一種降壓斬波電路及電子設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于電力電子功率變換【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種降壓斬波電路及電子設(shè)備；降壓斬波電路包括：第一開關(guān)管、第二二極管、第一電感、第一電容、電源、第二開關(guān)管、第二電容以及第二電感；第二開關(guān)管根據(jù)第二控制電平處于導通狀態(tài)使第二電感、第二電容以及第二二極管形成諧振回路，在諧振回路進行諧振期間，當諧振回路內(nèi)流經(jīng)第二二極管的電流為零時，第一開關(guān)管根據(jù)第一控制電平實現(xiàn)導通。本實用新型將諧振回路與第一開關(guān)管并聯(lián)連接，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在由于將諧振回路與主開關(guān)管進行串聯(lián)導致主開關(guān)管導通時電路的導通損耗較大的問題。
【專利說明】一種降壓斬波電路及電子設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電力電子功率變換【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種降壓斬波電路及電子設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢是小型化和輕量化，同時對電子裝置的效率和電磁兼容性也提出了更高的要求，通過提高開關(guān)頻率可以減小磁性器件的體積和重量，從而有效地降低裝置的體積和重量。然而在提高開關(guān)頻率時，如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的降壓斬波電路的第二二極管導通和關(guān)斷時的EMI (電磁干擾)問題和第一開關(guān)管的開關(guān)損耗問題也隨之增加，簡單的使用硬開關(guān)技術(shù)提高開關(guān)頻率會出現(xiàn)電路效率嚴重下降以及電磁干擾也加大的問題。近年來國內(nèi)外提出來了許多軟開關(guān)的方法，如零電壓準諧振DC/DC變換電路、零電壓多諧振DC/DC變換電路、零開關(guān)PWM DC/DC變換電路等，上述各類軟開關(guān)變換電路，通過在常規(guī)的降壓斬波電路的基礎(chǔ)上增加輔助諧振回路，利用電路中的諧振，使開關(guān)器件的電壓或電流波形呈準正弦波，從而為開關(guān)器件的導通與關(guān)斷創(chuàng)造了零電壓或零電流條件，實現(xiàn)了軟開關(guān)，減小了開關(guān)器件的損耗。但是，上述軟開關(guān)電路存在以下問題:上述軟開關(guān)電路中的諧振回路通常與主開關(guān)管進行串聯(lián)，因此需要處理較大的環(huán)流能量，在主開關(guān)管導通時導致電路的導通損耗較大。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在由于將諧振回路與主開關(guān)管進行串聯(lián)導致主開關(guān)管導通時電路的導通損耗較大的問題。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種降壓斬波電路，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的由于將諧振回路與主開關(guān)管進行串聯(lián)導致主開關(guān)管導通時電路的導通損耗較大的問題。
[0004]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種降壓斬波電路，包括:第一開關(guān)管、第二二極管、第一電感、第一電容以及電源；
[0005]所述電源的正極連接所述第一開關(guān)管的輸入端，所述第一開關(guān)管的輸出端連接所述第二二極管的陰極和所述第一電感的第一端，所述第一電感的第二端連接所述第一電容的第一端，所述第一電容的第二端連接所述第二二極管的陽極和所述電源的負極，所述第一開關(guān)管的控制端接入第一控制電平；
[0006]所述降壓斬波電路還包括第二開關(guān)管、第二電容以及第二電感；
[0007]所述第二電感的第一端連接所述第一開關(guān)管的輸出端，所述第二電感的第二端連接所述第二電容的第一端，所述第二電容的第二端連接所述第二開關(guān)管的輸入端，所述第二開關(guān)管的輸出端連接所述電源的負極，所述第二開關(guān)管的控制端接入第二控制電平；
[0008]第二開關(guān)管根據(jù)所述第二控制電平處于導通狀態(tài)使第二電感、第二電容以及第二二極管形成諧振回路，在所述諧振回路進行諧振期間，當所述諧振回路內(nèi)流經(jīng)第二二極管的電流為零時，所述第一開關(guān)管根據(jù)所述第一控制電平實現(xiàn)導通。
[0009]所述降壓斬波電路還包括第三二極管，所述第三二極管的陰極連接所述第二開關(guān)管的輸入端，所述第三二極管的陽極連接所述第二開關(guān)管的輸出端。
