CN201766502U - 无隔离型零电压软开关直流-直流变换器的电路拓扑结构 - Google Patents
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Abstract
一种无隔离型零电压软开关直流-直流变换器的电路拓扑结构，涉及直流-直流变换器，包括一个缓冲电容c1，一个通过辅助开关管控制的辅助电路，及BOOST，BUCK，BOOST-BUCK，SEPIC，ZETA，CUK这六种基本的无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路中任意一种的典型的拓扑结构。有益效果是具有以下优点：本直流-直流变换器可实现主开关管和辅助开关管的零电压软开关，降低开关应力，开关损耗，和开关引起的电磁干扰；辅助电路的MOSFET辅助开关管，具有可控整流或续流的作用，可降低二极管的开关损耗，提高效率和可靠性；辅助电路的一个电容与辅助开关管串联，可以在很大的负载变化范围内，消耗很少的功率，实现零电压软开关。
Description
技术领域
本实用新型涉及直流-直流变换器，具体是一种无隔离型零电压软开关直流-直流变换器的电路拓扑结构。
背景技术
目前，开关电源变换器已在生产生活的各个方面得到广泛应用，但采用硬开关技术的变换器，功率器件所承受的电应力，开关损耗都比较大，变换器产生的电磁干扰也比较重。而采用软开关技术和用场效应晶体管代替二极管的同步整流技术已经成为变换器向着高功率密度，高效化，高可靠性，和低电磁干扰方向发展的有效手段。
开关电源变换器中，无隔离型直流-直流变换器是最基本的电能变换形式，其输入与输出没有隔离变压器，是不隔离的，共有六种基本的电路拓扑结构：BOOST(开关调整器拓扑)，BUCK(开关型调整器拓扑)，BOOST-BUCK(开关调整式变换电路拓扑)，SEPIC(开关调整式变换电路拓扑)，ZETA(开关调整式变换电路拓扑)，CUK(变换器拓扑)。每种结构都用途广泛，不论一个开关电源变换器的输入与输出是否需要隔离，无隔离型直流-直流变换器均有可能作为整个开关电源变换器的全部或其中的一部分，而必须被采用，所以高性能的无隔离型直流-直流变换器深受人们的重视。
实用新型内容
本实用新型所解决的技术问题，在于提供一种无隔离型零电压软开关直流-直流变换器的电路拓扑结构，用于进一步提高无隔离型直流-直流变换器的性能。
本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种无隔离型零电压软开关直流-直流变换器的电路拓扑结构，包括：一个缓冲电容c1，一个通过辅助开关管控制的辅助电路，及BOOST，BUCK， BOOST-BUCK，SEPIC，ZETA，CUK这六种基本的无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路中任意一种的典型的拓扑结构，其特征在于：所述缓冲电容c1的两端，与所述这六种基本的无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路中任意一种的典型的拓扑结构中的MOSFET主开关管m1的漏极和源极并联。
所述通过辅助开关管控制的辅助电路，包括一个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)辅助开关管m2和两个电容c2，c3，所述电容c2的两端，与MOSFET辅助开关管m2的漏极和源极并联。所述电容c3的一端与MOSFET辅助开关管m2的漏极连接，电容c3另一端及MOSFET辅助开关管m2的源极，并联在所述这六种基本的无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路中任意一种的典型的拓扑结构中的整流或续流二极管D1的两端，并联方向为MOSFET辅助开关管m2的体二极管与整流或续流二极管D1方向相同。
所述这六种基本的无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路中任意一种的典型的拓扑结构中的MOSFET主开关管m1和所述通过辅助开关管控制的辅助电路中的MOSFET辅助开关管m2，在高电压，大电流的应用场合，可用IGBT管并联二极管来代替。
本实用新型的有益效果是具有以下优点：1.本直流-直流变换器可实现主开关管和辅助开关管的零电压软开关，降低开关应力，开关损耗，和开关引起的电磁干扰；2.辅助电路的MOSFET辅助开关管，具有可控整流或续流的作用，可降低二极管的开关损耗，提高效率和可靠性；3.辅助电路的一个电容与辅助开关管串联，可在很大的负载变化范围内，消耗很少的功率，实现零电压软开关。
附图说明
图1是BOOST，BUCK，BOOST-BUCK，SEPIC，ZETA，CUK这六种基本无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路中任意一种典型的拓扑结构简略示意图；
图2是本实用新型的无隔离型零电压软开关直流-直流变换器的电路拓扑结构简略示意图；
图3是硬开关BUCK变换器电路的典型的拓扑结构；
图4是本实用新型的零电压软开关BUCK变换器电路拓扑结构。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
如图1所示，是BOOST，BUCK，BOOST-BUCK，SEPIC，ZETA，CUK这六种基本的无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路中任意一种的典型的拓扑结构简略示意图，由一个MOSFET主开关管m1，一个整流或续流二极管D1，一个输入电容C10，一个输出电容C20，一个负载R20，及这一种无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路的典型的拓扑结构中其它所需器件连接构成。
