本發(fā)明涉及boost電路相關(guān)，尤其是指一種零電流軟開關(guān)boost電路及其工作方法。

背景技術(shù)：

1、由于經(jīng)濟(jì)原因，電動(dòng)自行車不可能和電動(dòng)汽車一樣有那么多的電池供給，所以電動(dòng)自行車的串聯(lián)電池天生存在過充過放的現(xiàn)象，造成了電動(dòng)自行車的電池壽命問題。

2、很難質(zhì)疑電動(dòng)自行車電池供給的現(xiàn)行方式，在電池是新電池時(shí)，使用串聯(lián)的電池供給形式應(yīng)該是最簡(jiǎn)單最有效的形式；但串聯(lián)電池需要各電池的電壓高度均值，如果有差異就會(huì)造成弱者失控，且存在弱者更弱的惡性循環(huán)；幸運(yùn)的是，當(dāng)一組電池失效時(shí)，弱者電池報(bào)廢后，我們發(fā)現(xiàn)還是有失效電池組里的其他電池是可以使用的。

3、對(duì)于失效電池組中可以使用的電池，當(dāng)前流行的處理方法是回收修復(fù)測(cè)試，當(dāng)作維修電池使用；但回用電池如果繼續(xù)用串聯(lián)電池使用，非常明顯的可以看到使用效果很難和新電池相比，所以這只是一種失效電池組的處理方法之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在上述的不足，提供了一種能夠提高電動(dòng)自行車電池壽命的零電流軟開關(guān)boost電路及其工作方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種零電流軟開關(guān)boost電路，包括輸入電源bt、電感l(wèi)、續(xù)流二極管d、輸出電容c、功率開關(guān)管q、諧振電容cs、諧振電容cr、諧振電感l(wèi)r、諧振可控硅dr和負(fù)載，所述輸入電源bt的正極連接電感l(wèi)的一端，所述電感l(wèi)的另一端分別連接續(xù)流二極管d的陽極、功率開關(guān)管q的漏極、諧振電容cs的一端和諧振電感l(wèi)r的一端，所述續(xù)流二極管d的陰極分別連接輸出電容c的一端和負(fù)載的一端，所述諧振電感l(wèi)r的另一端連接諧振電容cr的一端，所述諧振電容cr的另一端連接諧振可控硅dr的一端，所述輸入電源bt的負(fù)極分別連接諧振可控硅dr的另一端、輸出電容c的另一端、功率開關(guān)管q的源極、諧振電容cs的另一端和負(fù)載的另一端。

4、本發(fā)明利用升壓電路讓電池升壓，用并聯(lián)的形式替代電池的串聯(lián)方式，以解決串聯(lián)電池組弱者更弱的電池組惡性循環(huán)的弊??；特別是如果這個(gè)電池是失效電池組幸存下來的電池，相對(duì)于要修復(fù)、測(cè)試、運(yùn)輸?shù)鹊鹊墓ぷ鳎谶@些電池上只是加上經(jīng)濟(jì)上可行的升壓電路是解決電動(dòng)自行車電池壽命的另一個(gè)有效方案。如果升壓并聯(lián)電池方案是有效的，需要升壓電路是可靠的；而升壓電路沒有方法達(dá)到可靠，甚至比修復(fù)電池的可靠性更差，那這個(gè)方案就是失敗的。所以，我們無法在制作工藝上要求生產(chǎn)廠，也沒有辦法在器件質(zhì)量上要求供應(yīng)商，但我們可以在技術(shù)設(shè)計(jì)上讓這個(gè)電路更先進(jìn)，這就是我們?cè)谶@個(gè)經(jīng)典的升壓boost?電路上提出獨(dú)特的軟開關(guān)專利的目的；特別是當(dāng)功率開關(guān)管關(guān)閉時(shí)，用諧振電路引流原來流經(jīng)功率開關(guān)管的電流，讓流經(jīng)功率開關(guān)管的電流逐步減少直至為零，而不是被動(dòng)的僅僅關(guān)閉功率開關(guān)管讓電流流入別處，可以使功率開關(guān)管的零電流關(guān)閉更有效。