[0010]所述降壓斬波電路還包括第一二極管，所述第一二極管的陰極連接所述第一開關(guān)管的輸入端，所述第一二極管的陽極連接所述第一開關(guān)管的輸出端。
[0011]所述第一開關(guān)管和所述第二開關(guān)管為場效應(yīng)管、三極管或IGBT。
[0012]所述第一開關(guān)管為第一場效應(yīng)管，所述第一場效應(yīng)管的漏極、源極以及柵極分別為所述第一開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端；
[0013]所述第二開關(guān)管為第二場效應(yīng)管，所述第二場效應(yīng)管的漏極、源極以及柵極分別為所述第二開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端。
[0014]所述第一開關(guān)管為第一三極管，所述第一三極管的集電極、發(fā)射極以及基極分別為所述第一開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端；
[0015]所述第二開關(guān)管為第二三極管，所述第二三極管的集電極、發(fā)射極以及基極分別為所述第二開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端。
[0016]所述第一開關(guān)管為第一 IGBT，所述第一 IGBT的集電極、發(fā)射極以及柵極分別為所述第一開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端；
[0017]所述第二開關(guān)管為第二 IGBT，所述第二 IGBT的集電極、發(fā)射極以及柵極分別為所述第二開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端。
[0018]本實用新型的另一目的還在于提供一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括上述的降壓斬波電路。
[0019]本實用新型提供的降壓斬波電路，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在第二開關(guān)管導通時，使第二電感、第二電容以及第二二極管組成諧振回路，并且該諧振回路與第一開關(guān)管并聯(lián)連接，在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間，諧振回路產(chǎn)生諧振，獲得第一開關(guān)管導通的條件，并且諧振回路不需要處理很大的環(huán)流能量，因此電路的導通損耗較??；在開關(guān)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，電路又恢復到正常的PWM工作方式，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在由于將諧振回路與主開關(guān)管進行串聯(lián)導致主開關(guān)管導通時電路的導通損耗較大的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)BUCK電路的電路圖；
[0021]圖2是本實用新型實施例提供的降壓斬波電路的示意圖；
[0022]圖3是本實用新型實施例提供的降壓斬波電路的電路圖；
[0023]圖4是本實用新型實施例提供的降壓斬波電路的一個工作狀態(tài)示意圖；
[0024]圖5是本實用新型實施例提供的降壓斬波電路的另一個工作狀態(tài)示意圖；
[0025]圖6是本實用新型實施例提供的降壓斬波電路的另一個工作狀態(tài)示意圖；
[0026]圖7是本實用新型實施例提供的降壓斬波電路的工作波形示意圖。

【具體實施方式】
[0027]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0028]本實用新型實施例提供一種降壓斬波電路，請參閱圖2，其包括:第一開關(guān)管101、第二二極管D2、第一電感L1、第一電容Cl以及電源E。
[0029]電源的正極連接第一開關(guān)管101的輸入端，第一開關(guān)管101的輸出端連接第二二極管D2的陰極和第一電感LI的第一端，第一電感LI的第二端連接第一電容Cl的第一端，第一電容Cl的第二端連接第二二極管D2的陽極和電源的負極，第一開關(guān)管101的控制端接入第一控制電平SI,第一電容Cl的兩端并聯(lián)負載Rl。
[0030]降壓斬波電路還包括第二開關(guān)管102、第二電容C2以及第二電感L2。
[0031]第二電感L2的第一端連接第一開關(guān)管101的輸出端，第二電感L2的第二端連接第二電容C2的第一端，第二電容C2的第二端連接第二開關(guān)管102的輸入端，第二開關(guān)管102的輸出端連接電源的負極，第二開關(guān)管102的控制端接入第二控制電平S2。
[0032]第二開關(guān)管102根據(jù)第二控制電平S2處于導通狀態(tài)使第二電感L2、第二電容C2以及第二二極管D2形成諧振回路，在諧振回路進行諧振期間，當諧振回路內(nèi)流經(jīng)第二二極管D2的電流為零時，第一開關(guān)管101根據(jù)第一控制電平SI實現(xiàn)導通。