如图2所示，是本实用新型的无隔离型零电压软开关直流-直流变换器的电路拓扑结构简略示意图，是在图1所示的一种无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路的典型的拓扑结构的简略示意图中，增加一个缓冲电容c1，及一个通过辅助开关管控制的辅助电路。其中c1的两端，与图1所示的MOSFET主开关管m1的漏极和源极并联，通过辅助开关管控制的辅助电路，包括一个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)辅助开关管m2和两个电容c2，c3，电容c2的两端，与MOSFET辅助开关管m2的漏极和源极并联。电容c3的一端与MOSFET辅助开关管m2的漏极连接，电容c3的另一端及MOSFET辅助开关管m2的源极，并联在图1所示的整流或续流二极管D1的两端，并联方向为MOSFET辅助开关管m2的体二极管与整流或续流二极管D1方向相同。
如图3所示，是硬开关BUCK变换器电路的典型的拓扑结构，
由一个输入电容C10，一个MOSFET主开关管m11，一个储能电感L11，一个续流二极管D11，一个输出电容C20，及一个负载R20，按硬开关BUCK变换器典型电路连接构成。
MOSFET主开关管m11处于高频开关状态，
当m11处于开通状态，输入电源和输入电容C10的电量通过m11及储能电感L11，给负载R20和输出电容C20供电，同时L11正向储能，当m11处于关闭状态，L11的正向储能，通过续流二极管D11释放给负载R20和输出电容C20。当输入稳定时，调节m11的高频开关脉冲的占空比，可调节输出。m11处于硬开关状态。
如图4所示，是本实用新型的零电压软开关BUCK变换器电路拓扑结构，
是在图3所示的硬开关BUCK变换器电路的典型的拓扑结构中，增加一个缓冲电容c11，及一个通过辅助开关管控制的辅助电路。
缓冲电容c11的两端，与MOSFET主开关管m11的漏极和源极并联。辅助开关管控制的辅助电路，包括一个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)辅助开关管m12和两个电容c12，c13，电容c12的两端，与MOSFET辅助开关管m12的漏极和源极并联。电容c13的一端和MOSFET辅助开关管m12漏极连接，c13的另一端及MOSFET辅助开关管m12的源极，并联在续流二极管D11两端，m12的体二极管与续流二极管D11方向相同。m11与m12轮流开通和关闭，并有同时处于关闭状态的死区时间。
当m11处于开通状态，输入电源和输入电容C10的电量通过m11及储能电感L11，给负载R20和输出电容C20供电，同时L11正向储能，
在m11关闭过程中，由于缓冲电容c11的作用，使得m11的源极和漏极保持在开通时的接近为零伏的状态，为零电压关闭，m11关闭后，c11充电至高电压。
当m11处于关闭状态，储能电感L11的正向储能，通过c12，c13，m12，释放给负载R20和输出电容C20，当c12放电完毕，m12的体二极管导通，此时，使m12开通，由于m12的体二极管的钳位作用，使得m12的源极和漏极保持在接近为零伏的状态，为零电压开通。D11具有对c13电压的钳位作用。
当m12处于开通状态，在储能电感L11的正向储能释放完毕后，输出电容C20的电量通过储能电感L11及m12，给c13供电，同时L11反向储能。
在m12关闭过程中，由于缓冲电容c12的作用，使得m12的源极和漏极保持在开通时的接近为零伏的状态，为零电压关闭，m12关闭后，c12充电至高电压。
当m12处于关闭状态，储能电感L12的反向储能及输出电容C20的电量，通过c11，返回给输入电容C10，当c11放电完毕，m11的体二极管导通，此时，使m11开通，由于m11的体二极管的钳位作用，使得m11的源极和漏极保持在接近为零伏的状态，为零电压开通。
当m11处于开通状态，在储能电感L11的反向储能释放完毕后，输入电 源，输入电容C10的电量通过m11及储能电感L11，给负载R20和输出电容C20供电，同时L11正向储能。
m11与m12轮流开通和关闭。当输入稳定时，保持合适的m11与m12同时处于关闭状态的死区时间固定不变，调节m11的高频开关脉冲的占空比，可调节输出。m11与m12的开关均为零电压开通和关闭，处于零电压软开关状态。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种无隔离型零电压软开关直流-直流变换器的电路拓扑结构，包括：一个缓冲电容c1，一个通过辅助开关管控制的辅助电路，及BOOST，BUCK，BOOST-BUCK，SEPIC，ZETA，CUK这六种基本的无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路中任意一种的典型的拓扑结构，其特征在于：所述缓冲电容c1的两端与所述这六种基本的无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路中任意一种的典型的拓扑结构中的MOSFET主开关管m1的漏极和源极并联。
2.根据权利要求1所述的无隔离型零电压软开关直流-直流变换器的电路拓扑结构，其特征在于：所述通过辅助开关管控制的辅助电路，包括一个MOSFET辅助开关管m2和两个电容c2，c3，所述电容c2的两端，与MOSFET辅助开关管m2的漏极和源极并联，所述电容c3的一端与MOSFET辅助开关管m2的漏极连接，电容c3的另一端及MOSFET辅助开关管m2的源极，并联在所述这六种基本的无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路中任意一种的典型的拓扑结构中的整流或续流二极管D1的两端，并联方向为MOSFET辅助开关管m2的体二极管与整流或续流二极管D1方向相同。
3.根据权利要求1或2所述的无隔离型零电压软开关直流-直流变换器的电路拓扑结构，其特征在于：所述这六种基本的无隔离型的硬开关直流-直流变换器电路中任意一种的典型的拓扑结构中的MOSFET主开关管m1和所述通过辅助开关管控制的辅助电路中的MOSFET辅助开关管m2，在高电压，大电流的应用场合，可用IGBT管并联二极管来代替。
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