5、作為優(yōu)選，所述諧振電容cs、電感l(wèi)形成軟開關(guān)諧振電路支路一；在電感l(wèi)釋放能量后，該軟開關(guān)諧振電路支路一發(fā)生諧振，將諧振電容cs的能量通過變換使得電感l(wèi)輸出端的電位發(fā)生變化，以實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管q的零電壓開啟，這時(shí)流經(jīng)功率開關(guān)管q的電流?iq?為零。

6、作為優(yōu)選，所述諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr和諧振可控硅dr形成軟開關(guān)諧振電路支路二；在功率開關(guān)管q關(guān)斷前，諧振可控硅dr啟動(dòng)，該軟開關(guān)諧振電路支路二發(fā)生諧振，引流通過功率開關(guān)管q的電流，當(dāng)該諧振電路支路二中諧振電容cr的電流發(fā)展到與電感l(wèi)的電流相同時(shí)，即實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管q的零電流關(guān)斷，這時(shí)功率開關(guān)管q的漏極和源極之間的電壓vq為零。

7、作為優(yōu)選，所述諧振電容cs的一端與電感l(wèi)的另一端相連；所述諧振電感l(wèi)r、諧振電容cr和諧振可控硅dr依次串聯(lián)，諧振電感l(wèi)r的一端與續(xù)流二極管?d?的陽極相連，從而實(shí)現(xiàn)每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電路的無損工作。

8、作為優(yōu)選，在諧振電容cs的一端和諧振電容cr的一端連接有輔助電路，所述的輔助電路包括模擬開關(guān)?sw1a和放大器?op1a，其中模擬開關(guān)?sw1a的輸出端與放大器?op1a的正相輸入端連接，放大器?op1a的反相輸入端和放大器?op1a的輸出端均與諧振電容cs的一端相連，模擬開關(guān)?sw1a的兩個(gè)輸入端分別連接諧振電容cr的一端和諧振電容cs的一端，模擬開關(guān)?sw1a的控制端連接有單片機(jī)。

9、本發(fā)明還公開了一種零電流軟開關(guān)boost電路的工作方法，該零電流軟開關(guān)boost電路的工作模式為電流斷續(xù)工作模式，在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)存在六種形態(tài)，假定輸入電源bt的負(fù)極端電壓為0v，輸入電源bt的正極端電壓為12v，電感l(wèi)與輸入電源bt的正極連接一端為入口端，電感l(wèi)入口端電壓始終與輸入電源bt的正極端電壓保持一致，電感l(wèi)的另一端為出口端，具體如下：

10、（1）t0～t1階段：t0時(shí)刻，電感l(wèi)的出口端電壓為0v，諧振電容cr的電壓為固定值，諧振可控硅dr啟動(dòng)，功率開關(guān)管q處于開通狀態(tài)，諧振電容cs被功率開關(guān)管q鉗制處于不工作狀態(tài)；隨著時(shí)間的持續(xù)，電感l(wèi)的電流i流向功率開關(guān)管q，并且電感l(wèi)的電流i線性上升，同時(shí)存儲(chǔ)能量，通過諧振可控硅dr、諧振電容cr、諧振電感l(wèi)r形成諧振電路穩(wěn)定工作，諧振電容cr的電流ir流向功率開關(guān)管q，而諧振電容cr的電壓vr由正變負(fù)，而諧振電容cr的電流ir先線性上升后線性下降；

11、（2）t1～t2?階段：t1時(shí)刻，電感l(wèi)的出口端電壓仍為0v，諧振電容cr的電壓為負(fù)，諧振電容cr的電流ir為零；隨著時(shí)間的持續(xù)，諧振電感l(wèi)r流經(jīng)的電流ia反向，功率開關(guān)管q依然處于開通狀態(tài)，電感l(wèi)的電流i仍流向功率開關(guān)管q，并且電感l(wèi)的電流i繼續(xù)線性上升，同時(shí)存儲(chǔ)能量，但通過功率開關(guān)管q的電流被諧振電感l(wèi)r的電流ia引流，諧振電感l(wèi)r的電流ia線性上升，諧振電容cr的電壓也線性上升；諧振電感l(wèi)r的電流ia通過諧振可控硅dr、諧振電容cr、諧振電感l(wèi)r形成諧振電路穩(wěn)定工作，直到t2時(shí)刻，諧振電感l(wèi)r的電流ia會(huì)與流經(jīng)電感l(wèi)的電流i相等，流經(jīng)功率開關(guān)管q的電流為零，這時(shí)功率開關(guān)管q零電流關(guān)閉，功率開關(guān)管?q的漏極和源極之間的電壓為零；

