CN210958160U - 一种软开关电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种软开关电路，所述软开关电路的输入端可接入高压直流输入电源，所述软开关电路包括两个以上的隔离变压器和分压电容，所述两个以上的隔离变压器串联在高压直流输入电源端上，其中：所述两个以上的隔离变压器中的每一隔离变压器包括输入分压电容器、半桥软开关单元、整流单元；所述两个以上的隔离变压器中所有的整流单元共用所述输出滤波电容并形成软开关电路的电源输出端。实施本实用新型实施例，可以根据输入电压，灵活增减串联的隔离变压模块数量，在能承受高电压输入的同时，还具有输入分压电路自均压，控制简单，电路高效率，输出纹波电流小等优点。

Description

一种软开关电路

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及到一种软开关电路。

背景技术

当面对高压直流输入时，通常采用的方法是采用三电平变换器，此方法可以降低开关管一半的电压应力，或是用IGBT，SIC MOS来提高器件耐压，来满足开关器件的应力要求。这些方案的缺点是：三电平变换器控制复杂，且只能降低开关功率器件一半的电压应力，IGBT只能工作于较低的工作频率，会大大增加电路的体积和重量，SIC MOS管价格昂贵，而且很难工作于1500V以上的输入电压。因此，亟需一种可应用于高电压直流输入的软开关电路。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种软开关电路，可以根据输入电压，灵活增减串联的隔离变压模块数量，从而实现满足高输入电压的需求。

相应的，本实用新型实施例提供了一种软开关电路，所述软开关电路的输入端可接入高压直流输入电源，所述软开关电路包括两个以上的隔离变压器和输入分压电容，所述两个以上的隔离变压器串联在高压直流输入电源端上，其中：所述两个以上的隔离变压器中的每一隔离变压器包括输入分压电容器、半桥软开关单元、整流单元，所述两个以上的隔离变压器中所有的输入分压电容器串联在一起，并接入在所述高压直流输入电源端上，所述每一隔离变压器的半桥软开关单元的输入端连接在所述每一隔离变压器的分压电容器上，所述每一隔离变压器的半桥软开关单元的输出端连接在所述每一隔离变压器的整流单元上；所述两个以上的隔离变压器中所有的整流单元共用所述输出滤波电容并形成软开关电路的电源输出端。

所述半桥软开关单元包括：第一谐振电容、第二谐振电容、第一开关管、第二开关管、谐振电感和变压器，其中：第一谐振电容和第二谐振电容串联在一起形成电容串联电路，所述第一开关管和第二开关管串联在一起形成开关管串联电路，所述电容串联电路和开关管串联电路并联接入在对应隔离变压器的输入分压电容器上；所述谐振电感的一端连接在第一谐波电容和第二谐波电容之间的线路上，所述谐振电感的另一端连接着所述变压器；所述变压器的一端连接在所述第一开关管和第二开关管之间的线路上，所述变压器的另一端连接着所述谐振电感。

所述两个以上的隔离变压器中的每一隔离变压器工作于变频调压模式，所述两个以上的隔离变压器中的隔离变压器之间的脉冲宽度调制PWM驱动以相同频率fs工作，所述两个以上的隔离变压器中的隔离变压器之间存在错相，所述错相的角度为180°/N，N为串联的隔离变压模块个数。

所述谐振电感为外置独立电感，或是利用变压器的漏感。

所述整流单元为全桥整流电路。

所述全桥整流电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，其中：第一二极管和第二二极管串联在一起形成第一串联电路，所述第三二极管和第四二极管串联在一起形成第二串联电路，所述第一串联电路和第二串联电路并联形成电源输出端。

所述整流单元为全波整流电路。

所述全波整流电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管并联形成电源输出端。

本实用新型实施例所提供的软开关电路，可以根据输入电压，灵活增减串联的隔离变压模块数量，在能承受高电压输入的同时，还具有输入分压电路自均压，控制简单，电路高效率，输出纹波电流小等优点。

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，显而易见的，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它的附图。

图1为本实用新型实施例中的软开关电路第一实施例电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例中的软开关电路第二实施例电路结构示意图；

图3为本实用新型实施例中的软开关电路第三实施例电路结构示意图；

图4为本实用新型实施例中的软开关电路第一实施例电路结构示意图；

图5为本实用新型实施例中的软开关电路第一实施例电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例所涉及的软开关电路，该软开关电路的输入端可接入高压直流输入电源，所述软开关电路包括两个以上的隔离变压器和输入分压电容，所述两个以上的隔离变压器串联在高压直流输入电源端上，其中：所述两个以上的隔离变压器中的每一隔离变压器包括输入分压电容器、半桥软开关单元、整流单元，所述两个以上的隔离变压器中所有的输入分压电容器串联在一起，并接入在所述高压直流输入电源端上，所述每一隔离变压器的半桥软开关单元的输入端连接在所述每一隔离变压器的分压电容器上，所述每一隔离变压器的半桥软开关单元的输出端连接在所述每一隔离变压器的整流单元上；所述两个以上的隔离变压器中所有的整流单元共用所述输出滤波电容并形成软开关电路的电源输出端。

