CN109546859A - 电压变换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电压变换电路。本发明提供的电压变化电路包括变换电路、驱动电路、谐振电路；所述变换电路包括：开关管；所述开关管的漏极与输入电源连接；所述驱动电路与所述开关管的源极和栅极连接，所述驱动电路用于驱动所述开关管的漏极和源极间的通断；所述谐振电路与所述开关管的漏极和源极连接，所述谐振电路用于在所述驱动电路控制所述开关管的漏极和源极间的开通时，控制输入至所述开关管的漏极的电流逐渐增大，还用于在所述驱动电路控制所述开关管的漏极和源极间的断开时，控制所述开关管的漏极和源极间的电压逐渐增大。本发明减小了开关管的开关损耗，提高了变换电路的效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术，尤其涉及一种电压变换电路。
背景技术
随着电子设备的广泛应用，开关电源在各个领域的应用已经非常广泛。其中，直流开关电源为直流-直流变换器，直流-直流变换器具有变换电路，而变换电路中具有位于输入和输出之间的开关管，通过调节变换电路中开关管的通断比例来控制输出的直流电压。
现有技术中，使用硬开关技术对变换电路中的开关管进行通断控制。开关管开通时，开关管的电流迅速上升，开关管关断时，开关管的电压迅速上升，即开关管通断过程中，开关管的电流或电压变化较快。
开关管的开通或关断过程中，均会出现电流和电压的交叠。开关管的电流或电压变化较快，这会使得电流和电压的交叠较大，从而使得变换设备中由于电流和电压交叠所产生的开关损耗较大，变换效率较低。
发明内容
本发明提供一种电压变换电路，以减小开关管的开关损耗，提高变换效率。
本发明提供一种电压变换电路，包括：变换电路、驱动电路、谐振电路；
该变换电路包括：开关管；该开关管的漏极与输入电源连接；
该驱动电路与该开关管的源极和栅极连接，该驱动电路用于驱动该开关管的漏极和源极间的通断；
该谐振电路与该开关管的漏极和源极连接，该谐振电路用于在该驱动电路控制该开关管的漏极和源极间的开通时，控制输入至该开关管的漏极的电流逐渐增大，还用于在该驱动电路控制该开关管的漏极和源极间的断开时，控制该开关管的漏极和源极间的电压逐渐增大。
可选的，该变换电路还包括：续流二极管、滤波电感、滤波电容；
该开关管的源极与该滤波电感的一端连接，该开关管的源极还与该续流二极管的负极连接；
该滤波电感的另一端与该滤波电容的一端连接；该续流二极管的正极与该滤波电容的另一端连接；
该滤波电容的另一端接地。
可选的，该谐振电路包括第一谐振电容、第二谐振电容、谐振电感、耦合电感、第一辅助二极管、第二辅助二极管、第三辅助二极管；
该第一谐振电容的一端与该开关管的漏极连接，该第一谐振电容的另一端与该第一辅助二极管的正极连接，该第一谐振电容的另一端还与该第二辅助二极管的负极连接；
该第一辅助二极管的负极与该开关管的源极连接；
该第二辅助二极管的正极与该第三辅助二极管的负极连接，该第二辅助二极管的正极还与该第二谐振电容的一端连接；
该第三辅助二极管的正极与该续流二极管的正极连接；
该第二谐振电容的另一端与该续流二极管的负极连接，该第二谐振电容的另一端还与该谐振电感的一端连接；
该谐振电感的另一端与该耦合电感的一端连接；该耦合电感的另一端与该滤波电感的一端连接。
可选的，该驱动电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻；
该第一二极管的正极与该开关管的栅极连接，该第一二极管的负极与该第二二极管的负极连接；
该第二二极管的正极与该开关管的源极连接；
该第一电阻的一端与该第一二极管的正极连接，该第一电阻的另一端与该第二二极管的正极连接，该第一电阻的另一端还与电压参考点连接；
该第二电阻的一端与该第一电阻的一端连接，该第二电阻的一端与该第三二极管的正极连接，该第三二极管的负极与该第三电阻的一端连接，该第三电阻的另一端与该第二电阻的另一端连接。
可选的，该电压变换电路还包括：电流采样电路和电压采样电路；
该电流采样电路与该变换电路连接，用于对该变换电路的电流进行采样；
该电压采样电路与该变换电路连接，用于对该变换电路的电压进行采样。
可选的，该电流反馈电路包括：变压器、第四电阻、第五电阻、第四二极管；
