CN209170224U - 软开关降压电路、供电电路、车辆及充电桩 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种软开关降压电路、供电电路、车辆及充电桩，该软开关降压电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、功率开关模块以及控制模块，通过使功率开关模块、可控开关、第一电感以及第一电容形成了谐振电路，当谐振电路工作时，第一电容开始放电，由于第一电感的电流不能突变，当可控开关完全开通以后，第一电感的电流依然处在接近零的状态，可以实现零电流开通，当第一电感进行反向放电时，由于功率开关模块的导通压降小，可控开关近似于零电压状态，可以实现零电压关断，解决现有技术中存在的开关在关断的过程中不可避免的产生关断损耗的问题。

Description

软开关降压电路、供电电路、车辆及充电桩

技术领域

本公开涉及充电技术领域，尤其涉及一种软开关降压电路、供电电路、车辆及充电桩。

背景技术

现有技术中的降压电路通常由电感和开关组成，由于降压电路要实现的主要功能是降压电能传输，该降压电路必须在电感有电流时才能将开关关断，这就导致开关在关断的过程中不可避免的产生关断损耗。

实用新型内容

本公开的目的在于提供一种软开关降压电路、供电电路、车辆及充电桩，以解决现有技术中存在的开关在关断的过程中不可避免的产生关断损耗的问题。

本公开是这样实现的，本公开第一方面提供一种软开关降压电路，所述软开关降压电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、功率开关模块以及控制模块；

所述控制模块连接所述功率开关模块的控制端，所述功率开关模块的第一端连接所述第一电感的第一端，所述功率开关模块的第二端连接所述第一电容的第二端、所述第一二极管的阴极以及所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述第二电感的第一端，所述第一电感的第二端、所述第一电容的第一端以及所述第二电容的第一端共接为所述软开关降压电路的第一输入端，所述第二电感的第二端为所述软开关降压电路的第一输出端，所述第二电容的第二端与所述第一二极管的阳极共接为所述软开关降压电路的第二输入端和第二输出端。

进一步的，所述功率开关模块包括单向导通器件和可控开关，所述控制模块连接所述可控开关的控制端，所述可控开关的第一端与所述单向导通器件的输出端共接并构成所述功率开关模块的第一端，所述可控开关的第二端与所述单向导通器件的输入端共接并构成所述功率开关模块的第二端。

进一步的，所述单向导通器件为第三二极管，所述第三二极管的阳极和阴极分别为所述单向导通器件的输入端和输出端。

进一步的，所述可控开关为三极管，所述三极管的发射极、集电极以及基极分别为所述可控开关的第一端、第二端以及控制端；

或者，所述可控开关为场效应管，所述场效应管的源极、漏极以及栅极分别为所述可控开关的第一端、第二端以及控制端。

进一步的，所述软开关降压电路的第一输入端和第二输入端连接高压供电模块，所述软开关降压电路的第一输出端和第二输出端连接低压用电模块。

进一步的，所述控制模块检测到所述第二电感的电流降低为0时，控制所述可控开关导通，所述控制模块检测到所述第一电感的电流从第一端流入，并从第二端流出时，控制所述可控开关关断。

本公开第二方面提供一种供电电路，所述供电电路包括上述第一方面所述的软开关降压电路、高压供电模块以及低压用电模块，所述高压供电模块连接所述软开关降压电路的第一输入端和第二输入端，所述低压用电模块连接所述软开关降压电路的第一输出端和第二输出端。

进一步的，所述高压供电模块为直流充电柜、电池组或者太阳能板，所述低压用电模块为电池、三相电机逆变桥模块、直流变换器或者电机控制器，所述低压用电模块的输入电压低于所述高压供电模块的输出电压。

