1的漏极连接，所述二极管D5的阳极与开关管M2的源极相连，其阴极与开关管M2的漏极连接，所述电容C4并联在二极管D5的两端。
3.根据权利要求1所述的高电压输入软开关BUCK电路，其特征在于：所述辅助零电压关断电路包括二极管D3、D4及电容C3，所述二极管D3的阳极与二极管D4的阴极相连，其阴极与电源的正极相连，所述二极管D4的阳极与辅助零电压开通电路相连，所述电容C3的一端与二极管D3的阳极连接，其另一端连接在电感L2与主功率BUCK电路的连接节点处。
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