一種基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述電源V1的正極分別并接電容C1的一端和MOSFET M1的漏極，電容C1的另一端連接到電源V1的負(fù)極，MOSFET M1的源極分別并接MOSFET M2的漏極和主繞組L1的一端，MOSFET M2的源極連接到電源V1的負(fù)極，主繞組L1的另一端分別并接電容C2的一端和電阻R1的一端，電容C2的另一端和電阻R1的另一端分別連接到電源V1的負(fù)極，MOSFET M3的漏極和MOSFET M的漏極分別連接到從繞組L2的兩端，MOSFET M3的源極和MOSFET M4的源極分別連接到電源V1的負(fù)極，電源V1的負(fù)極接地。本實(shí)用新型的基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在保持原buck拓?fù)涞幕A(chǔ)上通過(guò)軟開(kāi)關(guān)降低能量消耗、降低電磁干擾，利用增加開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)電源的小型化，提高功率密度。
【專利說(shuō)明】
一種基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常用的非隔離降壓電源多采用buck拓?fù)?，如圖1所示，由輸入電源(VI)，輸入電容(Cl)，輸入開(kāi)關(guān)管(Ml)、同步開(kāi)關(guān)管(M2)、電感(LI)、輸出電容(C2)，負(fù)載(Rl)組成。電路中，輸入開(kāi)關(guān)管(Ml)為MOSFET，由于MOSFET內(nèi)部結(jié)電容的存在，當(dāng)Ml導(dǎo)通時(shí)它的VDS電壓為輸入電壓，導(dǎo)通后結(jié)電容被短路，能量消耗在Ml中，引起能量消耗。而且這種能量消耗會(huì)隨著開(kāi)關(guān)頻率的增加而增高。也是由于這個(gè)原因的存在，電源的開(kāi)關(guān)頻率被限制在200kHZ內(nèi)。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率直接影響電感與電容的大小，較低的開(kāi)關(guān)頻率使電感電容的設(shè)計(jì)值增大，從而需要大體積的電感與電容。另外，由于Ml導(dǎo)通瞬間di/dt非常高，這將導(dǎo)致電源的EMI(電磁干擾)非常嚴(yán)重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有非隔離降壓電源存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在保持原buck拓?fù)涞幕A(chǔ)上通過(guò)軟開(kāi)關(guān)降低能量消耗、降低電磁干擾，利用增加開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)電源的小型化，提高功率密度。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括電源VI，電容Cl和C2，負(fù)載R1，M0SFET 11、1213、和14，變壓器1(1以及變壓器Kl的主繞組L1、從繞組L2，所述電源Vl的正極分別并接電容Cl的一端和MOSFET Ml的漏極，電容CI的另一端連接到電源VI的負(fù)極，MOSFET Ml的源極分別并接MOSFET M2的漏極和主繞組LI的一端，MOSFET M2的源極連接到電源VI的負(fù)極，主繞組LI的另一端分別并接電容C2的一端和電阻Rl的一端，電容C2的另一端和電阻Rl的另一端分別連接到電源Vl的負(fù)極，MOSFET M3的漏極和MOSFET M的漏極分別連接到從繞組L2的兩端，MOSFET M3的源極和MOSFET M4的源極分別連接到電源Vl的負(fù)極，電源Vl的負(fù)極接地;在MOSFET Ml、M2、M3、和M4的內(nèi)部，漏極和源極之間均并接二極管，漏極連接二極管的陽(yáng)極，源極連接二極管的陰極，MOSFET Ml、M2、M3、和M4的柵極均連接驅(qū)動(dòng)電路。
[0005]所述從繞組L2的電感量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主繞組LI的電感量。
[0006]本實(shí)用新型的基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)解決了以下問(wèn)題:
[0007]I)解決非隔離降壓電源中MOSFET(開(kāi)關(guān)管)開(kāi)關(guān)損耗問(wèn)題；
