专利名称：一种有源交错并联零电压软开关电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电源变换器技术领域，特别涉及一种有源交错并联零电压软开关 电路。
背景技术：
20世纪60年代开始得到发展和应用的DC/DC的PWM功率变换技术是一种硬开关 技术，所谓硬开关是指功率开关管开通或关断时，其上的电压或电流不等于零，即强迫器件 在电压不为零或电流不为零时关断。因此，应用硬开关技术的PWM功率变换器，其开关频率 不宜太高，否则会造成开关损耗太大，PWM功率变换器的效率降低。但是，提供开关频率是开关变换技术的重要发展方向之一，高频化可以使开关变 换器中的变压器、电感和电容的体积及重量大大减小，从而可以提高开关变换器的功率密 度。因此，20世纪70年代以来，国内外电力电子界和电源技术界开始研究开发高频软 开关技术，所谓软开关是指功率开关管开通或关断时，其上的电压或电流等于零，即零电压 开关或零电流开关。软开关技术是利用谐振原理，当开关管中的电流自然过零时，关断开关 管；或者，当开关管中的电压自然过零时，管断开关管。这样可以使开关管的开关损耗为零。现有技术中的DC/DC升压变换器一般均采用Boost电路，因为这种电路结构简单， 调试方便。但是当要求升压比很高时，Boost电路就不是很理想了。由Boost电路的原理可
知，其电压增益为式=》=+，DO = 1-D。理论上只要开关管的占空比D很大，输出电
U d "0
,Jj0 1
压增益就会很高；但是实际上因为电路有内阻，因此，电压增益为v=&=DQ+yD ’
其中，a = f，r。为电路的内阻，Ro为输出负载电阻。因此，实际电路中普通的Boost电路 的电压增益不会太高。在太阳能和燃料电池中以及其他对升压比要求很高的场合，由于输入电流很大， 普通的单管Boost电路就不是很理想了。交错并联Boost电路可以增大系统容量，参见图 1，该图为现有技术中交错并联Boost电路的结构图。其中，第一开关管Sl和第二开关管S2为主开关管，两者的工作时序相差180度， 即Sl和S2交替互补导通。当Sl导通时，第一电感Ll储能，第一二极管Dol截止，第一电 容Co为负载供电，第二电感L2上的能量叠加输入电压Vin通过第二二极管Do2给负载供 电同时给Co充电。当Sl关断时，Ll上的能量叠加Vin通过Dol为负载供电，同时也给Co 充电。S2的关断和导通的原理与Sl相同，在此不再赘述。但是，Sl和S2工作在硬开关状态，Dol和Do2也工作在硬开关状态，这样它们承受 的电压应力和电流应力比较高，容易损坏，由于工作在硬开关状态因此，整机的效率也比较 低。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种有源交错并联零电压软开关电路，能够 工作在软开关状态，降低整机的损耗，提高效率。本实用新型提供一种有源交错并联零电压软开关电路，包括第一组耦合电感、第 二组耦合电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管；第一组耦合电感包括第一绕组、第二绕组和第三绕组；第二组耦合电感包括第四 绕组、第五绕组和第六绕组；第一绕组的异名端连接输入电压的正端，同名端连接第二绕组的异名端；第二绕组的同名端连接第六绕组的同名端，第六绕组的异名端通过第一二极管连 接输出端；第四绕组的异名端连接输入电压的正端，同名端连接第五绕组的异名端；第五绕组的同名端连接第三绕组的同名端，第三绕组的异名端通过第二二极管连 接输出端；第一绕组的同名端通过第一开关管接地；第二绕组的异名端依次通过第三开关管 和第一箝位电容接地；第四绕组的同名端通过第二开关管接地；第五绕组的异名端依次通过第四开关管 和第二箝位电容接地；输出端通过并联的电阻和第一电容接地。优选地，所述第二绕组的匝数、第三绕组的匝数和第五绕组的匝数均相同。优选地，所述第一绕组的匝数和第四绕组的匝数相同。 