[0033]具體的，第一開關(guān)管101是主控開關(guān)管，其作用是斬波控制輸出電壓的主控開關(guān)器件。
[0034]第一電感LI是儲能電感，主要作用是儲存輸入能量，并且第一電感LI和第一電容Cl構(gòu)成輸出濾波電路，主要作用是輸出得到平滑的電壓和電流波形。
[0035]第二電感L2是諧振電感，第二電容C2是諧振電容，第二電感L2和第二電容C2作用是在第二開關(guān)管102導通時構(gòu)成輔助串聯(lián)諧振回路。
[0036]第二開關(guān)管102是輔助開關(guān)管，其作用是控制輔助諧振回路的通斷，為第一開關(guān)管101的導通與關(guān)斷創(chuàng)造零電流條件，實現(xiàn)軟開關(guān)，減小開關(guān)器件的能量損耗。
[0037]進一步的，如圖3所示，降壓斬波電路還包括第三二極管D3，第三二極管D3的陰極連接第二開關(guān)管102的輸入端，第三二極管D3的陽極連接第二開關(guān)管102的輸出端。
[0038]其中，所述第三二極管D3為第二開關(guān)管102的反并聯(lián)續(xù)流二極管。
[0039]進一步的，如圖3所示，降壓斬波電路還包括第一二極管D1，第一二極管Dl的陰極連接第一開關(guān)管101的輸入端，第一二極管Dl的陽極連接第一開關(guān)管101的輸出端。
[0040]其中，所述第一二極管Dl為第一開關(guān)管101的反并聯(lián)續(xù)流二極管。
[0041]進一步的，第一開關(guān)管101和第二開關(guān)管102具體可為場效應(yīng)管、三極管或IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)。
[0042]第一開關(guān)管101和第二開關(guān)管102的第一種實施方式均為三極管，其中，第一開關(guān)管101為第一三極管，第一三極管的集電極、發(fā)射極以及基極分別為第一開關(guān)管101的輸入端、輸出端以及控制端。
[0043]第二開關(guān)管102為第二三極管，第二三極管的集電極、發(fā)射極以及基極分別為第二開關(guān)管102的輸入端、輸出端以及控制端。
[0044]第一開關(guān)管101和第二開關(guān)管102的第二種實施方式均為IGBT，其中，第一開關(guān)管101為第一 IGBT，第一 IGBT的集電極、發(fā)射極以及柵極分別為所述第一開關(guān)管101的輸入端、輸出端以及控制端。
[0045]第二開關(guān)管102為第二 IGBT，第二 IGBT的集電極、發(fā)射極以及柵極分別為第二開關(guān)管102的輸入端、輸出端以及控制端。
[0046]第一開關(guān)管101和第二開關(guān)管102的第三種實施方式均為場效應(yīng)管，其中，第一開關(guān)管101為第一場效應(yīng)管，第一場效應(yīng)管的漏極、源極以及柵極分別為第一開關(guān)管101的輸入端、輸出端以及控制端。
[0047]第二開關(guān)管102為第二場效應(yīng)管，所述第二場效應(yīng)管的漏極、源極以及柵極分別第二開關(guān)管102的輸入端、輸出端以及控制端。
[0048]下面具體介紹本實用新型降壓斬波電路的具體工作模式，如圖3所示，其中，第一開關(guān)管101為IGBT VI，第二開關(guān)管為場效應(yīng)管Q1。
[0049]在分析之前，作如下假設(shè):(I)所有的開關(guān)管和二極管均為理想器件；(2)第一電感LI足夠大，可以認為在一個周期內(nèi)其上的電流基本不變；(3)第一電容Cl也足夠大，輸出電壓基本保持不變。
[0050]設(shè)電路的初始狀態(tài)為:第一開關(guān)管101、第二開關(guān)管102均為關(guān)斷狀態(tài)，第二二極管D2處于導通續(xù)流狀態(tài)。
[0051]降壓斬波電路工作過程中相關(guān)電量波形如圖7所示，其中，GVl為第一開關(guān)管的第一控制電平SI的波形、GQl為第二開關(guān)管的第二控制電平S2波形、Ir為第二電感L2的電流波形、Vr為第二電容C2的電壓波形、ID2為第二二極管D2的電流波形、IVl為第一開關(guān)管的電流波形。
[0052]第一工作時間段(T0?Tl)，如圖4和圖7所示，即在TO時刻第二開關(guān)管102根據(jù)第二控制電平S2導通，由第二電感L2、第二電容C2組成的諧振電路通過第二二極管D2形成諧振回路，在Tl時刻當?shù)诙姼蠰2的電感電流Ir諧振到零時，第二電容C2的電壓Vr諧振到正峰值，該時間段結(jié)束。
[0053]第二工作時間段(Tl?T2)，如圖4和圖7所示，在Tl時刻，第二電感L2的電感電流Ir諧振到零。其后Ir以反方向繼續(xù)諧振,當電感電流Ir諧振到-1時第二二極管D2將截止，該震蕩時間段結(jié)束。在T2時刻，Ir+I = 0，第二二極管D2截止，由于電感電流不能突變，在此刻可零電流導通第一開關(guān)管101，實現(xiàn)第一開關(guān)管101的零電流開通。
