本发明涉及缓冲电路技术领域，具体涉及一种用于buck变换器的缓冲电路。
背景技术：
随着我国制造业水平的不断提升和国家“铸改焊”方针的贯彻，钢材作为主要的原材料其切割总量不断增加，这对切割效率、切割质量、环保性和产品成本等方面都提出了更高的要求，对性能优良、可靠性高的大功率等离子切割电源的需求变得越来越紧迫。切割电源是空气等离子切割机的核心，等离子切割电源针对等离子弧负载特性和切割工艺要求，应用现代电力电子学理论和自动控制理论，实现电能的高效率变换和控制的电源变换器。斩波式等离子切割电源具有结构简单、开关频率高、控制特性好、可靠性高的优点。但是斩波式的等离子切割电源仍然采用工频变压器降压，具有体积庞大、笨重、效率低等缺点，而采用逆变技术，借助于大功率电力电子开关及高频变压器可以代替工频变压器，从而使变压器和电抗器重量、体积、材料大幅度减少，效率相应提高。20kw以上的等离子切割电源一般采用双buck变换器并联提高输出功率，双buck变换器具有控制电路简单、开关频率高、控制特性好、可靠性高的优点，是当前大功率空气等离子切割电源的理想选择。但是斩波式的切割电源的功率管开通和关断都为硬开通或应关断，不仅影响切割电源的效率，而且会造成电压电流尖峰，影响切割电源的稳定性和使用寿命。
软开关技术按有无辅助开关管可以分为有源软开关技术和无源软开关技术。无源软开关技术可以分为：1)全谐振型变换器，按照谐振元件的谐振方式，分为串联谐振变换器和并联谐振变换器；2)准谐振变换器，多谐振变换器，谐振元件参与能量变换的某一个阶段，不是全程参与，这类变换器采用频率调制方法；3)无源有损缓冲和低损缓冲技术，这类技术中有消耗能量的电阻存在；4)无源无损缓冲技术，全部采用无源元件，并且在谐振环节里没有消耗能量的电阻存在，电路结构简单，理论上不消耗能量，将开关瞬态产生的能量反馈到电源端或者负载端，从而实现无损，lc谐振主要是循环能量，并不能利用谐振来实现功率管的零电流开通和零电压关断。
buck变换器利用电感和电容来对开关的开关轨迹进行整形，实现软开关，最早的方法是采用有损缓冲电路来实现。从能量的角度来看，它是将开关损耗转移到缓冲电路并消耗掉，从而改善开关管的开关条件。但是对于变换器的效率没有提高，甚至会使变换器的效率有所降低。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
本发明针对上述buck变换器采用有损缓冲电路影响变换器效率的缺陷问题，提供一种用于buck变换器的缓冲电路，buck变换器在功率管vt1和续流二极管vd1上增设缓冲电路，缓冲电路大大抑制了功率器件开关过程中的电压电流尖峰，减小了功率器件开通和关断损耗，提高了buck变换器的转换效率；无需辅助开关管缓冲电路，变换器效率高，也不需要辅助开关管驱动电路，控制电路简单。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于buck变换器的缓冲电路，包括功率管vt1、二极管d1、d2、vd1、电阻r1、r2、r3、ro，电容c1、c2、c3、co，电感lm、l1，输入电压uin、输出电压uout；所述输入电压uin的正极与电阻r1、功率管vt1集电极相连，电阻r1另一端与电容c1一端、二极管d1阴极相连，电容c1另一端、二极管d1阳极与输入电压uin的负极相连，功率管vt1发射极与电容c2一端相连，电容c2另一端与输入电压uin的负极相连；所述输入电压uin的负极与电阻r3一端、二极管vd1阳极相连，电阻r2另一端与电容c3一端相连，电容c3另一端与二极管d2阳极、二极管vd1阴极、电感l1一端相连，二极管d2阴极与电阻r2一端相连，电阻r2另一端与电感l1另一端、功率管vt1发射极、电感lm一端相连，电感lm另一端分别与电阻ro、电容co一端相连，电阻ro、电容co一端为输出电压uout的正极，电阻ro、电容co另一端与二极管vd1阳极相连，电阻ro、电容co另一端为输出电压uout的负极。
根据本发明的一实施例，所述功率管vt1为igbt。
根据本发明的一实施例，所述igbt型号为cm200dy-12nf，额定电压600v，额定电流200a。
根据本发明的一实施例，所述二极管vd1为快恢复二极管byw29-200。
根据本发明的一实施例，所述二极管d1为超快恢复二极管mur3060pt。
根据本发明的一实施例，所述二极管d2为超快恢复二极管mur3060pt。
根据本发明的一实施例，所述电容c1为双面金属化聚丙烯薄膜电容。
根据本发明的一实施例，所述电容c2为双面金属化聚丙烯薄膜电容。
根据本发明的一实施例，所述电容c3为双面金属化聚丙烯薄膜电容。
根据本发明的一实施例，所述电容co为铝电解电容，容量为250uf，耐压400v。
(三)有益效果