具体的，图1示出了本实用新型实施例中的软开关电路第一实施例电路结构示意图，这里以两个隔离变压模块串联结构进行说明。该软开关电路包括两个隔离变压器(隔离变压器结构如虚线框4所限定元器件结构) 和输出滤波电容Co，两个隔离变压器串联在高压直流输入电源端上，每个隔离变压器基础元器件结构如虚线4所限定部分。

每一隔离变压器(4)包括输入分压电容器(1)、半桥软开关单元(2)、整流单元(3)，两个隔离变压器的输入分压电容器串联在一起(即C1和 C2串联)，并接入在所述高压直流输入电源端上(即VIN+和VIN-之间)，所述每一隔离变压器的半桥软开关单元(2)的输入端连接在所述每一隔离变压器的分压电容器上，所述每一隔离变压器的半桥软开关单元(2)的输出端连接在所述每一隔离变压器的整流单元(3)上；所述两个以上的隔离变压器中所有的整流单元(3)共用所述输出滤波电容Co并形成软开关电路的电源输出端(即VO+和VO-)。

需要说明的是，第一个隔离变压器上的半桥软开关单元包括：谐振电容C11、谐振电容C12、开关管Q11、开关管Q12、谐振电感L1和变压器 T1，其中：谐振电容C11和谐振电容C12串联在一起形成电容串联电路，开关管Q11和开关管Q12串联在一起形成开关管串联电路，电容串联电路和开关管串联电路并联接入在第一隔离变压器的输入分压电容器C1上；谐振电感L1的一端连接在谐波电容C11和谐波电容C12之间的线路上，谐振电感L1的另一端连接着变压器T1；变压器T1的一端连接在开关管Q11 和开关管Q12之间的线路上，变压器T1的另一端连接着谐振电感L1。

需要说明的是，第二个隔离变压器上的半桥软开关单元包括：谐振电容C21、谐振电容C22、开关管Q21、开关管Q22、谐振电感L2和变压器 T2，其中：谐振电容C21和谐振电容C22串联在一起形成电容串联电路，开关管Q21和开关管Q22串联在一起形成开关管串联电路，电容串联电路和开关管串联电路并联接入在第二隔离变压器的输入分压电容器C2上；谐振电感L2的一端连接在谐波电容C21和谐波电容C22之间的线路上，谐振电感L2的另一端连接着变压器T2；变压器T2的一端连接在开关管Q21 和开关管Q22之间的线路上，变压器T2的另一端连接着谐振电感L2。

这里的每一隔离变压器可以工作于变频调压模式，隔离变压器之间的脉冲宽度调制PWM驱动以相同频率fs工作，所述两个以上的隔离变压器中的隔离变压器之间存在错相，所述错相的角度为180°/N，N为串联的隔离变压模块个数，这里的N为2，其错相的角度为90°，从而可以减少输出侧的电流纹波。这种软开关电路不需要采样每个分压电容器上面的电压来做均压控制，每个分压电容器上面的电压为自然均压，即每个输入电容器上的电压为VIN/N，其中N为串联的隔离变压模块数量，图2中的N为 2。

需要说明的是，这里的谐振电感为外置独立电感，或是利用变压器的漏感。

需要说明的是，这里的整流单元为全桥整流电路，每个隔离变压模块上的整流单元的输入端各自连接着所对应的变压器，输出端并联接入在输出滤波电容Co上形成所在软开关电路的电源输出端。

具体的，该第一全桥整流电路包括二极管D11、二极管D12、二极管 D13和二极管D14，此四个二极管组成全桥整流电路。

具体的，该第二全桥整流电路包括二极管D21、二极管D22、二极管 D23和二极管D24，此四个二极管组成全桥整流电路，第二全桥整流电路输出端与第一全桥整流电路输出端并联。