该变压器一次侧的一端与该开关管的源极连接，该变压器一次侧的另一端与该滤波电感的一端连接；
该变压器二次侧的一端与该第四电阻并联；
该第四二极管的正极与该第四电阻的一端连接，该第四二极管的负极与该第五电阻的一端连接，该第五电阻的另一端接地。
可选的，该电压采样电路包括：第六电阻、第七电阻、第五二极管、第六二极管；
该第六电阻和该第七电阻串联后与该滤波电容并联；
该第五二极管和该第六二极管分别与该第六电阻并联。
可选的，该电压变换电路还包括：第八电阻、第一发光二极管；
该第八电阻和该第一发光二极管串联后与该滤波电容并联。
可选的，该电压变换电路还包括：第九电阻、第二发光二极管；
该第九电阻的一端连接该开关管的漏极，该第九电阻的另一端连接该第二发光二极管的正极，该第二发光二极管的负极接地。
可选的，该耦合电感与该滤波电感互感耦合。
本发明提供一种电压变换电路。该电路包括：变换电路、驱动电路、谐振电路；该变换电路包括：开关管；该开关管的漏极与输入电源连接；该驱动电路与该开关管的源极和栅极连接，该驱动电路用于驱动该开关管的漏极和源极间的通断；该谐振电路与该开关管的漏极和源极连接，该谐振电路用于在该驱动电路控制该开关管的漏极和源极间的开通时，控制输入至该开关管的漏极的电流逐渐增大，还用于在该驱动电路控制该开关管的漏极和源极间的断开时，控制该开关管的漏极和源极间的电压逐渐增大。本发明提供的电压变换电路在变换电路的基础上增加了谐振电路，谐振电路作为缓冲电路，使得驱动电路控制该开关管通断时开关管的电流或电压逐渐增大，从而减小了开关管的开关损耗，提高了变换电路的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的电压变换电路实施例一的结构示意图；
图2为本发明提供的电压变化电路实施例二的电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的电压变换电路实施例一的结构示意图。如图1所示，本实施例的电压变换电路可以包括：变换电路101、驱动电路102、谐振电路103。
变换电路101包括：开关管Q1；开关管Q1的漏极与直流电源的输入总线DCBUS-IN连接。
驱动电路102与开关管Q1的源极和栅极连接，驱动电路102用于驱动开关管Q1的漏极和源极间的通断。具体的，驱动电路接收来自控制设备的脉冲信号，从而驱动开关管Q1通断。该控制设备可以为用于控制该电压变换电路的控制芯片。
谐振电路103与开关管Q1的漏极和源极连接，谐振电路103用于在驱动电路102控制开关管Q1的漏极和源极间的开通时，控制输入至开关管Q1的漏极的电流逐渐增大，还用于在驱动电路102控制开关管Q1的漏极和源极间的断开时，控制开关管Q1的漏极和源极间的电压逐渐增大。
具体的，谐振电路103中可以包括电容和电感，通过电容和电感的充放电特性形成缓冲电路，避免开关管Q1的电流和电压的突然上升。
本实施例提供的电压变换电路包括：变换电路、驱动电路、谐振电路。该变换电路包括：开关管；该开关管的漏极与输入电源连接；该驱动电路与该开关管的源极和栅极连接，该驱动电路用于驱动该开关管的漏极和源极间的通断；该谐振电路与该开关管的漏极和源极连接，该谐振电路用于在该驱动电路控制该开关管的漏极和源极间的开通时，控制输入至该开关管的漏极的电流逐渐增大，还用于在该驱动电路控制该开关管的漏极和源极间的断开时，控制该开关管的漏极和源极间的电压逐渐增大。本发明提供的电压变换电路在变换电路的基础上增加了谐振电路，谐振电路作为缓冲电路使得驱动电路控制该开关管通断时开关管的电流或电压逐渐增大，从而减小了开关管的开关损耗，提高了变换电路的效率。
本发明实施例采用的方式控制开关管的开通或关断的技术，由于开通过程中的电流变化较慢，关断过程中的电压变化较慢，则该技术还称为软开关技术。
在图1所示实施例的基础上，本发明还可提供一种电压变换电路。图2为本发明提供的电压变化电路实施例二的电路图。
如图2所示，在图1所示电路的基础上，变换电路101还包括：续流二极管D11、滤波电感L11、滤波电容C11。
具体的，变换电路101中，开关管Q1的源极与滤波电感L11的一端连接，开关管Q1的源极还与续流二极管D11的负极连接。
滤波电感L11的另一端与滤波电容C11的一端连接；续流二极管D11的正极与滤波电容C11的另一端连接。滤波电容C11的另一端接地。
