一种开关电源的软开关电路的制作方法

本发明涉及电力电子专业领域，具体所涉及一种解决轻载不易实现软开关电路。适用于开关电源、变频器、驱动器等功率电路的全负载范围软开关电路原理实现。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，很多领域需要使用高功率密度、高效率的开关电源。提高开关频率可以减小变压器、电感、电容的体积，是目前开关电源提高功率密度的一种趋势。但是，开关频率的提高，开关电源的损耗也随之增加。为了减小开关电源的开关损耗，提高开关频率，软开关技术应运而生。谐振软开关能为功率器件开关提供零电压开关和零电流开关。

为了在不增大循环能量的同时，建立开关的软开关条件，发展了许多软开关pwm技术。它们使用某种形式的谐振软开关过程，开关转换结束后又恢复到常规的pwm工作方式，但它的谐振电感串联在主电路内，因此零开关条件与电源电压、负载电流的变化范围有关，在轻载下有可能失去软开关条件。由于轻载状态下无法实现软开关，导致功率器件损耗大，发热严重，降低系统可靠性。所以全负载范围内实现软开关是开关电源小型化高功率密度设计的关键问题。

常用解决轻载实现软开关的技术手段有通过在输出处增加固定负载，规避系统轻载状况。由于需要增加很多固定负载，实现了轻载状态下的软开关，但是在重载状态由于固定负载存在，降低系统效率，增加发热。以及还有通过各种手段增加谐振电感，加大死区时间等方式，但这种方式系统参数优化复杂，难于实现，也会降低重载状态谐振软开关实现效果。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题为：克服现有技术的不足，提出一种开关电源的软开关电路，解决系统轻载状态实现软开关，降低开关损耗，又能避免影响系统重载状态整体效率。

本发明采用的技术方案是：

一种开关电源的软开关电路，包括功率采样电路、负载电流判断电路、辅助软开关电路；

功率采样电路连接到开关电源的输出功率回路中，用于采集输出功率回路的负载电流，将采集到的负载电流信号送入负载电流判断电路中，负载电流判断电路将接收到的所述负载电流信号与预设阈值进行比较，从而确定所述输出功率回路处于轻载状态还是重载状态，并将状态信号送入辅助软开关电路，辅助软开关电路根据所述状态信号判断是否实现软开关，若接收到的是重载状态信号，则不辅助实现软开关，若接收到的为轻载状态信号，则通过辅助软开关电路实现输出功率回路的软开关。

所述功率采样电路包括电阻r1和电容c3；

输出功率回路的输出正端和输出负端之间串联电阻r1和电容c3，电容c3的两端引出输出正信号以及输出负信号；输出功率回路的输出负端与电阻r1之间，引出功率采样信号cs。

负载电流判断电路包括：电容c1、c2、电阻r2、r3、r4以及运算放大器v3；

功率采样电路的输出负信号通过电阻r2连接到运算放大器v3的输入负端，功率采样信号cs通过电阻r3连接到运算放大器v3的输入正端，电容c1并联在电阻r2两端，运算放大器v3的输入负端还通过电阻r4连接到vcc电源，电阻r2和r4对vcc电源进行分压，实现预设阈值的设置；

运算放大器v3的输入正端还通过电容c2连接功率采样电路的输出负信号，运算放大器v3的输出信号即为控制电平信号，并送入辅助软开关电路中。

所述控制电平信号即为表征输出功率回路处于轻载状态还是重载状态的状态信号。

辅助软开关电路包括：电阻r5～r10、三极管v1以及mos管v2；

负载电流判断电路输出的控制电平信号通过电阻r5连接到三极管v1的基极，同时，三极管v1的发射极连接到所述功率采样电路的输出负信号，电阻r7并联在三极管v1的基极和发射极之间；

三极管v1的集电极通过电阻r6连接vcc电源，同时，三极管v1的集电极还连接到mos管v2的栅极，mos管v2的源极连接到所述功率采样电路的输出负信号，电阻r8并联在mos管v2的源极和栅极之间；mos管v2的漏极通过并联在一起的电阻r9和r10连接到所述功率采样电路的输出正信号。

电阻r9和r10为功率电阻。所述电阻r1为功率采样电阻。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明所提供的一种解决轻载不易实现软开关电路，通过在系统输出测并联固定负载的方式阻值系统轻载状态存在，使一些轻载不能实现软开关电路无轻载状态存在，实现整个系统全负载范围实现软开关，以提高发热功率器件可靠性。

(2)本发明通过功率采样电路和负载电流大小判断电路读取系统功率回路带载状态，通过对负载电流大小判断电路中判断裕值设定，设计系统轻载范围和读取系统是否处于轻载情况。实现发明电路对系统的灵活控制，结构简单实用性强。