[0008]2)解決非隔離降壓電源中MOSFET(開(kāi)關(guān)管)的電流、電壓開(kāi)啟瞬間的應(yīng)力問(wèn)題；
[0009]3)解決非隔離降壓電源中EMI(電磁干擾)嚴(yán)重的問(wèn)題；
[0010]4)解決非隔離降壓電源因開(kāi)關(guān)頻率低導(dǎo)致電路中電感、電容體積龐大的問(wèn)題；
[0011]5)解決非隔離降壓電源轉(zhuǎn)換效率因現(xiàn)有拓?fù)涠鵁o(wú)法提升大問(wèn)題。
[0012]本實(shí)用新型的基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在保持原buck拓?fù)涞幕A(chǔ)上通過(guò)軟開(kāi)關(guān)降低能量消耗、降低電磁干擾，利用增加開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)電源的小型化，提高功率密度。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為常用的非隔離降壓電源多采用buck拓?fù)洌?br>[0014]圖2為實(shí)用新型的基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0015]圖3為圖2起始時(shí)刻的分析圖；
[0016]圖4為圖2續(xù)流時(shí)刻的分析圖；
[0017]圖5為圖2箝位時(shí)刻的分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步介紹:
[0019]—種基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括電源VI，電容Cl和C2，負(fù)載Rl，MOSFET Ml、M2、M3、和M4，變壓器Kl以及變壓器Kl的主繞組L1、從繞組L2，所述電源Vl的正極分別并接電容Cl的一端和MOSFET Ml的漏極，電容Cl的另一端連接到電源Vl的負(fù)極，MOSFETMl的源極分別并接MOSFET M2的漏極和主繞組LI的一端，MOSFET M2的源極連接到電源Vl的負(fù)極，主繞組LI的另一端分別并接電容C2的一端和電阻Rl的一端，電容C2的另一端和電阻Rl的另一端分別連接到電源Vl的負(fù)極，MOSFET M3的漏極和MOSFET M的漏極分別連接到從繞組L2的兩端，MOSFET M3的源極和MOSFET M4的源極分別連接到電源VI的負(fù)極，電源VI的負(fù)極接地;在MOSFET Ml、M2、M3、和M4的內(nèi)部，漏極和源極之間均并接二極管，漏極連接二極管的陽(yáng)極，源極連接二極管的陰極，MOSFET M1、M2、M3、和M4的柵極均連接驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)信號(hào)由DSC(數(shù)字信號(hào)控制器)輸出。
[0020]其中，所述從繞組L2的電感量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主繞組LI的電感量。
[0021]如圖2所示是本實(shí)用新型的基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。其中，V1:輸入電源;Cl:輸入電容;MOSFET Ml:開(kāi)關(guān)管;MOSFET M2:續(xù)流管;MOSFET M3,MOSFET M4:箝位開(kāi)關(guān);L1:電感，變壓器Kl的主繞組;L2:電感，變壓器Kl的從繞組;C2:輸出電容;Rl:負(fù)載。本實(shí)用新型的關(guān)鍵在于在如圖1所示的常用的非隔離降壓電源多采用buck拓?fù)渖显黾覯OSFETM3、M0SFET M4和變壓器次繞組L2。
[0022]以下為電源處于穩(wěn)態(tài)時(shí)的分析:
[0023]參考圖3，輸入為Vin，輸出為Vout，起始時(shí)刻:設(shè)MOSFET Ml在零電壓開(kāi)啟，主繞組LI的端電壓為Vin-Vout，則主繞組LI的電流開(kāi)始以一定斜率上升，電流流過(guò)輸出電容Cl和負(fù)載Rl，由負(fù)極Rl返回輸入電源，構(gòu)成回路。這個(gè)階段主繞組LI開(kāi)始存儲(chǔ)能量，此時(shí)Vs =Vin0MOSFET M2無(wú)電流流過(guò)，MOSFET M2的并聯(lián)二極管反向截止。箝位開(kāi)關(guān)MOSFET M3、MOSFET M4同樣關(guān)閉，而且因?yàn)轶槲婚_(kāi)關(guān)MOSFET M3與MOSFET M4內(nèi)部并聯(lián)的二極管互相反向，所以從繞組L2只有感應(yīng)電壓，沒(méi)有電流流過(guò)，即不消耗能量。
