CN107834851A - 一种高电压输入软开关buck电路 - Google Patents
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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
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***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***中。随着电子***复杂程度的提高,对于电源***供电能力的需求不断增加,为了减小整机***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***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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