本發(fā)明涉及電力電子專業(yè)領(lǐng)域，具體所涉及一種解決輕載不易實現(xiàn)軟開關(guān)電路。適用于開關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動器等功率電路的全負(fù)載范圍軟開關(guān)電路原理實現(xiàn)。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，很多領(lǐng)域需要使用高功率密度、高效率的開關(guān)電源。提高開關(guān)頻率可以減小變壓器、電感、電容的體積，是目前開關(guān)電源提高功率密度的一種趨勢。但是，開關(guān)頻率的提高，開關(guān)電源的損耗也隨之增加。為了減小開關(guān)電源的開關(guān)損耗，提高開關(guān)頻率，軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運而生。諧振軟開關(guān)能為功率器件開關(guān)提供零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)。

為了在不增大循環(huán)能量的同時，建立開關(guān)的軟開關(guān)條件，發(fā)展了許多軟開關(guān)pwm技術(shù)。它們使用某種形式的諧振軟開關(guān)過程，開關(guān)轉(zhuǎn)換結(jié)束后又恢復(fù)到常規(guī)的pwm工作方式，但它的諧振電感串聯(lián)在主電路內(nèi)，因此零開關(guān)條件與電源電壓、負(fù)載電流的變化范圍有關(guān)，在輕載下有可能失去軟開關(guān)條件。由于輕載狀態(tài)下無法實現(xiàn)軟開關(guān)，導(dǎo)致功率器件損耗大，發(fā)熱嚴(yán)重，降低系統(tǒng)可靠性。所以全負(fù)載范圍內(nèi)實現(xiàn)軟開關(guān)是開關(guān)電源小型化高功率密度設(shè)計的關(guān)鍵問題。

常用解決輕載實現(xiàn)軟開關(guān)的技術(shù)手段有通過在輸出處增加固定負(fù)載，規(guī)避系統(tǒng)輕載狀況。由于需要增加很多固定負(fù)載，實現(xiàn)了輕載狀態(tài)下的軟開關(guān)，但是在重載狀態(tài)由于固定負(fù)載存在，降低系統(tǒng)效率，增加發(fā)熱。以及還有通過各種手段增加諧振電感，加大死區(qū)時間等方式，但這種方式系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化復(fù)雜，難于實現(xiàn)，也會降低重載狀態(tài)諧振軟開關(guān)實現(xiàn)效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種開關(guān)電源的軟開關(guān)電路，解決系統(tǒng)輕載狀態(tài)實現(xiàn)軟開關(guān)，降低開關(guān)損耗，又能避免影響系統(tǒng)重載狀態(tài)整體效率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種開關(guān)電源的軟開關(guān)電路，包括功率采樣電路、負(fù)載電流判斷電路、輔助軟開關(guān)電路；

功率采樣電路連接到開關(guān)電源的輸出功率回路中，用于采集輸出功率回路的負(fù)載電流，將采集到的負(fù)載電流信號送入負(fù)載電流判斷電路中，負(fù)載電流判斷電路將接收到的所述負(fù)載電流信號與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，從而確定所述輸出功率回路處于輕載狀態(tài)還是重載狀態(tài)，并將狀態(tài)信號送入輔助軟開關(guān)電路，輔助軟開關(guān)電路根據(jù)所述狀態(tài)信號判斷是否實現(xiàn)軟開關(guān)，若接收到的是重載狀態(tài)信號，則不輔助實現(xiàn)軟開關(guān)，若接收到的為輕載狀態(tài)信號，則通過輔助軟開關(guān)電路實現(xiàn)輸出功率回路的軟開關(guān)。

所述功率采樣電路包括電阻r1和電容c3；

輸出功率回路的輸出正端和輸出負(fù)端之間串聯(lián)電阻r1和電容c3，電容c3的兩端引出輸出正信號以及輸出負(fù)信號；輸出功率回路的輸出負(fù)端與電阻r1之間，引出功率采樣信號cs。

負(fù)載電流判斷電路包括：電容c1、c2、電阻r2、r3、r4以及運算放大器v3；

功率采樣電路的輸出負(fù)信號通過電阻r2連接到運算放大器v3的輸入負(fù)端，功率采樣信號cs通過電阻r3連接到運算放大器v3的輸入正端，電容c1并聯(lián)在電阻r2兩端，運算放大器v3的輸入負(fù)端還通過電阻r4連接到vcc電源，電阻r2和r4對vcc電源進(jìn)行分壓，實現(xiàn)預(yù)設(shè)閾值的設(shè)置；