本公开第三方面提供一种车辆，所述车辆包括第一方面所述的软开关降压电路和动力电池，所述动力电池连接所述软开关降压电路。

本公开第四方面提供一种充电桩，所述充电桩包括第一方面所述的软开关降压电路和高压供电模块，所述高压供电模块连接所述软开关降压电路。

本公开提出了一种软开关降压电路、供电电路、车辆及充电桩，软开关降压电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、功率开关模块以及控制模块，软开关降压电路的第一输入端和第二输入端连接高压供电模块，软开关降压电路的第一输出端和第二输出端连接低压用电模块，通过使功率开关模块、第一电感以及第一电容形成了谐振电路，当谐振电路工作时，第一电容开始放电，由于第一电感的电流不能突变，当功率开关模块在第一个方向导通以后，第一电感的电流依然处在接近零的状态，可以实现零电流开通，并且当第一电感进行反向放电时，当功率开关模块在第二个方向导通时，由于功率开关模块的导通压降小，近似于零电压状态，可以实现零电压关断，解决现有技术中存在的开关在关断的过程中不可避免的产生关断损耗的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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是本公开一种实施例提供的一种软开关降压电路的结构示意图；

图2是本公开一种实施例提供的一种软开关降压电路的另一结构示意图；

图3是本公开一种实施例提供的一种软开关降压电路的电路图；

图4是本公开一种实施例提供的一种供电电路的电路图；

图5是本公开一种实施例提供的一种供电电路的电流路径图；

图6是本公开一种实施例提供的一种供电电路的又一电流路径图；

图7是本公开一种实施例提供的一种供电电路的又一电流路径图；

图8是本公开一种实施例提供的一种供电电路的又一电流路径图；

图9是本公开一种实施例提供的一种供电电路的又一电流路径图；

图10是本公开一种实施例提供的一种供电电路中的第一电感、第二电感以及第一电容的电压和电流波形图。

具体实施方式

为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本公开，并不用于限定本公开。

为了说明本公开的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本公开实施例提供一种软开关降压电路10，如图1所示，软开关降压电路包括第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管、第二二极管D2、功率开关模块12以及控制模块11。

控制模块11连接功率开关模块12的控制端，功率开关模块12的第一端连接第一电感L1的第一端，功率开关模块12的第二端连接第一电容C1的第二端、第一二极管D1的阴极以及第二二极管D2的阳极，第二二极管D的阴极连接第二电感L2的第一端，第一电感L1的第二端、第一电容C1的第一端以及第二电容C2的第一端共接为软开关降压电路的第一输入端，第二电感L2的第二端为软开关降压电路的第一输出端，第二电容C2的第二端与第一二极管D1的阳极共接为软开关降压电路10的第二输入端和第二输出端。

其中，通过在第二电感L2和第一二极管D1之间设置第二二极管D2，有效的阻碍了第一电容C1与第一电感L1中的能量回漏到与输入端连接的高压供电模块中，这使得谐振电路一直都保持着稳定的能量，从而稳定了整个谐振降压电路的工作状态，功率开关模块12可以实现正反双向导通，可以向第一电感L1输出电流，也可以从第一电感L1输入电流，功率开关模块12可以是IGBT，也可以是两个分立的器件，例如，功率开关模块12由单向导通器件和可控开关构成，其中，功率开关模块12可以由控制模块11控制实现不同方向的电流传输，通过设置功率开关模块12，并与第一电感L1相串联后再与第一电容C1并联，使功率开关模块12、第一电感L1以及第一电容C1形成了谐振电路，当谐振电路工作时，第一电容C1开始放电，由于第一电感L1的电流不能突变，由于功率开关模块12中的开关的开通时间足够短，当功率开关模块12中的开关完全开通以后，第一电感L1的电流依然处在接近零的状态，可以实现零电流开通，并且当第一电感L1进行反向放电时，当功率开关模块12接收第一电感L1输出的电流时，由于功率开关模块12的导通压降小，功率开关模块12近似于零电压状态，可以实现零电压关断。

作为一种实施方式，如图2所示，功率开关模块12包括单向导通器件14和可控开关13，控制模块11连接可控开关13的控制端，所述可控开关13的第一端与所述单向导通器件14的输出端共接并构成所述功率开关模块12的第一端，所述可控开关13的第二端与所述单向导通器件14的输入端共接并构成所述功率开关模块12的第二端。

