CN211127583U

CN211127583U - 一种Buck电路

Info

Publication number: CN211127583U
Application number: CN201922454309.9U
Authority: CN
Inventors: 李坚
Original assignee: WUHAN RECTIFIER INSTITUTE
Current assignee: WUHAN RECTIFIER INSTITUTE
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2029-12-30

Abstract

本实用新型提出了一种Buck电路，包括基本Buck拓扑结构和缓冲电路，所述缓冲电路利用耦合电感的漏感与缓冲电容，在开关管开关过程中进行谐振，实现了开关管的零电流开通和零电压关断，有效降低了开关管的电压、电流和热应力，并能抑制整流二极管的反向恢复电流，提高了电路的变换效率，且电路结构简单，易于设计和实现。

Description

一种Buck电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种Buck电路。

背景技术

随着电力电子技术的发展.高效率和高功率密度的电路已成为一种趋势。其中，Buck电路为DC/DC变换的一种基本拓扑，具有较高的效率和功率密度，Buck电路又称降压斩波电路，主要由开关管、续流二极管、储能电感组成。其中开关管是最重要的器件，通过控制电路可使开关管进行高频的开通与关断，调节开关管导通与关断的时间，即占空比，可以改变输出电压的大小。传统Buck电路中开关管的导通与关断受控制电路输出的驱动脉冲控制，常用的开关控制方式为固定周期开关控制，即硬开关，硬开关控制技术成熟，易于实现，但在高频开关时开关损耗较大，降低了电路的效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种Buck电路，以解决传统Buck电路在高频开关时开关损耗较大、降低电路效率的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种Buck电路，包括开关管S0、电感L0、二极管D0、电容C0、电阻R0，直流输入正极依次经开关管S0、电感L0、电阻R0到达直流输入负极，电容C0与电阻R0并联，开关管S0、电感L0的公共端经二极管D0的负极、二极管D0的正极与所述直流输入负极相连，所述Buck电路还包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L1、电容C1、电容C2，电感L1接入开关管S0、电感L0的公共端与二极管D0负极之间，开关管S0、电感L0的公共端还依次经二极管D1负极、二极管D1正极、二极管D2负极、二极管D2正极、二极管D3负极、二极管D3正极与所述直流输入负极相连，二极管D1、二极管D2的公共端经电容C1与开关管S0的输入端相连，二极管D2、二极管D3的公共端经电容C2与电感L1、二极管D0的公共端相连。

可选的，电容C0为电解电容。

可选的，所述Buck电路还包括开关管S1，开关管S1与二极管D0并联。

可选的，开关管S1为NMOS。

可选的，所述Buck电路还包括开关管S2、电感L3、二极管D4，开关管S0的输入端还依次经开关管S2输入端、开关管S2输出端、电感L3与电感L0、电阻R0的公共端相连，开关管S2、电感L3的公共端经二极管D4负极、二极管D4正极与所述直流输入负极相连。

可选的，二极管D0、二极管D4均为快恢复二极管。

可选的，所述Buck电路还包括二极管D5、二极管D6、二极管D7、电感L4、电容C3、电容C4，电感L4接入开关管S2、电感L3的公共端与二极管D4负极之间，开关管S2、电感L3的公共端还依次经二极管D5负极、二极管D5正极、二极管D6负极、二极管D6正极、二极管D7负极、二极管D7正极与所述直流输入负极相连，二极管D5、二极管D6的公共端经电容C3与开关管S2的输入端相连，二极管D6、二极管D7的公共端经电容C4与电感L4、二极管D4的公共端相连。

本实用新型的Buck电路相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本实用新型的Buck电路利用耦合电感的漏感与缓冲电容，在开关管开关过程中进行谐振，实现了开关管的零电流开通和零电压关断，有效降低了开关管的电压、电流和热应力，并能抑制整流二极管的反向恢复电流，提高了电路的变换效率，且电路结构简单，易于设计和实现；

(2)本实用新型的Buck电路可为同步Buck电路，开关管的导通电阻很低，续流过程的通态损耗大大减小，整个Buck电路的效率得到提升；

(3)本实用新型的Buck电路通过两路Buck拓扑交错并联，可使输出电压纹波相位错开，相互抵消，从而大大减小输出电压的纹波；两路并联运行还可以减小器件的电流应力，提升功率等级，并能减小电路的电能损耗，从而提升整个Buck电路的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的Buck电路的电路图；