運算放大器v3的輸入正端還通過電容c2連接功率采樣電路的輸出負(fù)信號，運算放大器v3的輸出信號即為控制電平信號，并送入輔助軟開關(guān)電路中。

所述控制電平信號即為表征輸出功率回路處于輕載狀態(tài)還是重載狀態(tài)的狀態(tài)信號。

輔助軟開關(guān)電路包括：電阻r5～r10、三極管v1以及mos管v2；

負(fù)載電流判斷電路輸出的控制電平信號通過電阻r5連接到三極管v1的基極，同時，三極管v1的發(fā)射極連接到所述功率采樣電路的輸出負(fù)信號，電阻r7并聯(lián)在三極管v1的基極和發(fā)射極之間；

三極管v1的集電極通過電阻r6連接vcc電源，同時，三極管v1的集電極還連接到mos管v2的柵極，mos管v2的源極連接到所述功率采樣電路的輸出負(fù)信號，電阻r8并聯(lián)在mos管v2的源極和柵極之間；mos管v2的漏極通過并聯(lián)在一起的電阻r9和r10連接到所述功率采樣電路的輸出正信號。

電阻r9和r10為功率電阻。所述電阻r1為功率采樣電阻。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)本發(fā)明所提供的一種解決輕載不易實現(xiàn)軟開關(guān)電路，通過在系統(tǒng)輸出測并聯(lián)固定負(fù)載的方式阻值系統(tǒng)輕載狀態(tài)存在，使一些輕載不能實現(xiàn)軟開關(guān)電路無輕載狀態(tài)存在，實現(xiàn)整個系統(tǒng)全負(fù)載范圍實現(xiàn)軟開關(guān)，以提高發(fā)熱功率器件可靠性。

(2)本發(fā)明通過功率采樣電路和負(fù)載電流大小判斷電路讀取系統(tǒng)功率回路帶載狀態(tài)，通過對負(fù)載電流大小判斷電路中判斷裕值設(shè)定，設(shè)計系統(tǒng)輕載范圍和讀取系統(tǒng)是否處于輕載情況。實現(xiàn)發(fā)明電路對系統(tǒng)的靈活控制，結(jié)構(gòu)簡單實用性強。

(3)本發(fā)明通過對系統(tǒng)輸出負(fù)載電流大小判定，使系統(tǒng)在重載情況下自動切斷輸出側(cè)固定負(fù)載回路，實現(xiàn)固定負(fù)載不能工作，解決由于固定負(fù)載存在，使系統(tǒng)重載情況下效率低，減少發(fā)熱量，提高整體可靠性。

附圖說明

圖1本發(fā)明軟開關(guān)電路整體框圖；

圖2本發(fā)明系統(tǒng)功率采樣電路原理圖；

圖3本發(fā)明系統(tǒng)負(fù)載電流大小判斷電路原理圖；

圖4本發(fā)明輔助輕載軟開關(guān)實現(xiàn)電路原理圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。

如圖1所示，本發(fā)明提出了一種開關(guān)電源的軟開關(guān)電路，包括功率采樣電路、負(fù)載電流判斷電路、輔助軟開關(guān)電路，解決一些軟開關(guān)電路在輕載狀態(tài)下無法實現(xiàn)軟開關(guān)。功率采樣電路連接到開關(guān)電源的輸出功率回路中，用于采集輸出功率回路的負(fù)載電流，將采集到的負(fù)載電流信號送入負(fù)載電流判斷電路中，負(fù)載電流判斷電路將接收到的所述負(fù)載電流信號與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，從而確定所述輸出功率回路處于輕載狀態(tài)還是重載狀態(tài)，并將狀態(tài)信號送入輔助軟開關(guān)電路，輔助軟開關(guān)電路根據(jù)所述狀態(tài)信號判斷是否實現(xiàn)軟開關(guān)，若接收到的是重載狀態(tài)信號，則不輔助實現(xiàn)軟開關(guān)，若接收到的為輕載狀態(tài)信號，則通過輔助軟開關(guān)電路實現(xiàn)輸出功率回路的軟開關(guān)。

本發(fā)明實現(xiàn)輔助開關(guān)電源功率電路在輕載狀態(tài)實現(xiàn)軟開關(guān)，又能避免在重載狀態(tài)下影響開關(guān)電源整機效率，實現(xiàn)整個系統(tǒng)全負(fù)載范圍實現(xiàn)軟開關(guān)，以提高發(fā)熱功率器件可靠性。而且結(jié)構(gòu)簡單實用性強。