图2示出了本实用新型实施例中的软开关电路第二实施例电路结构示意图，其通过3个隔离变压模块串联下的软开关电路结构示意图，其电路原理与图1所示相同，这里不再一一赘述。在具体工作时，当输入电压为 1500V时，在电容C1、C2、C3上面可以各分得的电压为500V。对于第一个隔离分压模块，当C1电容上面的电压为500V时，Q11和Q12可以选用500V的MOS管。电路工作时，由于此电路本身存在自均压功能，不需要对电容C1、C2、C3上面的电压分别采样然后进行均压控制，依然可以保证每个电容上面的电压为500V，可以大大降低电路的控制难度和成本，电路工作的稳定性也有保证。同理，当输入电压为2000V时，可以采用4个分压模块组成的电路，每个分压模块电容上面的电压也同样为500V，可以选用500V耐压的MOS管。若不采用此方案，选用普通的电路，当输入电压为1500V时，只能选用2000V的IGBT，电路没办法工作在高频状态(工作频率大于100KHz)，只能工作于10-20KHz的工作频率，电感和变压器会很笨重。由于不需要对分压电容上的电压进行采样，可以极方便的扩展此电路，当输入电压为2000V时，可以采用4个分压模块电路来搭建，开关管仍然可以选用500V耐压的MOS管，依此类推，当输入电压为3000V时，可以选用6个分压模块。

图3示出了本实用新型实施例中的软开关电路第三实施例电路结构示意图，其谐振电感采用变压器本身的漏感来实现，其原理与图1所示相同，这里不再一一赘述。

图4示出了本实用新型实施例中的软开关电路第四实施例电路结构示意图，其通过N个隔离变压模块串联下的软开关电路结构示意图，其原理与图1所示相同，这里不再一一赘述。

图5示出了本实用新型实施例中的软开关电路第五实施例电路结构示意图，这里的整流单元采用全波整流方式，全波整流电路包括两个二极管，两个全桥整流电路在输出端并联。图3是采用4个二极管组成的全桥整流电路，将变压器出来的交流电，整成直流电，图5所采用两个二极管组成的全波整流电路，其实现跟全桥整流电路一样的功能，只是两者在应用的场合不一样，全桥整流电路二极管承受的电压为全波整流电路的一半。

本实用新型实施例中的软开关电路，可以根据输入电压，灵活增减串联的隔离变压模块数量，在能承受高电压输入的同时，还具有输入分压电路自均压，控制简单，电路高效率，输出纹波电流小等优点。

另外，以上对本实用新型实施例所提供的软开关电路进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种软开关电路，其特征在于，所述软开关电路的输入端可接入高压直流输入电源，所述软开关电路包括两个以上的隔离变压器和分压电容，所述两个以上的隔离变压器串联在高压直流输入电源端上，其中：所述两个以上的隔离变压器中的每一隔离变压器包括输入分压电容器、半桥软开关单元、整流单元，所述两个以上的隔离变压器中所有的输入分压电容器串联在一起，并接入在所述高压直流输入电源端上，所述每一隔离变压器的半桥软开关单元的输入端连接在所述每一隔离变压器的分压电容器上，所述每一隔离变压器的半桥软开关单元的输出端连接在所述每一隔离变压器的整流单元上；所述两个以上的隔离变压器中所有的整流单元共用输出滤波电容并形成软开关电路的电源输出端。

2.如权利要求1所述的软开关电路，其特征在于，所述半桥软开关单元包括：第一谐振电容、第二谐振电容、第一开关管、第二开关管、谐振电感和变压器，其中：第一谐振电容和第二谐振电容串联在一起形成电容串联电路，所述第一开关管和第二开关管串联在一起形成开关管串联电路，所述电容串联电路和开关管串联电路并联接入在对应隔离变压器的输入分压电容器上；所述谐振电感的一端连接在第一谐波电容和第二谐波电容之间的线路上，所述谐振电感的另一端连接着所述变压器；所述变压器的一端连接在所述第一开关管和第二开关管之间的线路上，所述变压器的另一端连接着所述谐振电感。

3.如权利要求1所述的软开关电路，其特征在于，所述两个以上的隔离变压器中的每一隔离变压器工作于变频调压模式，所述两个以上的隔离变压器中的隔离变压器之间的脉冲宽度调制PWM驱动以相同频率fs工作，所述两个以上的隔离变压器中的隔离变压器之间存在错相，所述错相的角度为180°/N，N为串联的隔离变压模块个数。

4.如权利要求2所述的软开关电路，其特征在于，所述谐振电感为外置独立电感，或是利用变压器的漏感。

5.如权利要求1至4任一项所述的软开关电路，其特征在于，所述整流单元为全桥整流电路。

6.如权利要求5所述的软开关电路，其特征在于，所述全桥整流电路由四个二极管组成全桥整流电路。

7.如权利要求1至4任一项所述的软开关电路，其特征在于，所述整流单元为全波整流电路。

8.如权利要求7所述的软开关电路，其特征在于，所述全波整流电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管和第二二极管并联形成电源输出端。

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