CN2879520Y - 单电感软开关直流变换器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种单电感软开关直流变换器，输入电源(Vi)的输入端依次接有电感(Lr)，并联的开关元件(K1)和谐振电容(Cr)，开关元件(K2)，并联的滤波电容(Co)和负载元件(R)。电感(Lr)与谐振电容(Cr)构成谐振网络，用于实现软开关条件。开关元件(K1)产生的交流电流经开关元件(K2)和滤波电容(Co)构成的整流滤波网络整流滤波成为直流后加载到负载元件(R)上。该电路利用E类软开关技术，电感(Lr)、谐振电容(Cr)构成谐振网络，使开关元件(K1)、(K2)都工作在软开关模式下，具有较高的变换效率，同时只应用了一个电感，电路更加简单，有利于减小体积，适合于高功率密度变换器的设计。

Description

单电感软开关直流变换器
技术领域：
本实用新型涉及一种直流-直流变换器，具体地说是一种只应用了一个电感的升压型软开关直流-直流变换器。
背景技术：
传统的PWM硬开关直流-直流变换器在开关频率较高时开关损耗高，只能使用较低的开关频率，因而电感元件的体积较大；传统的软开关直流-直流变换器一般包含两个或者更多电感，如公告号为CN2706955的中国专利就公开了一种“升压型有源交错软开关直流-直流变换器”，就是由原有双电感、双电容和双开关元件的基础上在开关元件两端并联电容和开关元件构成，优点是电路中无能耗元件，提高了电路效率，但电感元件占用体积大，不利于提高变换器的功率密度；还有一些E类和E2类直流-直流变换器是基于E类逆变器和E类整流器改进得来，它们能够工作在高频下并能得到高效率，但是它们必须用2-3个电感，同样存在着占用体积大，不利于提高变换器的功率密度的问题。
发明内容：
本实用新型就是针对以上之不足而提供一种电路简单、体积小、变换效率高的单电感软开关直流变换器。
本实用新型所采取的技术方案是：
一种单电感软开关直流变换器由直流电源Vi，电感Lr，开关元件K1、K2，谐振电容Cr和滤波电容Co，负载元件R构成，滤波电容Co与负载元件R并联构成滤波负载网络，其特征在于：电感Lr的一端接输入直流电源Vi的正极，另一端接开关元件K1；谐振电容Cr和开关元件K1并联，谐振电容Cr和开关元件K1的另一端接地，也即接电源负极；滤波电容Co和负载元件并联构成的滤波负载网络一端接地，其另一端与谐振电容Cr的不接地端之间连接开关元件K2，仅利用一个电感元件Lr和谐振电容Cr的谐振实现软开关运行，将输入直流电压Vi变换为输出直流电压Vo。
所述的开关元件K1为IGBT、场效应管、晶体管等全控或半控型功率开关器件。
所述的开关元件K2为二极管。
本实用新型能够达到的有益效果是：利用E类软开关技术，电感Lr、谐振电容Cr构成的谐振网络使得开关元件K1和K2都工作在软开关模式下，具有较高的变换效率；同时只使用了一个电感，电路更加简单，有利于减小体积，适合于满足高功率密度变换器的设计。
附图说明：
图1为本实用新型的电路模型图。
图2为本实用新型的具体实施例图。
图3为本实用新型实施例图的工作波形图。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步的解释：
如图2所示：该单电感软开关直流变换器包括：直流电源Vi，电感Lr，开关管T和二极管Do，谐振电容Cr和滤波电容Co，负载元件R，其中滤波电容Co和负载元件R并联构成滤波负载网络。电感Lr的一端接输入直流电源Vi的正极，另一端接开关管T的漏极(或集电极、阳极)；谐振电容Cr和T并联，Cr和T的源极(或发射极、阴极)相连的一端接地(也即接电源负极)；滤波电容Co和负载元件R并联构成的滤波负载网络一端接地，另一端与谐振电容Cr不接地的一端之间连接二极管Do。本电路仅用一个电感元件，利用电感Lr和谐振电容Cr的谐振实现软开关运行。将输入直流电压Vi变换为输出直流电压Vo。
如图3所示，开关管T工作在周期性开关状态下，由开关管的栅极(基极、门极)输入PWM脉宽信号，控制开关管的开通及关断。在开关管T开通时，T两端电压为0，通过T的电流线形增长，通过电容Cr的电流为0；当T关断后，整流二极管Do开始处在关断状态，电感Lr中电流对电容Cr充电使电容Cr两端电压缓慢增长并在某一时刻达到输出电压Vo。之后，二极管Do导通，电感Lr中电流通过Do对输出电容充电。Do中电流线性减小并逐渐降为0，形成二极管0电流关断。二极管关断后，电容Cr通过Lr放电，在开关管T开通时刻，电容Cr两端电压也即开关管T上电压降为0，形成0电压开通。
该电路利用E类软开关技术，电感Lr、谐振电容Cr构成谐振网络，使开关管和二极管都工作在软开关模式下，极大地减小了功率损耗，同时只应用了一个电感，电路更加简单，有利于减小体积，适合于高功率密度变换器的设计。

Claims (3)

1、一种单电感软开关直流变换器由直流电源(Vi)，电感(Lr)，开关元件(K1)、(K2)，谐振电容(Cr)和滤波电容(Co)，负载元件(R)构成，滤波电容(Co)与负载元件(R)并联构成滤波负载网络，其特征在于：电感(Lr)的一端接输入直流电源(Vi)的正极，另一端接开关元件(K1)；谐振电容(Cr)和开关元件(K1)并联，谐振电容(Cr)和开关元件(K1)的另一端接地；滤波电容(Co)和负载元件(R)并联构成的滤波负载网络一端接地，另一端与谐振电容(Cr)的不接地端之间连接开关元件(K2)。
2、如权利要求1所述的单电感软开关直流变换器，其特征在于：开关元件(K1)为绝缘栅双极晶体管(IGBT)或场效应管或晶体管。
3、如权利要求1和2所述的单电感软开关直流变换器，其特征在于：开关元件(K2)为二极管，二极管的正端接(Cr)，负端接(Co)。
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