优选地，所述第一箝位电容和第二箝位电容的容值相同。优选地，所述第一开关管的两端并联第一吸收电容；所述第二开关管的两端并联 第二吸收电容。优选地，所述第一吸收电容和第二吸收电容的容值相同。优选地，所述第一绕组和第四绕组的等效漏感相同。优选地，所述第一开关管和第二开关管均反向并联一个二极管。优选地，所述第三开关管和第四开关管均反向并联一个二极管。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点本实用新型提供的有源交错并联零电压软开关电路，与现有技术中的交错并联 Boost电路相比，增加了耦合电感和吸收电路；其中，耦合电感的漏感限制了输出二极管关 断电流的下降率，从而抑制输出二极管的反向恢复，很大程度减小了输出二极管反向恢复 电流引起的损耗。而增加的第三开关管和第四开关管作为有源辅助开关以及第一吸收电容 和第二吸收电容组成的辅助吸收电路吸收并无损地转移了漏感的能量，从而消除第一开关 管和第二开关管上的电压尖峰。在整个开关周期内，第一开关管和第二开关管的主开关管 以及辅助开关均是零电压开关，因此，减小了开关损耗，提高了整机的工作效率。
图1是现有技术中交错并联Boost电路的结构图；[0030]图2是本实用新型提供的有源交错并联零电压软开关电路的电路图；图3是本实用新型提供的电路对应的各个电压和电流的波形图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图对本 实用新型的具体实施方式
做详细的说明。参见图2，该图为本实用新型提供的有源交错并联零电压软开关电路的电路图。本实用新型提供的有源交错并联零电压软开关电路，包括第一组耦合电感、第二 组耦合电感、第一开关管Si、第二开关管S2、第三开关管Scl、第四开关管Sc2 ；第一组耦合电感包括第一绕组Lla、第二绕组Llb和第三绕组Llc ；第二组耦合电 感包括第四绕组L2a、第五绕组L2b和第六绕组L2c ；需要说明的是，第一组耦合电感可以为同一个电感，只是分为三个的绕组。第二组 耦合电感也可以为同一个电感，分为三个绕组。如图2所示，第一组耦合电感的同名端用圈 表示，第二组耦合电感的同名端用星表示。第一绕组Lla的异名端连接输入电压Vin的正端，同名端连接第二绕组Llb的异 名端；第二绕组Llb的同名端连接第六绕组L2c的同名端，第六绕组L2c的异名端通过 第一二极管Dol连接输出端；第四绕组L2a的异名端连接输入电压的正端，同名端连接第五绕组L2b的异名 端；第五绕组L2b的同名端连接第三绕组Llc的同名端，第三绕组Llc的异名端通过 第二二极管Do2连接输出端；第一绕组Lla的同名端通过第一开关管Sl接地；第二绕组Llb的异名端依次通过 第三开关管Scl和第一箝位电容Ccl接地；第四绕组L2a的同名端通过第二开关管S2接地；第五绕组L2b的异名端依次通过 第四开关管Sc2和第二箝位电容Cc2接地；输出端Vout通过并联的电阻Ro和第一电容Co接地。本实施例中优选地，第一开关管Si、第二开关管S2、第三开关管Scl和第四开关管 Sc2均为NMOS管。其中，第一开关管Sl的漏极连接第一绕组Lla的同名端，源极接地；第 三开关管Scl的漏极连接第一开关管Sl的漏极，源极通过第一箝位电容Ccl接地。第二开 关管S2的漏极连接第四绕组L2a的同名端，源极接地；第四开关管Sc2的漏极连接第二开 关管S2的漏极，源极通过第二箝位电容Cc2接地。本实施例优选所述第二绕组Llb的匝数、第三绕组Llc的匝数和第五绕组L2b的 匝数均相同。所述第一绕组Lla的匝数和第四绕组L2a的匝数相同。所述第一箝位电容Ccl和第二箝位电容Cc2的容值相同。所述第一开关管Sl的两端并联第一吸收电容Csl ；所述第二开关管S2的两端并 联第二吸收电容Cs2。所述第一吸收电容Csl和第二吸收电容Cs2的容值相同。所述第一绕组Lla和第四绕组L2a的励磁电感相同。