专利名称：软开关升压变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直流电源变换装置，特别是指一种软开关升压变换器。
背景技术：
直流升压变换器是一种常用的直流电源变换装置，它用于将一个低压电压源变换成一个高压电压源。为减小变换器体积，直流升压变换器升压开关常采用高频开关方式工作。由于续流二极管截止时反向恢复电流较大，该电流一方面增加了升压开关及续流二极管的开关损耗，另一方面造成较大的EMI干扰。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种软开关升压变换器，以抑制升压变换电路的续流二极管反向恢复电流，同时吸收升压开关关断时两端的过电压尖峰，提高变换器效率，降低变换器EMI干扰。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是它由升压储能电抗器L1、电抗器LS、电容器(CS1，CS2，C)、二极管(D1-D4)及半导体开关(SA，SB)组成，所述升压储能电抗器L1的一端接直流输入电源正端，另一端与电抗器LS、二极管D1的阳极相接；半导体开关(SA，SB)并接，其源极并接端接直流输入电源负端，漏极并接端与二极管D1的阳极相接，半导体开关(SA，SB)的控制端分别接脉冲宽度调制脉冲；二极管(D1，D2，D3)按极性依次串接后与由电抗器LS、二极管D4组成的串接支路并联，二极管(D3，D4)的阴极并接端接直流输出电源正端；电容CS1一端接在电抗器LS、二极管D4之间，另一端接在二极管D2与二极管D3之间；电容CS2的一端接在二极管D1与二极管D2之间，另一端与直流输入电源负端、输出直流电源负端相接；输出直流电容C并接于输出直流电源两端。
上述软开关升压变换器中半导体开关(SA，SB)为IGBT器件，并采用脉冲宽度调制，驱动脉冲相位相差180度，使得总的升压开关工作频率为每只半导体开关工作频率的两倍。
以下结合附图对本实用新型的结构和工作原理作进一步的说明。
图1是本实用新型的电路原理图。
图2a-h为本实用新型中软升压开关电路各阶段的等效电路图。
具体实施方式
参见图1，图中，L1为升压储能电抗器，SA和SB为两只可关断半导体功率开关IGBT器件，LS、D1、D2、D3、D4、CS1、CS2构成反向恢复电流抑制及过电压吸收电路，C为输出直流电容器。
本软开关升压变换器中，若输入直流电压为VI，电容C上电压为VO，则VO和VI有如下关系VO=VI1-D]]>下面介绍软开关升压电路的工作原理在SA或SB开通时，D4的反向恢复电流di/dt被吸收电感LS限制，使SA或SB开通及D4关断损耗减小。在SA或SB关断时，SA或SB的关断电压上升速度因吸收电容CS2的存在而减小，从而减小了SA或SB的关断损耗，也减小了EMI噪音。D4也得到零电压的开通和关断过程。吸收电路的储能最终通过CS1向C放电而释放，没有造成能量损耗。
软开关升压电路的具体工作过程中，假定输入电压恒定；输出电容足够大，输出电压恒定且无纹波；输入储能电感L1远比吸收电感LS大；把SA和SB等效成一个开关S1。
基于以上假设，软开关升压电路的工作周期可分为下列8个阶段，各阶段的等效电路如图2(a)-(h)所示。
阶段1t0时刻，S1开通。此后的瞬间，D4并不立即关断，要经历一个反向恢复的过程。吸收电感限制了反向恢复电流的di/dt，减少了EMI，同时降低了D4的关断损耗和S1的开通损耗(S1不需经受太大的来自二极管支路的反向恢复电流)。
阶段2t1时刻，D4断开。由于CS1上的电压为零，CS2上的电压使二极管D2自然导通。吸收电感LS、吸收电容CS1通过谐振回路CS2-D2-CS1-LS-S1充电。由于D4上电压等于电容C、CS2和CS1电压之和，其上升速度受到抑制，从而实现了D4的ZVS关断。开关S1电流等于L1充电电流和LS电流之和。t2时刻，VCS2等于0，谐振过程停止，D1导通。