(3)本发明通过对系统输出负载电流大小判定，使系统在重载情况下自动切断输出侧固定负载回路，实现固定负载不能工作，解决由于固定负载存在，使系统重载情况下效率低，减少发热量，提高整体可靠性。

附图说明

图1本发明软开关电路整体框图；

图2本发明系统功率采样电路原理图；

图3本发明系统负载电流大小判断电路原理图；

图4本发明辅助轻载软开关实现电路原理图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

如图1所示，本发明提出了一种开关电源的软开关电路，包括功率采样电路、负载电流判断电路、辅助软开关电路，解决一些软开关电路在轻载状态下无法实现软开关。功率采样电路连接到开关电源的输出功率回路中，用于采集输出功率回路的负载电流，将采集到的负载电流信号送入负载电流判断电路中，负载电流判断电路将接收到的所述负载电流信号与预设阈值进行比较，从而确定所述输出功率回路处于轻载状态还是重载状态，并将状态信号送入辅助软开关电路，辅助软开关电路根据所述状态信号判断是否实现软开关，若接收到的是重载状态信号，则不辅助实现软开关，若接收到的为轻载状态信号，则通过辅助软开关电路实现输出功率回路的软开关。

本发明实现辅助开关电源功率电路在轻载状态实现软开关，又能避免在重载状态下影响开关电源整机效率，实现整个系统全负载范围实现软开关，以提高发热功率器件可靠性。而且结构简单实用性强。

如图2所示，功率采样电路包括电阻r1和电容c3；所述电阻r1为功率采样电阻。

开关电源中的输出功率回路的输出正端和输出负端之间串联电阻r1和电容c3，电容c3的两端引出输出正信号以及输出负信号；输出功率回路的输出负端与电阻r1之间，引出功率采样信号cs。电阻r1为功率采样电阻，阻值小寄生电感小等特征，确保功率电阻不影响开关电源系统整体效率，而且流过大电流时功率损耗低。通过c3电容保证采集r1两端电压的稳定性以确保数据可靠，防止影响后端判断及控制电路误动作。

如图3所示，负载电流判断电路包括：电容c1、c2、电阻r2、r3、r4以及运算放大器v3；

功率采样电路的输出负信号通过电阻r2连接到运算放大器v3的输入负端，运算放大器v3的输入负端读取输出功率回路中r1两端电压值，输入功率采样信号cs通过电阻r3连接到运算放大器v3的输入正端，电容c1并联在电阻r2两端，运算放大器v3的输入负端还通过电阻r4连接到vcc电源，电阻r2和r4对vcc电源进行分压，实现预设阈值的设置，以确定负载电流轻载和重载重载判定阈值，通过电容c1保证运算放大器v3的输入负端采集信号平稳性，滤出干扰信号放置误动作；运算放大器v3的输入正端还通过电容c2连接功率采样电路的输出负信号，通过电容c2保证运算放大器v3的输入正端采集信号平稳性，滤出干扰信号放置误动作。运算放大器v3的输出信号即为控制电平信号，并送入辅助软开关电路中。

控制电平信号即为表征输出功率回路处于轻载状态还是重载状态的状态信号。

如图4所示，辅助软开关电路包括：电阻r5～r10、三极管v1以及mos管v2；负载电流判断电路输出的控制电平信号通过电阻r5连接到三极管v1的基极，同时，三极管v1的发射极连接到所述功率采样电路的输出负信号，电阻r7并联在三极管v1的基极和发射极之间；可以通过电阻r5和电阻r7的阻值大小设定三极管v1开启电压裕值，确保开关可靠性。三极管v1的集电极通过电阻r6连接vcc电源，通过r6对三极管v1集电极电流限流。同时，三极管v1的集电极还连接到mos管v2的栅极，mos管v2的源极连接到所述功率采样电路的输出负信号，电阻r8并联在mos管v2的源极和栅极之间，电阻r6和电阻r8对vcc电源分压设定mos管v2栅极最高开启电压，通过电阻r8快速泄放mos管v2源栅极电压；mos管v2的漏极通过并联在一起的电阻r9和r10连接到所述功率采样电路的输出正信号。电阻r9和r10为功率电阻，在功率回路轻载状态时，将电阻r9和r10并联与输出功率回路的输出正端和输出负端之间，规避功率电路轻载状态。

实施例：

本发明提供的一个实施例，r1选择阻值100mω的功率采集电阻，功率电阻r9和r10选择功率5w的水泥引线电阻，电阻r2选择0.1k电阻，电阻r4选择30k电阻，v1选择npn型三极管，v2选择低导通内阻nmos管，v3选择lm2904。

功率采集电阻r1可以替代成电流互感器及相关外围器件，当流过主功率回路电流很大时可以采取对采集的功率采样电路中r1电压信号进行放大处理后在送入负载电流判断电路。

本发明电路简单，安全可靠，操作方便，成本低廉，不仅适用于解决轻载不易实现软开关电路，还可以用于其他广阔领域。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。