滤波电感L11和滤波电容C11组成低通滤波器。
可选的，在实际应用中，滤波电容C11可以包括两个电容，该两个电容并联。
可选的，驱动电路102包括：第一二极管D21、第二二极管D22、第三二极管D23、第一电阻R21、第二电阻R22、第三电阻R23。
具体的，驱动电路102中，第一二极管D21的正极与开关管Q1的栅极连接，第一二极管D21的负极与第二二极管D22的负极连接。第二二极管D22的正极与开关管Q1的源极连接。第一二极管D21和第二二极管D22用于对开关管Q1进行前馈保护。
第一电阻R21的一端与第一二极管D21的正极连接，第一电阻R21的另一端与第二二极管D22的正极连接，第一电阻R21的另一端还与电压参考点VSS连接。
第二电阻R22的一端与第一电阻R21的一端连接，第二电阻R22的一端与第三二极管D23的正极连接。
第三二极管D23的负极与第三电阻R23的一端连接，第三电阻R23的另一端与第二电阻R22的另一端连接。
第一电阻R21为开关管Q1的栅源极并联电阻，可以防止开关管Q1误导通。第二电阻R22和第三电阻R23的连接点连接在控制设备输出端，该控制设备输出端用于输出控制开关管Q1通断的脉冲信号PWM，该控制设备可以为用于控制该电压变换电路的控制芯片。
可选的，谐振电路103包括：第一谐振电容C31、第二谐振电容C32、谐振电感L31、耦合电感L32、第一辅助二极管D31、第二辅助二极管D32、第三辅助二极管。
具体的，谐振电路103中，第一谐振电容C31的一端与开关管Q1的漏极连接，第一谐振电容C31的另一端与第一辅助二极管D31的正极连接，第一谐振电容C31的另一端还与第二辅助二极管D32的负极连接。
第一辅助二极管D31的负极与开关管Q1的源极连接。
第二辅助二极管D32的正极与第三辅助二极管D33的负极连接，第二辅助二极管D32的正极还与第二谐振电容C32的一端连接。
第三辅助二极管D33的正极与续流二极管D11的正极连接。
第二谐振电容C32的另一端与续流二极管D11的负极连接，第二谐振电容C32的另一端还与谐振电感L31的一端连接。
谐振电感L31的另一端与耦合电感L32的一端连接；耦合电感L32的另一端与滤波电感L11的一端连接。
可选的，耦合电感L32与滤波电感L11互感耦合。耦合电感L32与滤波电感L11的互感耦合可以在开关管Q1开通和关断时加速谐振的过程，使开关管Q1的通断更快。
优选的，本实施例中，谐振电感L31为独立于耦合电感L32与滤波电感L11的电感，在实际应用中，可以减少电感的发热。
图2所示电路在开关管Q1通断时的工作过程为：
开关管Q1从关断到导通时,谐振电感L31的存在极大地抑制了续流二极管D11的反向恢复，使得续流二极管D11电流缓慢线性上升，从而开关管Q1电流缓慢线性上升，使开关管Q1获得了零电流开通(Zero Current Switch，ZCS)的条件。
当续流二极管D11反向恢复结束，第一谐振电容C31、第二谐振电容C32、谐振电感L31通过开关管Q1、第二辅助二极管D32构成谐振回路，开始谐振。该过程中，第一谐振电容C31放电,第二谐振电容C32充电，当第一谐振电容C31上的电压降到零，使开关管Q1获得了零电压关断(Zero Voltage Switch，ZVS)的条件。
当第一谐振电容C31的电压为零时,第一辅助二极管D31导通,谐振电感L31和第二谐振电容C32通过第二辅助二极管D32、第一辅助二极管D31构成回路，开始谐振。谐振电感L31的电能转移至第二谐振电容C32,当谐振电感L31上电流降为零时，该谐振过程结束。
当开关管Q1关断时，由于存在第一谐振电容C31,开关管Q1的漏源极电压上升缓慢,实现ZVS关断。
当第一谐振电容C31达到一定值时,第三辅助二极管D33导通,第二谐振电容C32和谐振电感L31谐振放电,使耦合电感L32的电流持续增大,同时第一谐振电容C31继续充电,并且在此阶段第一谐振电容C31的电压逐步上升到输入电源DC-BUSIN的电压,从而能保证开关管Q1在下一开关周期实现ZCS开通。
当第一谐振电容C31的电压上升到输入电源DC-BUSIN的电压时,第二谐振电容C32和谐振电感L31继续谐振。
当第二谐振电容C32电压为零时,第三辅助二极管D33截止,续流二极管D11导通,之后进入下一循环过程。