其中，单向导通器件14可以实现向第一电感L1输出电流，可控开关13可以实现在控制模块11的控制信号下导通进而接收从第一电感L1输出的电流。

进一步的，如图3所示，单向导通器件14为第三二极管D3，第三二极管D3的阳极和阴极分别为单向导通器件14的输入端和输出端。

其中，使功率开关模块12、第一电感L1以及第一电容C1形成了谐振电路，当谐振电路工作时，第一电容C1开始放电，由于第一电感L1的电流不能突变，由于可控开关13的开通时间足够短，当可控开关13完全开通以后，第一电感L1的电流依然处在接近零的状态，可以实现零电流开通，并且当第一电感L1进行反向放电时，此时控制可控开关13关断，当可控开关13两端电压接近第三二极管D3的导通电压时，第三二极管D3导通，由于第三二极管D3的导通压降小，可控开关13近似于零电压状态，可以实现零电压关断。

进一步的，可控开关13为三极管，所述三极管的发射极、集电极以及基极分别为所述可控开关13的第一端、第二端以及控制端；

或者，所述可控开关13为场效应管，所述场效应管的源极、漏极以及栅极分别为所述可控开关13的第一端、第二端以及控制端。

作为一种实施方式，软开关降压电路的第一输入端和第二输入端连接高压供电模块，软开关降压电路的第一输出端和第二输出端连接低压用电模块。

其中，通过软开关降压电路的输入端连接高压供电模块，输出端连接低压用电模块，可以实现高压供电模块通过软开关降压电路实现对低压用电模块进行降压放电。

本公开实施例二提供一种供电电路，如图4所示，供电电路包括实施例一所述的软开关降压电路10、高压供电模块20以及低压用电模块30，高压供电模块20连接软开关降压电路10的第一输入端和第二输入端，低压用电模块30连接软开关降压电路10的第一输出端和第二输出端。

高压供电模块20为直流充电柜、电池组或者太阳能板。

低压用电模块30为电池、三相电机逆变桥模块、直流变换器或者电机控制器，低压用电模块30的输入电压低于高压供电模块20的输出电压。

本公开提供的供电电路实现软开关降压功能的具体过程如下：

过程1：高压供电模块20启动后，由于高压供电模块20两端的电压比低压用电模块30两端的电压高，因此，电路中会产生电流对第一电容C1进行充电，由于对第一电容C1充电的电流必然流经第二电感L2，因此，第一电容C1两端的电压会在第二电感L2的电流为零以后才会停止升高。与此同时，若第二电容C2初始两端电压比高压供电模块20的输出电压低，则第二电容C2也会被充电，直到第二电容C2的两端电压达到稳态。该过程的电流路径说明如下：

如图5所示，此时，电流从高压供电模块20正极端流出，一部分电流流入第二电容C2的一端，并从第二电容C2的另一端回到高压供电模块20的负极，另一部分电流流入第一电容C1，并从第一电容C1的另一端流出，再流入第二二极管D2的阳极，并从第二二极管D2的阴极流出，再流经第二电感L2，并流入低压供电模块的正极，再从低压供电模块的负极流出，最终回到高压供电模块20的负极。

过程2，在第二电感L2的电流降至零以后，控制模块11便可开通可控开关K，当可控开关K闭合后，高压供电模块20、第二电容C2、第一电容C1将会一起对第一电感L1和第二电感L2充电，并导致第一电容C1两端的电压下降，又由于电感的电流不会突变，因此，流经第一电感L1的电流必然从零开始按一定的增长率增加，若可控开关K的开通时间足够短，则可控开关K在完全开通以后，第一电感L1的电流依然处在接近零的状态，则可实现零电流开通。该过程的电流路径说明如下：

如图6所示，一方面，电流从第二电容C2的一端和高压供电模块20的正极流出，依次流经第一电感L1、可控开关K、第二二极管D2、第二电感L2进入到低压用电模块30的正极，最终从低压用电模块30的负极流出并回到高压供电模块20的负极。另一方面，电流从第一电容C1的一端流出，先流经第一电感L1，再流经可控开关K，最终回到第一电容C1的另一端。

过程3，当第一电容C1两端的电压降到接近于零时，即第一电感L1两端的电压接近于零时，流经第一电感L1的电流不再增加。又因为第一电感L1的电流不会突变，第一电感L1的电流会继续保持原来的电流方向向第一电容C1充电，从而导致第一电容C1两端的电压相对于初始状态反方向增大。与此同时，随着第一电容C1两端电压的反方向增大，又会导致第一电感L1的电流下降。该过程的电流路径说明如下：