阶段3t2时刻，CS2上的电压等于0，二极管D1自然导通，CS2电压保持为0。LS中的电流通过谐振回路LS-D1-D2-CS1对CS1充电。由于D1、D2的存在，LS和CS1的谐振是单方向的。在t3时刻，ILS等于0，谐振过程结束。LS中的储能在这个阶段全部转移到CS1中，此时CS1电压达到最大。
阶段4t3时刻，LS上的电流降为零，二极管D1和D2自然截止。此后直到t4，电容CS1上的电压保持不变，LS中电流保持为0。电路的工作状态与普通的升压电路S1开通后的状态相同。
阶段5t4时刻，开关S1断开。L1中的正向电流IF均通过D1使CS2充电。D2和D3因为被电容C的电压反偏置而不导通。开关S1漏源极电压等于VCS2，CS2的逐步充电使得S1上电压dv/dt较小。
阶段6t5时刻，吸收电容CS2上电压上升为VO，使得二极管D2和D3自然导通。LS上电压等于VCS1，使LS中电流上升并使CS1放电。
阶段7t6时刻，LS上的电流上升到L1的正向电流IF(t6)，D1和D2截止。此后，IF(t)通过D3使CS1继续放电。VCS1较小的dv/dt使得D4获得ZVS开通过程。
阶段8t7时刻，电容CS1上的电压减小到0，D3截止，二极管D4自然导通。吸收电路能量的恢复过程随CS1中的全部能量转移到C中而结束。此后电路的工作状态和普通的升压电路S1关断后的状态相同。
由上面的分析可知，谐振电感的电流、谐振电容与缓冲电容的电压，在一个工作周期中均能减小到0，能量吸收释放，周而复始，并不会消耗，也不能积累。换言之，谐振吸收单元本身是不消耗和积累能量的。同时，谐振电感和谐振电容的作用，减小了SA或SB的关断损耗，也减小了EMI噪音，从而提高电路的效率。
权利要求1.一种软开关升压变换器，其特征在于它由升压储能电抗器(L1)、电抗器(LS)、电容器(CS1，CS2，C)、二极管(D1DD4)及半导体开关(SA，SB)组成，所述升压储能电抗器(L1)的一端接直流输入电源正端，另一端与电抗器(LS)、二极管(D1)的阳极相接；半导体开关(SA，SB)并接，其源极并接端接直流输入电源负端，漏极并接端与二极管(D1)的阳极相接，半导体开关(SA，SB)的控制端分别接脉冲宽度调制脉冲；二极管(D1，D2，D3)按极性依次串接后与由电抗器(LS)、二极管(D4)组成的串接支路并联，二极管(D3，D4)的阴极并接端接直流输出电源正端；电容(CS1)一端接在电抗器(LS)、二极管(D4)之间，另一端接在二极管(D2)与二极管(D3)之间；电容(CS2)的一端接在二极管(D1)与二极管(D2)之间，另一端与直流输入电源负端、输出直流电源负端相接；输出直流电容(C)并接于输出直流电源两端。
2.根据权利要求1所述的软开关升压变换器，其特征在于所述的半导体开关(SA，SB)为IGBT器件。
3.根据权利要求1或2所述的软开关升压变换器，其特征在于所述的半导体开关(SA，SB)采用脉冲宽度调制，且驱动脉冲相位相差180度，使得总的升压开关工作频率为每只半导体开关工作频率的两倍。
专利摘要本实用新型公开了一种软开关升压变换器，它由升压储能电抗器(L1)、电抗器(LS)、电容器(CS1，CS2，C)、二极管(D1－D4)及半导体开关(SA，SB)组成。这种软开关升压变换器谐振电感和谐振电容的吸收作用，减小了半导体开关的关断损耗，也减小了EMI噪音，提高了电路的效率。
文档编号H02M3/04GK2652035SQ03248649
公开日2004年10月27日 申请日期2003年8月29日 优先权日2003年8月29日
发明者刘文辉, 刘文华 申请人:刘文辉, 刘文华