本实施例提供的电压变换电路在图1所示实施例的基础上，谐振电路中包括第一谐振电容、第二谐振电容、谐振电感、耦合电感、第一辅助二极管、第二辅助二极管和第三辅助二极管。通过谐振回路中各谐振电容和谐振电感的充放电，使得驱动电路控制该开关管开通时输入至该开关管的漏极的电流逐渐增大，还使得在驱动电路控制开关管关断时开关管的漏极和源极间的电压逐渐增大，减小了开关管的开关损耗，提高了变换效率。
继续参照图2，本发明还可提供一种电压变换电路，该电压变换电路在上述实施例的基础上还包括：电流采样电路104和电压采样电路105。
电流采样电路104与变换电路101连接，用于对变换电路101的电流进行采样。电压采样电路105与变换电路101连接，用于对变换电路101的电压进行采样。通过电流采样电路104和电压采样电路105获得的电流信号和电压信号，可以实现对该电压变换电路的双闭环控制。
可选的，电流采样电路104包括：变压器L4、第四电阻R41、第五电阻R42、第四二极管D41。
具体的，变压器L4一次侧的一端与开关管Q1的源极连接，变压器L4一次侧的另一端与滤波电感L11的一端连接。
变压器L4二次侧与第四电阻R41并联。
第四二极管D41的正极与第四电阻R41的一端连接，第四二极管D41的负极与第五电阻R42的一端连接，第五电阻R42的另一端接地。
可选的，第四电阻R41可以包括多个电阻，该多个电阻并联。第五电阻R42可以包括多个电阻，该多个电阻并联。
第五电阻R42的一端的电流信号为采样电流信号CS。该采样电流信号CS可以反馈至控制设备。
变压器L4的一次侧和二次侧的变比可以根据实际需求设定。
可选的，电压采样电路105包括：第六电阻R51、第七电阻R52、第五二极管D51、第六二极管D52。
具体的，第六电阻R51和第七电阻R52串联后与滤波电容C11并联。
第五二极管D51和第六二极管D52分别与第六电阻R51并联。
可选的，第七电阻R52可以包括多个电阻，第七电阻R52用于对该电压变换电路的输出电压DC-BUS进行分压。第六电阻R51的电压信号为采样电压信号FB。该采样电压信号FB可以反馈至控制设备。
控制设备通过采样电流信号CS和采样电压信号FB实现对该电压变换电路的双闭环控制。
本实施例提供的电压变换电路在上述实施例的基础上还包括电流采样电路和电压采样电路，通过该电流采样电路和该电压采样电路获得的输出电流信号和电压信号，可以实现对该电压变换电路的双闭环控制，使该电压变换电路的输出稳定，提高变换效率。
继续参照图2，本发明还可提供一种电压变换电路。该电压变换电路在上述实施例的基础上还包括：第八电阻R61、第一发光二极管D61。
第八电阻R61和第一发光二极管D61串联后与滤波电容并联。
可选的，电压变换电路还包括：第九电阻R71、第二发光二极管D71。
第九电阻R71的一端连接开关管Q1的漏极，第九电阻R71的另一端连接第二发光二极管D71的正极，第二发光二极管D71的负极接地。
本实施例提供的电压变换电路在上述实施例的基础上还包括第一发光二极管和第二发光二极管，通过两个发光二极管可以直观的显示该电压变换电路的输入端和输入端的电压状态，更具实用性。
本发明实施例各部分的术语“第一”、“第二”及“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本说明书的描述中，参考术语“示例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种电压变换电路，其特征在于，包括：变换电路、驱动电路、谐振电路；
所述变换电路包括：开关管；所述开关管的漏极与输入电源连接；
所述驱动电路与所述开关管的源极和栅极连接，所述驱动电路用于驱动所述开关管的漏极和源极间的通断；
所述谐振电路与所述开关管的漏极和源极连接，所述谐振电路用于在所述驱动电路控制所述开关管的漏极和源极间的开通时，控制输入至所述开关管的漏极的电流逐渐增大，还用于在所述驱动电路控制所述开关管的漏极和源极间的断开时，控制所述开关管的漏极和源极间的电压逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的电压变换电路，其特征在于，所述变换电路还包括：续流二极管、滤波电感、滤波电容；
所述开关管的源极与所述滤波电感的一端连接，所述开关管的源极还与所述续流二极管的负极连接；