本发明的有益效果：一种用于buck变换器的缓冲电路，buck变换器在功率管和续流二极管上增设缓冲电路，缓冲电路大大抑制了功率器件开关过程中的电压电流尖峰，减小了功率器件开通和关断损耗，提高了buck变换器的转换效率；与有源缓冲电路相比，无需辅助开关管缓冲电路，变换器效率高，也不需要辅助开关管驱动电路，控制电路简单；在有损缓冲电路中，随着电源功率的增大，开关损耗增大，缓冲电路的损耗也随之增大，本发明缓冲电路能减小缓冲电路的损耗，提高buck变换器的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明缓冲电路原理图。
附图标记说明：
电阻r1、r2、r3、ro，电容co、c1、c2、c3，二极管d1、d2、vd1，功率管vt1，电感lm、l1，输入电压uin，输出电压uout。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1，一种用于buck变换器的缓冲电路，包括功率管vt1、二极管d1、d2、vd1、电阻r1、r2、r3、ro，电容c1、c2、c3、co，电感lm、l1，输入电压uin、输出电压uout；输入电压uin的正极与电阻r1、功率管vt1集电极相连，电阻r1另一端与电容c1一端、二极管d1阴极相连，电容c1另一端、二极管d1阳极与输入电压uin的负极相连，功率管vt1发射极与电容c2一端相连，电容c2另一端与输入电压uin的负极相连；输入电压uin的负极与电阻r3一端、二极管vd1阳极相连，电阻r2另一端与电容c3一端相连，电容c3另一端与二极管d2阳极、二极管vd1阴极、电感l1一端相连，二极管d2阴极与电阻r2一端相连，电阻r2另一端与电感l1另一端、功率管vt1发射极、电感lm一端相连，电感lm另一端分别与电阻ro、电容co一端相连，电阻ro、电容co一端为输出电压uout的正极，电阻ro、电容co另一端与二极管vd1阳极相连，电阻ro、电容co另一端为输出电压uout的负极。
功率管vt1为igbt，igbt型号为cm200dy-12nf，额定电压600v，额定电流200a。二极管vd1为快恢复二极管byw29-200。二极管d1为超快恢复二极管mur3060pt。二极管d2为超快恢复二极管mur3060pt。电容c1为双面金属化聚丙烯薄膜电容。电容c2为双面金属化聚丙烯薄膜电容。电容c3为双面金属化聚丙烯薄膜电容。电容co为铝电解电容，容量为250uf，耐压400v。
电容c1不仅可以抑制直流母线寄生电感的浪涌电压冲击，而且对功率管vt1进行r1、c1、d1钳位，抑制功率管vt1关断时的振荡现象。电容c2在功率管vt1关断的过程中，可以减小关断损耗，同时还会抑制emi噪声。功率管vt1集射极之间电压上升率的限制和改善通过并联电容c2来实现，电容c2使功率管近似实现零电压关断。为了抑制续流二极管vd1关断时的电压振荡，电阻r3与电容c3串联后并联在续流二极管vd1两端。为了抑制续流二极管vd1关断时的反向恢复，在续流二极管vd1与输入电压uin正极之间设置辅助电感l1。为了避免因续流二极管vd1串联辅助电感l1而不能及时续流，电阻r2与二极管d2串联后并联在辅助电感l1两端。在功率管vt1关断瞬间电阻r2、二极管d2为电感lm提供续流回路。在续流二极管vd1截止时，电阻r2、二极管d2为辅助电感l1中的电流提供续流回路。
具体工作时，功率管vt1输入侧无感吸收电容c1一方面抑制直流母线寄生电感的浪涌电压冲击，另一方面对功率管vt1进行rcd钳位，抑制igbt关断时的振荡现象；在功率管vt1关断的过程中，功率管vt1的集射极之间的电压会很快上升到输出电压大小，较大的du/dt也将造成很大的关断损耗，同时还会产生emi噪声，集射极之间电压上升率的限制和改善可以通过并联一个电容c2来实现，电容c2是功率管近似实现零电压关断的缓冲电容，增大电容c2值能大大减小关断损耗，但电容太大会使功率管开通时电流尖峰大，而且开通振荡加剧，缓冲电容c2就是实现缓冲电路低损耗的关键。电容c3和电阻r3主要抑制续流二极管vd1关断时的电压振荡；辅助电感l1主要用来抑制续流二极管vd1关断时的反向恢复，但其限制了续流二极管vd1开通时的电流增长速率；在电感l1两端并联缓冲吸收网络r2和d2可避免因续流二极管串联辅助电感而不能及时续流所带来的问题，在功率管vt1关断瞬间为电感lm提供续流，同时为续流二极管vd1截止时l1中的电流提供续流回路。
综上所述，本发明实施例，用于buck变换器的缓冲电路，buck变换器在功率管vt1和续流二极管vd1上增设缓冲电路，缓冲电路大大抑制了功率器件开关过程中的电压电流尖峰，减小了功率器件开通和关断损耗，提高了buck变换器的转换效率；与有源缓冲电路相比，无需辅助开关管缓冲电路，变换器效率高，也不需要辅助开关管驱动电路，控制电路简单；在有损缓冲电路中，随着电源功率的增大，开关损耗增大，缓冲电路的损耗也随之增大，本发明缓冲电路能减小缓冲电路的损耗，提高buck变换器的效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。