12、（3）t2～t3?階段：t2時(shí)刻，諧振電容cr的電壓變?yōu)榱?，功率開關(guān)管q處于關(guān)斷狀態(tài)；隨著時(shí)間的持續(xù)，諧振電容cs開始存儲(chǔ)能量，隨著諧振電容cs的電壓上升使得電感l(wèi)的出口端電壓被持續(xù)拉升，直到電感l(wèi)的出口端電壓與電感l(wèi)的入口端電壓一致期間，電感l(wèi)的電流i繼續(xù)線性上升，同時(shí)存儲(chǔ)能量；之后電感l(wèi)的出口端電壓大于電感l(wèi)的入口端電壓，電感l(wèi)的電流i開始線性下降，同時(shí)釋放能量；電感l(wèi)的電流i一部分流向諧振電容cs的電流ib，電感l(wèi)的電流i另一部分流向諧振電容cr的電流i-ib，諧振電容cr和諧振電容cs電壓均線性上升，功率開關(guān)管q因?yàn)樘幱陉P(guān)斷狀態(tài)使其電壓隨著諧振電容cs電壓的變化而變化，直至讓續(xù)流二極管?d?導(dǎo)通；其中，流入諧振電感l(wèi)r和諧振電容cr、諧振可控硅dr組成的諧振電路的電流一直保持不變；

13、（4）t3～t4?階段：t3時(shí)刻，電感l(wèi)的出口端電壓為24v，諧振電容cs的電壓和功率開關(guān)管q的電壓均為24v，諧振電容cr的電壓為一個(gè)固定電壓，續(xù)流二極管d正向?qū)?；隨著時(shí)間的持續(xù)，電感l(wèi)開始給輸出電容c充電，流經(jīng)電感l(wèi)的電流i線性減少直至到零，電路達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)；由于諧振電容cs上沒有電流的進(jìn)出使得諧振電容cs的電壓保持為24v，同時(shí)電感l(wèi)的出口端電壓與諧振電容cs的電壓保持一致，功率開關(guān)管q因?yàn)樘幱陉P(guān)斷狀態(tài)使其電壓保持為24v；諧振電容cr上產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象，振鈴幅度由大到小逐漸變化，直到諧振電容cr上也沒有電流的進(jìn)出使得諧振電容cr的電壓保持為一個(gè)固定值；

14、（5）t4～t5?階段：t4時(shí)刻，續(xù)流二極管d關(guān)斷，電感l(wèi)放電結(jié)束，電感l(wèi)的電流為零，電感l(wèi)的出口端電壓為24v，諧振電容cs的電壓和功率開關(guān)管q的電壓均為24v，諧振電容cr電壓為固定值，諧振可控硅dr關(guān)閉；隨著時(shí)間的持續(xù)，諧振電容cs放電，諧振電容cs的電流ic經(jīng)過電感l(wèi)?流向輸入電池?bt，諧振電容cs和電感l(wèi)產(chǎn)生諧振，諧振電容cs的電壓線性下降，隨著諧振電容cs的電壓下降使得電感l(wèi)的出口端電壓被持續(xù)拉低，直到電感l(wèi)的出口端電壓與電感l(wèi)的入口端電壓一致期間，電感l(wèi)的電流i繼續(xù)線性上升；之后電感l(wèi)的出口端電壓小于電感l(wèi)的入口端電壓，電感l(wèi)的電流i開始線性下降，直到?t5時(shí)刻，諧振電容?cs?正極端的電壓為零；其中，諧振可控硅dr一直處于關(guān)閉狀態(tài)，諧振電容cr電流為零，電壓保持不變，功率開關(guān)管q也一直處于關(guān)斷狀態(tài)，功率開關(guān)管q的電流為零，電感l(wèi)能量反向流入了輸入電池?bt中，沒有經(jīng)過功率開關(guān)管q，功率開關(guān)管q的電壓由于諧振電容cs放電后有一個(gè)下降過程，即從24v到0v；