所述滤波电感的另一端与所述滤波电容的一端连接；所述续流二极管的正极与所述滤波电容的另一端连接；
所述滤波电容的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的电压变换电路，其特征在于，所述谐振电路包括第一谐振电容、第二谐振电容、谐振电感、耦合电感、第一辅助二极管、第二辅助二极管、第三辅助二极管；
所述第一谐振电容的一端与所述开关管的漏极连接，所述第一谐振电容的另一端与所述第一辅助二极管的正极连接，所述第一谐振电容的另一端还与所述第二辅助二极管的负极连接；
所述第一辅助二极管的负极与所述开关管的源极连接；
所述第二辅助二极管的正极与所述第三辅助二极管的负极连接，所述第二辅助二极管的正极还与所述第二谐振电容的一端连接；
所述第三辅助二极管的正极与所述续流二极管的正极连接；
所述第二谐振电容的另一端与所述续流二极管的负极连接，所述第二谐振电容的另一端还与所述谐振电感的一端连接；
所述谐振电感的另一端与所述耦合电感的一端连接；所述耦合电感的另一端与所述滤波电感的一端连接；
所述谐振电感用于在开关管从关断到导通时,抑制续流二极管的反向恢复，使得续流二极管电流缓慢线性上升，从而使得开关管的电流缓慢上升，使开关管获得零电流开通的条件；
所述谐振电感还用于在续流二极管反向恢复结束之后，与所述第一谐振电容、所述第二谐振电容、所述开关管和所述第二辅助二极管构成谐振回路进行谐振；所述谐振回路的谐振过程中，第一谐振电容放电,第二谐振电容充电，使得第一谐振电容上的电压降到零时所述开关管获得零电压关断的条件。
4.根据权利要求2所述的电压变换电路，其特征在于，所述驱动电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻；
所述第一二极管的正极与所述开关管的栅极连接，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的负极连接；
所述第二二极管的正极与所述开关管的源极连接；
所述第一电阻的一端与所述第一二极管的正极连接，所述第一电阻的另一端与所述第二二极管的正极连接，所述第一电阻的另一端还与电压参考点连接；
所述第二电阻的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第二电阻的一端与所述第三二极管的正极连接，所述第三二极管的负极与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第二电阻的另一端连接。
5.根据权利要求2所述的电压变换电路，其特征在于，所述电压变换电路还包括：电流采样电路和电压采样电路；
所述电流采样电路与所述变换电路连接，用于对所述变换电路的电流进行采样；
所述电压采样电路与所述变换电路连接，用于对所述变换电路的电压进行采样。
6.根据权利要求5所述的电压变换电路，其特征在于，所述电流反馈电路包括：变压器、第四电阻、第五电阻、第四二极管；
所述变压器一次侧的一端与所述开关管的源极连接，所述变压器一次侧的另一端与所述滤波电感的一端连接；
所述变压器二次侧的一端与所述第四电阻并联；
所述第四二极管的正极与所述第四电阻的一端连接，所述第四二极管的负极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的电压变换电路，其特征在于，所述电压采样电路包括：第六电阻、第七电阻、第五二极管、第六二极管；
所述第六电阻和所述第七电阻串联后与所述滤波电容并联；
所述第五二极管和所述第六二极管分别与所述第六电阻并联。
8.根据权利要求2所述的电压变换电路，其特征在于，所述电压变换电路还包括：第八电阻、第一发光二极管；
所述第八电阻和所述第一发光二极管串联后与所述滤波电容并联。
9.根据权利要求2所述的电压变换电路，其特征在于，所述电压变换电路还包括：第九电阻、第二发光二极管；
所述第九电阻的一端连接所述开关管的漏极，所述第九电阻的另一端连接所述第二发光二极管的正极，所述第二发光二极管的负极接地。
10.根据权利要求3所述的电压变换电路，其特征在于，所述耦合电感与所述滤波电感互感耦合。
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