[0050]本实用新型实施例提供的有源交错并联零电压软开关电路，与现有技术中的交错 并联Boost电路相比，增加了耦合电感和吸收电路；其中，耦合电感的漏感限制了输出二极 管(Dol和Do2)关断电流的下降率，从而抑制输出二极管的反向恢复，很大程度减小了输出 二极管反向恢复电流引起的损耗。而增加的第三开关管和第四开关管作为有源辅助开关以 及第一吸收电容和第二吸收电容组成的辅助吸收电路吸收并无损地转移了漏感的能量，从 而消除第一开关管和第二开关管上的电压尖峰。在整个开关周期内，第一开关管和第二开 关管以及有源辅助开关均是零电压开关，因此，在开通和关断期间减小了开关损耗，提高了 整机的工作效率。下面结合图3详细介绍本实用新型提供的电路的工作原理。参见图3，该图为本实用新型提供的电路对应的各个电压和电流的波形图。图中Lud和Lut2分别是第一绕组Lla和第二绕组Llb的等效漏感，Isl和Is2分别 是第一开关管Sl和第二开关管S2的电流，Vdsl和Vds2分别是第一开关管Sl和第二开关管 S2的漏极和源极之间的电压，Iscl和Ise2分别是第三开关管Scl和第四开关管Sc2的电流， Vdscl和Vds。2分别是第三开关管Scl和第四开关管Sc2的漏极和源极之间的电压，V。。i和V。。2 分别是第一吸收电容Csl和第二吸收电容Cs2上的电压。Idtjl和Id。2分别是第三开关管Scl 和第四开关管Sc2中流过的电流。为了便于分析，首先假定输出电压Vout为常量，第一电容Co上的电压近似认为是 一个恒压源；励磁电感Lla = L2a = Lm ；等效漏感Lud = Lut2 = Lut ；其中，Lud和Lut2分别是 第一绕组Lla和第四绕组L2a的等效漏感；Ccl = Cc2 = Co ；Csl = Cs2 = Cs ；主开关管(Si和 S2)和有源辅助开关(Scl和Sc2)由理想开关反并二极管组成，一个开关周期内共有16个 工作模态，由于电路结构的对称性，这里只分析其中8个模态。电路的静态工作波形如图3 所示。具体工作过程分析如下1)工作模态l(tO-tl) :S1和S2导通，Scl和Sc2关断，Dol和Do2反向关断，励磁
电感Lla = L2a上电流的上升。2)工作模态2(tl_t2) :tl时亥lj，S2关断，由于外并电容Cs2的作用，S2实现零电 压关断。S2上的电压线性上升。3)工作模态3(t2_t3) :t2时刻，S2上的电压上升到Cc2上电压，Sc2的反并二极管 导通。励磁电感L2a上的电流对Cc2充电，S2上的电压继续线性增加，由于Cc2 >>Cs2，
dv I (G)
S2上电压上升率可近似为°4)工作模态4(t3_t4) :t3时刻，Cc2上的电压上升到一定值，使得Do2正向导通。 整个电路开始向负载传递能量，漏感Lut2上的能量开始向C。2转移。流过Sl上的电流为励 磁电感Lla上电流和Do2上的电流折回到Lla之和。励磁电感Lla上的电流变化率和流过Sl
的电流分别为论—Lxa’isl(t) = iLla(t)+iD。2(t) · N。5)工作模态5(t4_t5) :t4时亥IJ，辅助管Sc2开通，由于Sc2的反并二极管已导通，因此Sc2零电压开通。Sc2的导通并不影响主开关管工作。本工作模态的等效电路与工作 模态4的类似。Cc2上的电流由于Lut2和C。2的谐振而改变方向，直接向负载传递能量。6)工作模态6(t5_t6) :t5时亥lj，Sc2关断，由于Cs2的作用，Sc2零电压关断，Cc2 退出工作，Lut2和主开关管上的并联电容Cs2形成新的谐振电路。Cs2上的能量逐渐被抽走。7)工作模态7 (t6-t7) :t6时刻，Cs2上的能量全部被转移到漏感Lut2上，S2的反 并二极管导通。然后，S2的门极信号给出，由于S2的电压已经降到零，S2零电压导通。漏
di V
ulLkl _ yQUlγ
感Lut2上电流和Do2上的电流的变化率分别为= __^L。