15、（6）t5～t6（t0）階段：t5時(shí)刻，電感l(wèi)的出口端電壓為零，電感l(wèi)的電流為零，功率開關(guān)管q開通，功率開關(guān)管q兩端電壓為零；隨著時(shí)間的持續(xù)，流經(jīng)電感l(wèi)的電流i從零開始線性增加，電路達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)；其中，諧振可控硅dr一直處于關(guān)閉狀態(tài)，諧振電容cr電流為零，電壓保持不變，功率開關(guān)管q一直處于開通狀態(tài)，諧振電容cs被功率開關(guān)管q鉗制處于不工作狀態(tài)，諧振電容cs電流為零，電壓保持不變。

16、作為優(yōu)選，在步驟（3）中，即?t2～t3?階段，為了保證在功率開關(guān)管q關(guān)閉到諧振電容cs以及諧振電容cr電壓上升使續(xù)流二極管導(dǎo)通這段時(shí)間里，流入諧振電感l(wèi)r和諧振電容cr、諧振可控硅dr組成的諧振電路的電流一直保持不變，設(shè)計(jì)了一個(gè)輔助電路來實(shí)現(xiàn)，其包括模擬開關(guān)?sw1a和放大器?op1a，其中模擬開關(guān)?sw1a的輸出端與放大器?op1a的正相輸入端連接，放大器?op1a的反相輸入端和放大器?op1a的輸出端均與諧振電容cs的一端相連，模擬開關(guān)?sw1a的兩個(gè)輸入端分別連接諧振電容cr的一端和諧振電容cs的一端，模擬開關(guān)sw1a的控制端連接有單片機(jī)；諧振可控硅dr、諧振電容cr、諧振電感l(wèi)r組成的諧振電路，從當(dāng)前周期t3時(shí)刻開始產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象，諧振電容cr上電壓在48v-0v?之間上下擺動(dòng)，如果不加控制，最終諧振電容cr上的電壓停留在24v；但如果控制振鈴的次數(shù)，在某次振鈴諧振電流ir等于零時(shí)，24v>諧振電容cr上的電壓>0v，控制諧振可控硅dr關(guān)閉，此時(shí)諧振電容cr上的電壓決定了下一個(gè)周期t2時(shí)刻流入諧振可控硅dr、諧振電容cr、諧振電感l(wèi)r組成的諧振電路的電流，也就是下一周期t2時(shí)刻電感l(wèi)流出的全部電流，使得流經(jīng)功率開關(guān)管?q?的電流為零，功率開關(guān)管q關(guān)閉，流經(jīng)諧振可控硅dr、諧振電容cr、諧振電感l(wèi)r組成的諧振電路的電流等于電感l(wèi)的電流，在關(guān)閉功率開關(guān)管q的同時(shí)，單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)使得模擬開關(guān)sw1a啟動(dòng)，讓放大器op1a的正相輸入端接通諧振電容cr的電壓，保證諧振電容cs和諧振電容cr的電壓相同，則諧振電感l(wèi)r的電壓為零，即諧振電感l(wèi)r進(jìn)口電壓等于諧振電感l(wèi)r出口電壓，這時(shí)流經(jīng)諧振電感l(wèi)r的電流不發(fā)生變化，即流入諧振電容cr的電流從下一個(gè)周期t2時(shí)刻開始恒定，而流經(jīng)電感l(wèi)的電流是隨時(shí)間的變化而變化的，變化的部分都流入諧振電容cs，且通過放大器op1a的調(diào)整，保證諧振電容cs與諧振電容cr同步升高，時(shí)間過程為下一個(gè)周期的t2-t3階段。

17、本發(fā)明的有益效果是：解決串聯(lián)電池組弱者更弱的電池組惡性循環(huán)的弊病，能夠提高電動(dòng)自行車電池壽命。