一种用于Buck变换器的缓冲电路的制作方法

本发明涉及服务器供电领域，具体的说是一种用于Buck变换器的缓冲电路。

背景技术：

Buck变换器也称降压式变换器，串联稳压开关电源和三端开关型降压稳压电源，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。Buck变换器主要包括：开关元件、二极管、电感、电容和反馈环路。随着电源技术的发展，高效率、高功率密度的Buck变换器已经成为一种趋势。硬开关技术在高频开关时开关损耗较大，降低了变换器的效率，电磁干扰较严重。为解决该问题，本发明提出一种用于Buck变换器的缓冲电路。

技术实现要素：

本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种用于Buck变换器的缓冲电路。

本发明所述一种用于Buck变换器的缓冲电路，解决上述技术问题采用的技术方案如下：所述一种用于Buck变换器的缓冲电路，其主要包括Mos管V、输出滤波电感L_f、耦合电感L_c、耦合电感漏感L_lk、谐振电容C_r、C_s、续流二极管VD以及辅助二极管VD_s1、VD_s2、VD_s3，其中，Mos管V为功率管，L_lk与VD串联，实现VD的ZCS关断和V的ZCS开通；C_r通过VD_s1并联于V两端，实现其ZVS关断；L_c和L_f耦合在一起，C_s用于能量转换；L_c和VD_s1、VD_s2、VD_s3辅助完成能量恢复。

优选的,所述缓冲电路中设置有一电压源U_in。

优选的，所述缓冲电路还包括电容C_f、电阻R_f,C_f、R_f组成并联电路，该并联电路一端与输出滤波电感L_f连接。

本发明所述一种用于Buck变换器的缓冲电路与现有技术相比具有的有益效果是：该缓冲电路的谐振器件参数的具体设计方法，拓宽了可以实现软开关的占空比范围；该缓冲电路实现了开关管的零电流开通和零电压关断，有效降低了电压、电流和热应力；抑制整流二极管的反向恢复电流，提高了Buck变换器的变换效率；并且，该电路结构简单，易于设计和实现。

附图说明

附图1为所述缓冲电路的示意图；

附图2为耦合电感等效电路示意图；

附图3为V及VD电压和电流仿真波形。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明所述一种用于Buck变换器的缓冲电路进一步详细说明。

实施例：

本实施例所述缓冲电路，用于Buck变换器，如附图1所示，其主要包括Mos管V、输出滤波电感L_f、耦合电感L_c、耦合电感漏感L_lk、谐振电容C_r、C_s、续流二极管VD以及辅助二极管VD_s1、VD_s2、VD_s3，其中，Mos管V为功率管，L_lk与VD串联，实现VD的ZCS关断和V的ZCS开通；C_r通过VD_s1并联于V两端，实现其ZVS关断；L_c和L_f耦合在一起，C_s用于能量转换；L_c和VD_s1、VD_s2、VD_s3辅助完成能量恢复。所述ZCS为零电流开关，zero current switch，ZVS为零电压开关，zero voltage switch。

如附图1所示,所述缓冲电路中设置有一电压源U_in，用于缓冲电路供电；同时，所述缓冲电路还包括电容C_f、电阻R_f,C_f、R_f组成并联电路，该并联电路一端与输出滤波电感L_f连接。所述L_c和L_f耦合在一起，在Mos管V开通和关断时，L_c能够等效为一个正向和负向的电压源，分别为U_on，U_off，从而实现ZCS和ZVS，拓宽了实现软开关的占空比范围。如附图2所示。

具体实施时，结合附图1、2对本发明进行详细说明：

1)Mos管V关断时，由于存在C_r，有相当一部分电流从C_r流过，有效降低了Mos管的关断损耗；

2)L_c和L_f耦合在一起，为减小开通缓冲的时间，尽量增大L_c的匝比n，根据仿真结果分析选取n＝1/8；

3)Mos管V开通时，由于存在L_lk，Mos管电流上升速度被限制，能够实现ZCS开通；若Mos管电压在开通时间t_on内线性减小到零，则V的开通损耗W_on＝U_in²t_on²/(24L_lk)，为减小开通损耗，必须增大L_lk，为兼顾开关损耗和实现软开关占空比范围，L_lk取最优化，需满足T_{r_on}≤D_minT_s，T_{r_off}≤(1-D_max)T_s，式中D为占空比。当i＝I_min时，T_{r_off}最大，是缓冲电路关断过程持续时间的最差情况；L_lk(max)＝k²T_s²/(4π²C_ropt),0＜k＜1，式中C_ropt为C_r的最优值；

4)Mos管V开通时，VD电流逐渐减小，当电流减小到零后，在U_in和U_on共同作用下，反向增大到电流峰值I_rm，为尽量减小开通损耗，抑制二极管的反向恢复电流，则L_lk(min)＝(U_in+U_on)·t_rr/I_rm，其中t_rr为二极管反向恢复时间，L_lk值必须在L_lk(min)与L_lk(max)之间。

这样即可完成所述缓冲电路谐振器件参数的设计。

下面搭建一带耦合电感式无源无损缓冲电路的Buck变换器仿真模型，仿真参数设为：U_in＝300V，L_f＝160μH，L_c＝8.6μH，n＝1/8，L_lk＝4.2μH，C_r＝22nF，C_s＝220nF。如图3a，b，c所示，占空比D为0.96、0.5、0.1时，在很宽的占空比范围内都实现了V的软开关运行。D＝0.5时VD开通和关断瞬间的电压、电流仿真波形，VD也实现了软开关，无反向恢复问题。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的权利要求书的且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。