图2为本实用新型的Buck电路的另一电路图；

图3为本实用新型的Buck电路的另一电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的Buck电路包括开关管S0、电感L0、二极管D0、电容C0、电阻R0，直流输入正极依次经开关管S0、电感L0、电阻R0到达直流输入负极，电容C0与电阻R0并联，开关管S0、电感L0的公共端经二极管D0的负极、二极管D0的正极与所述直流输入负极相连，所述Buck电路还包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L1、电容C1、电容C2，电感L1接入开关管S0、电感L0的公共端与二极管D0负极之间，开关管S0、电感L0的公共端还依次经二极管D1负极、二极管D1正极、二极管D2负极、二极管D2正极、二极管D3负极、二极管D3正极与所述直流输入负极相连，二极管D1、二极管D2的公共端经电容C1与开关管S0的输入端相连，二极管D2、二极管D3的公共端经电容C2与电感L1、二极管D0的公共端相连。

图1中的电感L2为电感L1的漏感。开关管S0、电感L0、二极管D0、电容C0、电阻R0构成基本的Buck拓扑，二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L1、电容C1、电容C2构成本实施例的缓冲电路，开关管S0优选为NMOS管。本实施例中，首先开关管S0导通，电感L2存在极大地抑制了二极管D0的反向恢复.使二极管D0的电流缓慢线性上升，从而流经开关管S0的电流线性上升，获零电流开通条件；接着二极管D0的反向恢复结束，电容C1、电容C2、电感L2通过开关管S0、二极管D2构成谐振回路开始谐振，电容C1放电，电容C2充电，接着电容C1上电压降到零，为开关管S0创造零电压关断条件；当电容C1上电压降到零时，二极管D1导通，电感L2和电容C2通过二极管D1、二极管D2构成回路发生谐振电感L2的能量转移至电容C2，当流经电感L2的电流降至为零时，该谐振过程结束；接着缓冲电路停止工作，电路进入正常的脉宽调制开通过程；接着开关管S0关断，由于存在电容C1，开关管S0的漏源极电压上升缓慢，获得了零电压关断；接着开关管S0的漏源极电压达到一定值，开关管S0导通，电容C2和电感L2谐振放电，使耦合电感电流继续增大，同时电容C1继续充电，并且在此阶段开关管S0的漏源极电压上升到直流输入电压，从而能保证开关管S0在下一开关周期实现零电流开通；当开关管S0的漏源极电压上升到直流输入电压时，二极管D2导通，电容C2和电感L2继续谐振，当电感L2的电流增加到一定值时，谐振结束，电容C2上的电压开始线性下降，当电容C2上的电压降至零时，二极管D3截止，二极管D1导通，进入下一模态；最后缓冲电路停止工作.电路进入正常脉宽调制关断阶段，直到开关管S0下一次开通。这样，本实施例中的Buck电路利用耦合电感的漏感与缓冲电容，在开关管开关过程中进行谐振，实现了开关管的零电流开通和零电压关断，有效降低了开关管的电压、电流和热应力，并能抑制整流二极管的反向恢复电流，提高了电路的变换效率，且电路结构简单，易于设计和实现。

可选的，电容C0为电解电容。电解电容单位体积的电容量非常大，额定的容量大，具有很强的储能能力，常用于直流滤波，适合进行反复能量释放，价格较低。

可选的，如图2所示，所述Buck电路还包括开关管S1，开关管S1与二极管D0并联。开关管S1为NMOS。

上述采用二极管D0进行续流的Buck电路为异步Buck电路，在开关管S0关断时，电感L0电流通过二极管D0续流，由于二极管D0存在正向导通压降，带来了较大的器件损耗，尤其在大电流Buck电路中，二极管损耗更为严重，严重影响了Buck电路的转换效率。本实施例中，可用开关管S1代替二极管D0进行续流，从而上述Buck电路为同步Buck电路，开关管S0、开关管S1可用一对相反的PWM信号来控制，开关管S1的导通电阻很低，续流过程的通态损耗大大减小，整个Buck电路的效率得到提升。

可选的，开关管S1为NMOS。本实施例中NMOS的导通条件更加容易达到。

可选的，如图3所示，所述Buck电路还包括开关管S2、电感L3、二极管D4，开关管S0的输入端还依次经开关管S2输入端、开关管S2输出端、电感L3与电感L0、电阻R0的公共端相连，开关管S2、电感L3的公共端经二极管D4负极、二极管D4正极与所述直流输入负极相连。