Lkl dt N2-Llkl8)工作模态8(t7_t8)输出二极管Do2上的电流随着漏感Lut2上电流上升而下 降。t8时刻，漏感Lut2上电流等于励磁电感上的电流，Do2上的电流下降到零，Do2关断。输 入电压对励磁电感和漏感充电。由于电路的对称性，接下来的工作模态与前面分析类似。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何 熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的 方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的 等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对 以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的 范围内。
权利要求一种有源交错并联零电压软开关电路，其特征在于，包括第一组耦合电感、第二组耦合电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管；第一组耦合电感包括第一绕组、第二绕组和第三绕组；第二组耦合电感包括第四绕组、第五绕组和第六绕组；第一绕组的异名端连接输入电压的正端，同名端连接第二绕组的异名端；第二绕组的同名端连接第六绕组的同名端，第六绕组的异名端通过第一二极管连接输出端；第四绕组的异名端连接输入电压的正端，同名端连接第五绕组的异名端；第五绕组的同名端连接第三绕组的同名端，第三绕组的异名端通过第二二极管连接输出端；第一绕组的同名端通过第一开关管接地；第二绕组的异名端依次通过第三开关管和第一箝位电容接地；第四绕组的同名端通过第二开关管接地；第五绕组的异名端依次通过第四开关管和第二箝位电容接地；输出端通过并联的电阻和第一电容接地。
2.根据权利要求1所述的有源交错并联零电压软开关电路，其特征在于，所述第二绕 组的匝数、第三绕组的匝数和第五绕组的匝数均相同。
3.根据权利要求1所述的有源交错并联零电压软开关电路，其特征在于，所述第一绕 组的匝数和第四绕组的匝数相同。
4.根据权利要求1所述的有源交错并联零电压软开关电路，其特征在于，所述第一箝 位电容和第二箝位电容的容值相同。
5.根据权利要求1所述的有源交错并联零电压软开关电路，其特征在于，所述第一开 关管的两端并联第一吸收电容；所述第二开关管的两端并联第二吸收电容。
6.根据权利要求5所述的有源交错并联零电压软开关电路，其特征在于，所述第一吸 收电容和第二吸收电容的容值相同。
7.根据权利要求1所述的有源交错并联零电压软开关电路，其特征在于，所述第一绕 组和第四绕组的等效漏感相同。
8.根据权利要求1所述的有源交错并联零电压软开关电路，其特征在于，所述第一开 关管和第二开关管均反向并联一个二极管。
9.根据权利要求1所述的有源交错并联零电压软开关电路，其特征在于，所述第三开 关管和第四开关管均反向并联一个二极管。
专利摘要本实用新型提供一种有源交错并联零电压软开关电路，与现有技术中的交错并联Boost电路相比，增加了耦合电感和吸收电路；耦合电感的漏感限制了输出二极管关断电流的下降率，从而抑制输出二极管的反向恢复，很大程度减小了输出二极管反向恢复电流引起的损耗。而增加的第三开关管和第四开关管作为有源辅助开关以及第一吸收电容和第二吸收电容组成的辅助吸收电路吸收并无损地转移了漏感的能量，从而消除第一开关管和第二开关管上的电压尖峰。在整个开关周期内，第一开关管和第二开关管的主开关管以及辅助开关均是零电压开关，因此，减小了开关损耗，提高了整机的工作效率。
文档编号H02M3/07GK201754558SQ20102029754
公开日2011年3月2日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者李光, 胡炳孝, 陈虹 申请人:杭州奥能电源设备有限公司