[0024]參考圖4，續(xù)流時(shí)刻:在MOSFET Ml關(guān)斷時(shí)，由于Vs = Vin，即MOSFET Ml的Vds為零，所以MOSFET Ml為零電壓關(guān)斷。此時(shí)，因主繞組LI電流不能突變，電流經(jīng)主繞組L1、負(fù)載Rl、續(xù)流開(kāi)關(guān)MOSFET M2構(gòu)成回路。在這個(gè)回路中，初始時(shí)MOSFET M2內(nèi)部結(jié)電容電壓為Vs，隨著電流流過(guò)，MOSFET M2內(nèi)部結(jié)電容經(jīng)回路開(kāi)始放電，在MOSFET M2內(nèi)部結(jié)電容放電至MOSFETM2內(nèi)部二極管正向?qū)妷簳r(shí)，MOSFET M2內(nèi)部?jī)?nèi)部二極管續(xù)流。此時(shí)打開(kāi)續(xù)流開(kāi)關(guān)MOSFETM2，因?yàn)镸OSFET M2的Vds電壓近似為零，所以MOSFET M2為零電壓開(kāi)啟。
[0025]參考圖5，箝位時(shí)刻:當(dāng)主繞組LI流向負(fù)載的電流由正轉(zhuǎn)向負(fù)時(shí)，關(guān)斷MOSFET M2。由于回路電流接近零，且MOSFET M2的Vds為零，即MOSFET M2的損耗為零。在MOSFET M2關(guān)斷時(shí)，主繞組LI電壓約等于Vout，同時(shí)從繞組L2的感應(yīng)電壓與Vout成正比。主繞組LI電流為負(fù)并以一定斜率上降。此時(shí)，開(kāi)啟箝位開(kāi)關(guān)MOSFET M3,MOSFET M4，使從繞組L2短路，則從繞組L2的電流激增(由于從繞組L2的感應(yīng)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Vout，所以損耗極小)，由電磁感應(yīng)定律可知主繞組LI電流升高。(我們通過(guò)計(jì)算獲得能量的大小，并確定箝位時(shí)間)在判斷電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉箝位開(kāi)關(guān)MOSFET M3 ,MOSFET M4，由di/dt = U/L，當(dāng)箝位電路中電流回路被切斷，則在主繞組LI上會(huì)感應(yīng)出一個(gè)較高的電壓，此電壓給MOSFET M2的寄生電容充電，一直充到Vin-Vd，然后通過(guò)MOSFET Ml的寄生二極管給輸入反饋電能。此時(shí)MOSFET Ml的Vds電壓近似為零，為MOSFET Ml零電壓導(dǎo)通做好了準(zhǔn)備。
[0026]以上三步就是本拓?fù)涞囊粋€(gè)開(kāi)關(guān)周期，均實(shí)現(xiàn)了零電壓開(kāi)啟、零電壓關(guān)斷。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:包括電源VI，電容Cl和C2，負(fù)載Rl ,MOSFET Ml、M2、M3、和M4，變壓器Kl以及變壓器Kl的主繞組L1、從繞組L2，所述電源Vl的正極分別并接電容Cl的一端和MOSFET Ml的漏極，電容Cl的另一端連接到電源Vl的負(fù)極，MOSFET Ml的源極分別并接MOSFET M2的漏極和主繞組LI的一端，MOSFET M2的源極連接到電源Vl的負(fù)極，主繞組LI的另一端分別并接電容C2的一端和電阻Rl的一端，電容C2的另一端和電阻Rl的另一端分別連接到電源Vl的負(fù)極，MOSFET M3的漏極和MOSFET M的漏極分別連接到從繞組L2的兩端，MOSFET M3的源極和MOSFET M4的源極分別連接到電源Vl的負(fù)極，電源Vl的負(fù)極接地;在MOSFET Ml、M2、M3、和M4的內(nèi)部，漏極和源極之間均并接二極管，漏極連接二極管的陽(yáng)極，源極連接二極管的陰極，MOSFET Ml、M2、M3、和M4的柵極均連接驅(qū)動(dòng)電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟開(kāi)關(guān)的非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于:所述從繞組L2的電感量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主繞組LI的電感量。
【文檔編號(hào)】H02M1/44GK205490157SQ201620239516
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】石青
【申請(qǐng)人】北京普泰日盛新能源科技有限公司