如圖2所示，功率采樣電路包括電阻r1和電容c3；所述電阻r1為功率采樣電阻。

開關(guān)電源中的輸出功率回路的輸出正端和輸出負(fù)端之間串聯(lián)電阻r1和電容c3，電容c3的兩端引出輸出正信號以及輸出負(fù)信號；輸出功率回路的輸出負(fù)端與電阻r1之間，引出功率采樣信號cs。電阻r1為功率采樣電阻，阻值小寄生電感小等特征，確保功率電阻不影響開關(guān)電源系統(tǒng)整體效率，而且流過大電流時功率損耗低。通過c3電容保證采集r1兩端電壓的穩(wěn)定性以確保數(shù)據(jù)可靠，防止影響后端判斷及控制電路誤動作。

如圖3所示，負(fù)載電流判斷電路包括：電容c1、c2、電阻r2、r3、r4以及運算放大器v3；

功率采樣電路的輸出負(fù)信號通過電阻r2連接到運算放大器v3的輸入負(fù)端，運算放大器v3的輸入負(fù)端讀取輸出功率回路中r1兩端電壓值，輸入功率采樣信號cs通過電阻r3連接到運算放大器v3的輸入正端，電容c1并聯(lián)在電阻r2兩端，運算放大器v3的輸入負(fù)端還通過電阻r4連接到vcc電源，電阻r2和r4對vcc電源進(jìn)行分壓，實現(xiàn)預(yù)設(shè)閾值的設(shè)置，以確定負(fù)載電流輕載和重載重載判定閾值，通過電容c1保證運算放大器v3的輸入負(fù)端采集信號平穩(wěn)性，濾出干擾信號放置誤動作；運算放大器v3的輸入正端還通過電容c2連接功率采樣電路的輸出負(fù)信號，通過電容c2保證運算放大器v3的輸入正端采集信號平穩(wěn)性，濾出干擾信號放置誤動作。運算放大器v3的輸出信號即為控制電平信號，并送入輔助軟開關(guān)電路中。

控制電平信號即為表征輸出功率回路處于輕載狀態(tài)還是重載狀態(tài)的狀態(tài)信號。

如圖4所示，輔助軟開關(guān)電路包括：電阻r5～r10、三極管v1以及mos管v2；負(fù)載電流判斷電路輸出的控制電平信號通過電阻r5連接到三極管v1的基極，同時，三極管v1的發(fā)射極連接到所述功率采樣電路的輸出負(fù)信號，電阻r7并聯(lián)在三極管v1的基極和發(fā)射極之間；可以通過電阻r5和電阻r7的阻值大小設(shè)定三極管v1開啟電壓裕值，確保開關(guān)可靠性。三極管v1的集電極通過電阻r6連接vcc電源，通過r6對三極管v1集電極電流限流。同時，三極管v1的集電極還連接到mos管v2的柵極，mos管v2的源極連接到所述功率采樣電路的輸出負(fù)信號，電阻r8并聯(lián)在mos管v2的源極和柵極之間，電阻r6和電阻r8對vcc電源分壓設(shè)定mos管v2柵極最高開啟電壓，通過電阻r8快速泄放mos管v2源柵極電壓；mos管v2的漏極通過并聯(lián)在一起的電阻r9和r10連接到所述功率采樣電路的輸出正信號。電阻r9和r10為功率電阻，在功率回路輕載狀態(tài)時，將電阻r9和r10并聯(lián)與輸出功率回路的輸出正端和輸出負(fù)端之間，規(guī)避功率電路輕載狀態(tài)。

實施例：

本發(fā)明提供的一個實施例，r1選擇阻值100mω的功率采集電阻，功率電阻r9和r10選擇功率5w的水泥引線電阻，電阻r2選擇0.1k電阻，電阻r4選擇30k電阻，v1選擇npn型三極管，v2選擇低導(dǎo)通內(nèi)阻nmos管，v3選擇lm2904。

功率采集電阻r1可以替代成電流互感器及相關(guān)外圍器件，當(dāng)流過主功率回路電流很大時可以采取對采集的功率采樣電路中r1電壓信號進(jìn)行放大處理后在送入負(fù)載電流判斷電路。

本發(fā)明電路簡單，安全可靠，操作方便，成本低廉，不僅適用于解決輕載不易實現(xiàn)軟開關(guān)電路，還可以用于其他廣闊領(lǐng)域。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。