如图6所示，一方面，电流从第二电容C2的一端和高压供电模块20的正极流出，依次流经第一电感L1、可控开关K、第二二极管D2、第二电感L2进入到低压用电模块30的正极，最终从低压用电模块30的负极流出并回到高压供电模块20的负极。另一方面，电流从第一电感L1的一端流出，先流经可控开关K，再流经第一电容C1，最终回到第一电感L1的另一端。

过程4，当第一电感L1的电流下降至零时，第一电容C1的电压将不再增加，但又由于第一电感L1两端的电压此时又近似于第一电容C1两端的电压，第一电容C1又会反过来对第一电感L1进行充电，导致第一电感L1的电流相对于原来电流方向反方向增加。该过程的电流路径说明如下：

如图7所示，一方面，电流从第二电容C2的一端和高压供电模块20的正极流出，依次流经第一电容C1、第二二极管D2、第二电感L2进入到低压用电模块30的正极，最终从低压用电模块30的负极流出并回到高压用电电路的负极。另一方面，电流从第一电容C1的一端流出，先流经可控开关K，在流经第一电感L1，最终回到第一电容C1的另一端。

过程5，当第一电感L1的电流从零开始反方向增加以后，控制模块11便可控制可控开关K关断，当可控开关K两端电压接近第三二极管D3的导通电压时，第三二极管D3导通，由于第三二极管D3的导通压降小，因此，可控开关K近似于零电压状态，即软关断。该过程的电流路径说明如下：

如图8所示，一方面，电流从第二电容C2的一端和高压供电模块20的正极流出，依次流经第一电容C1、第二二极管D2、第二电感L2，并进入到低压用电模块30的正极，最终从低压用电模块30的负极流出并回到高压用电电路的负极；另一方面，电流从第一电容C1的一端流出，先流经第三二极管D3，再流经第一电感L1，最终回到第一电容C1的另一端。

过程6，随着第一电感L1反向电流的增加，第一电容C1的反向电压逐渐降低，当第一电容C1的反向电压降低到接近零时，即第一电感L1的电流不再增加，又因为第一电感L1的电流不会突变，第一电感L1的电流会继续保持原来的电流方向对第一电容C1充电，从而导致第一电容C1两端的电压从接近零的状态开始正向升高。该过程的电流路径说明如下：

如图8所示，一方面，电流从第二电容C2的一端和高压供电模块20的正极流出，依次流经第一电容C1、第二二极管D2、第二电感L2进入到低压用电模块30的正极，最终从低压用电模块30的负极流出并回到高压供电模块20的负极。另一方面，电流从第一电感L1的一端流出，先流经第一电容C1，再流经第三二极管D3，最终回到第一电感L1的另一端。

过程7，在第一电容C1两端的电压与低压用电模块30的两端电压之和小于高压供电模块20的两端电压时，第二电感L2一直都处于充电状态，直到第一电容C1两端的电压升高到与低压用电模块30的两端电压之和近似于高压供电模块20的两端电压时，流经第二电感L2的电流不再增加。又因为第二电感L2的电流不会突变，第二电感L2与高压供电电路会同时对第一电容C1充电，从而导致第一电容C1的电压进一步升高。随着第一电容C1的电压升高，第一电感L1的放电电流会逐渐降低，由于可控开关K已经断开，第二二极管D2又具有反向截止特性，因此，在第一电感L1的放电电流降为零以后，第一电容C1会因为没有放电的电路而停止谐振。该过程的电流路径说明如下：

如图8所示，一方面，电流从第二电容C2的一端和高压供电模块20的正极流出，依次流经第一电容C1、第二二极管D2、第二电感L2进入到低压用电模块30的正极，最终从低压用电模块30的负极流出并回到高压供电模块20的负极。另一方面，电流从第一电感L1的一端流出，先流经第一电容C1，再流经第三二极管D3，最终回到第一电感L1的另一端。

过程8，当第一电容C1两端的电压升高到大于高压供电模块20的电压以后，第一二极管D1导通，此时，第一电容C1两端的电压由于缺乏其他更低电压的放电电路，因此，会维持在与高压供电模块20电压近似相等的电压状态下。同时，第二电感L2对低压供电模块进行放电。在这个过程中，第二电感L2的输出电流会逐渐下降至零。该过程的电流路径说明如下：