上述Buck电路输出电压为脉动直流电，纹波大，只靠增大输出电容来减小纹波但效果并不明显，输出电容增大势必带来整个Buck电路的体积、重量、成本的增加。本实施例中，开关管S2、电感L3、二极管D4组成另一个Buck拓扑，与开关管S0、电感L0、二极管D0、电容C0、电阻R0组成的Buck拓扑交错并联，两个并联Buck拓扑的开关频率完全相同，开通相位彼此交错。通过两路Buck拓扑交错并联，可使输出电压纹波相位错开，相互抵消，从而大大减小输出电压的纹波；两路并联运行还可以减小器件的电流应力，提升功率等级，并能减小电路的电能损耗，从而提升整个Buck电路的效率。

可选的，二极管D0、二极管D4均为快恢复二极管。快恢复二极管的开关特性好、反向恢复时间短，有利于电感L0、电感L3的快速放电续流。

可选的，如图3所示，所述Buck电路还包括二极管D5、二极管D6、二极管D7、电感L4、电容C3、电容C4，电感L4接入开关管S2、电感L3的公共端与二极管D4负极之间，开关管S2、电感L3的公共端还依次经二极管D5负极、二极管D5正极、二极管D6负极、二极管D6正极、二极管D7负极、二极管D7正极与所述直流输入负极相连，二极管D5、二极管D6的公共端经电容C3与开关管S2的输入端相连，二极管D6、二极管D7的公共端经电容C4与电感L4、二极管D4的公共端相连。

其中，二极管D5、二极管D6、二极管D7、电感L4、电容C3、电容C4构成第一个Buck拓扑的缓冲电路，电路工作原理同第一个Buck拓扑的缓冲电路相同，在此不再赘述，电感L5为电感L4的漏感，这样利用耦合电感的漏感与缓冲电容，在开关管开关过程中进行谐振，实现了开关管的零电流开通和零电压关断，有效降低了开关管的电压、电流和热应力，并能抑制整流二极管的反向恢复电流，提高了电路的变换效率，且电路结构简单，易于设计和实现。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种Buck电路，包括开关管S0、电感L0、二极管D0、电容C0、电阻R0，直流输入正极依次经开关管S0、电感L0、电阻R0到达直流输入负极，电容C0与电阻R0并联，开关管S0、电感L0的公共端经二极管D0的负极、二极管D0的正极与所述直流输入负极相连，其特征在于，所述Buck电路还包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、电感L1、电容C1、电容C2，电感L1接入开关管S0、电感L0的公共端与二极管D0负极之间，开关管S0、电感L0的公共端还依次经二极管D1负极、二极管D1正极、二极管D2负极、二极管D2正极、二极管D3负极、二极管D3正极与所述直流输入负极相连，二极管D1、二极管D2的公共端经电容C1与开关管S0的输入端相连，二极管D2、二极管D3的公共端经电容C2与电感L1、二极管D0的公共端相连。

2.如权利要求1所述的Buck电路，其特征在于，电容C0为电解电容。

3.如权利要求1所述的Buck电路，其特征在于，还包括开关管S1，开关管S1与二极管D0并联。

4.如权利要求3所述的Buck电路，其特征在于，开关管S1为NMOS。

5.如权利要求1所述的Buck电路，其特征在于，还包括开关管S2、电感L3、二极管D4，开关管S0的输入端还依次经开关管S2输入端、开关管S2输出端、电感L3与电感L0、电阻R0的公共端相连，开关管S2、电感L3的公共端经二极管D4负极、二极管D4正极与所述直流输入负极相连。

6.如权利要求5所述的Buck电路，其特征在于，二极管D0、二极管D4均为快恢复二极管。

7.如权利要求5所述的Buck电路，其特征在于，还包括二极管D5、二极管D6、二极管D7、电感L4、电容C3、电容C4，电感L4接入开关管S2、电感L3的公共端与二极管D4负极之间，开关管S2、电感L3的公共端还依次经二极管D5负极、二极管D5正极、二极管D6负极、二极管D6正极、二极管D7负极、二极管D7正极与所述直流输入负极相连，二极管D5、二极管D6的公共端经电容C3与开关管S2的输入端相连，二极管D6、二极管D7的公共端经电容C4与电感L4、二极管D4的公共端相连。