如9图所示，电流从第二电感L2的一端流出，先流入低压用电模块30的正极，再依次流经第一二极管D1和第二二极管D2，流回到第二电感L2的另一端。

过程9，因为第二二极管D2阻碍了第一电容C1的电返回到高压供电模块20和第二电感L2中，当第二电感L2的输出电流降为零以后，第一电容C1两端的电压能在较长时间内保持不变，因此，在可控开关K下一次开通之前，第一电容C1依然存有足够激发再次谐振的能量。此时，只需再次回到过程2，即可继续为低压用电模块30传输电能。因为该过程没有电流，所以不再对电流路径进行赘述。

如图10所示，为上述过程1至过程9中第一电感L1、第二电感L2以及第一电容C1的电流和电压波形图。

本公开实施例三提供一种车辆，所述车辆包括权利要求上述述的软开关降压电路和动力电池，所述动力电池连接所述软开关降压电路。

其中，动力电池可以连接所述软开关降压电路的输出端，使外部电源模块输出的高压电经过降压后对动力电池充电，动力电池还可以连接软开关降压电路的输入端，动力电池经过软开关降压电路进行降压后对低压用电设备进行供电。

本公开实施例四提供一种充电桩，充电桩包括上述的软开关降压电路，所述高压供电模块连接所述软开关降压电路，充电桩通过软开关降压电路对外进行放电。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，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公开各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种软开关降压电路，其特征在于，所述软开关降压电路包括第一电感、第二电感、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、功率开关模块以及控制模块；

所述控制模块连接所述功率开关模块的控制端，所述功率开关模块的第一端连接所述第一电感的第一端，所述功率开关模块的第二端连接所述第一电容的第二端、所述第一二极管的阴极以及所述第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接所述第二电感的第一端，所述第一电感的第二端、所述第一电容的第一端以及所述第二电容的第一端共接为所述软开关降压电路的第一输入端，所述第二电感的第二端为所述软开关降压电路的第一输出端，所述第二电容的第二端与所述第一二极管的阳极共接为所述软开关降压电路的第二输入端和第二输出端。

2.如权利要求1所述的软开关降压电路，其特征在于，所述功率开关模块包括单向导通器件和可控开关，所述控制模块连接所述可控开关的控制端，所述可控开关的第一端与所述单向导通器件的输出端共接并构成所述功率开关模块的第一端，所述可控开关的第二端与所述单向导通器件的输入端共接并构成所述功率开关模块的第二端。

3.如权利要求2所述的软开关降压电路，其特征在于，所述单向导通器件为第三二极管，所述第三二极管的阳极和阴极分别为所述单向导通器件的输入端和输出端。

4.如权利要求2所述的软开关降压电路，其特征在于，所述可控开关为三极管，所述三极管的发射极、集电极以及基极分别为所述可控开关的第一端、第二端以及控制端；

或者，所述可控开关为场效应管，所述场效应管的源极、漏极以及栅极分别为所述可控开关的第一端、第二端以及控制端。

5.如权利要求1所述的软开关降压电路，其特征在于，所述软开关降压电路的第一输入端和第二输入端连接高压供电模块，所述软开关降压电路的第一输出端和第二输出端连接低压用电模块。

6.如权利要求2所述的软开关降压电路，其特征在于，所述控制模块检测到所述第二电感的电流降低为0时，控制所述可控开关导通；

所述控制模块检测到所述第一电感的电流从第一端流入，并从第二端流出时，控制所述可控开关关断。

7.一种供电电路，其特征在于，所述供电电路包括权利要求1至6任意一项所述的软开关降压电路、高压供电模块以及低压用电模块，所述高压供电模块连接所述软开关降压电路的第一输入端和第二输入端，所述低压用电模块连接所述软开关降压电路的第一输出端和第二输出端。

8.如权利要求7所述的供电电路，其特征在于，所述高压供电模块为直流充电柜、电池组或者太阳能板，所述低压用电模块为电池、三相电机逆变桥模块、直流变换器或者电机控制器，所述低压用电模块的输入电压低于所述高压供电模块的输出电压。

9.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1至6任意一项所述的软开关降压电路和动力电池，所述动力电池连接所述软开关降压电路。

10.一种充电桩，其特征在于，所述充电桩包括权利要求1至6任意一项所述的软开关降压电路。