[0054]第三工作時間段(T2?T4)，如圖5和圖7所示，在時刻T2，第一開關(guān)管101零電流開通，第二二極管D2截止，在T3時刻當?shù)诙姼蠰2的電感電流Ir上升到零時，諧振電容電壓Vr〈0，此時第二電感L2的電感電流Ir繼續(xù)諧振，直到T4時刻電感電流Ir再次下降到零，在T4時刻,諧振電感電流Ir = O,而諧振電容電壓Vr>0,此時可零電流關(guān)斷第二開關(guān)管102，實現(xiàn)第二開關(guān)管102的零電流關(guān)斷，該諧振過程結(jié)束。
[0055]第四個工作時間段(T4?T5)，如圖6和圖7所示，在T4時刻，諧振電感電流Ir =0，而諧振電容電壓Vr>0，此時零電流關(guān)斷第二開關(guān)管102，由于諧振支路不存在回路，電路停止諧振，電感電流Ir保持為零，電容電壓保持Vr。第一開關(guān)管101保持導通，第一電感LI處于充電狀態(tài)，電路以常規(guī)的PWM方式運行，本運行模式的時間長短由電路控制脈沖的占空比和頻率決定。
[0056]第五個工作時間段(T5?T6),如圖5和圖7所不,在T5時刻，導通第二開關(guān)管102，為第一開關(guān)管101的零關(guān)斷做準備，電路再次開始諧振，在T6時刻，當?shù)诙姼蠰2的電感電流Ir再次諧振到零時，該時間段結(jié)束。
[0057]第六個工作時間段(T6?T7)，如圖5和圖7所示，在T6時刻，第二電感L2的電感電流Ir諧振至零，其后電感電流Ir繼續(xù)以反方向諧振,在T7時亥Ij,當諧振電感電流諧振到反向峰值時，在此時刻可以實現(xiàn)第一開關(guān)管101的零電流關(guān)斷，本時段結(jié)束。
[0058]第七個工作時間段(T7?T8)，如圖4和圖7所示，在T7時刻之后，第二電感L2的電感電流Ir諧振到反向最大值，之后繼續(xù)諧振直到T8時刻諧振電流Ir到-1時，本時段結(jié)束，在T8時刻可以實現(xiàn)第二開關(guān)管102的零電流關(guān)斷。
[0059]第八個工作時間段(T8?T9)，在T8時刻之后，與第二開關(guān)管102反并聯(lián)的第三二極管D3自然導通，第二電容C2的電壓Vr以恒流I向負載放電，當?shù)诙娙軨2的電壓在T9時刻降到零時，本時間段結(jié)束。
[0060]第九個工作時間段(T9?T10)，在T9時刻之后，第二電容C2的電壓為零，第二二極管D2正向?qū)?，電路重新震蕩，在TlO時刻當電路第二電感L2的電感電流Ir振蕩至零時，本段時間結(jié)束。在TlO時刻之后，整個開關(guān)震蕩周期結(jié)束，諧振電路重新回到初始狀態(tài)，以常規(guī)的PWM方式運行，直到下一個諧振周期的到來。
[0061]本實用新型另一實施例還提供一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括上述的降壓式變換電路。
[0062]本實用新型提供的降壓斬波電路，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在第二開關(guān)管導通時，使第二電感、第二電容以及第二二極管組成諧振回路，并且該諧振回路與第一開關(guān)管并聯(lián)連接，在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間，諧振回路產(chǎn)生諧振，獲得第一開關(guān)管導通的條件，并且諧振回路不需要處理很大的環(huán)流能量，因此電路的導通損耗較??；在開關(guān)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，電路又恢復到正常的PWM工作方式，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在由于將諧振回路與主開關(guān)管進行串聯(lián)導致主開關(guān)管導通時電路的導通損耗較大的問題。
[0063]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種降壓斬波電路,包括第一開關(guān)管、第二二極管、第一電感、第一電容以及電源； 所述電源的正極連接所述第一開關(guān)管的輸入端，所述第一開關(guān)管的輸出端連接所述第二二極管的陰極和所述第一電感的第一端，所述第一電感的第二端連接所述第一電容的第一端，所述第一電容的第二端連接所述第二二極管的陽極和所述電源的負極，所述第一開關(guān)管的控制端接入第一控制電平； 其特征在于，所述降壓斬波電路還包括第二開關(guān)管、第二電容以及第二電感； 所述第二電感的第一端連接所述第一開關(guān)管的輸出端，所述第二電感的第二端連接所述第二電容的第一端，所述第二電容的第二端連接所述第二開關(guān)管的輸入端，所述第二開關(guān)管的輸出端連接所述電源的負極，所述第二開關(guān)管的控制端接入第二控制電平； 所述第二開關(guān)管根據(jù)所述第二控制電平處于導通狀態(tài)使第二電感、第二電容以及第二二極管形成諧振回路，在所述諧振回路進行諧振期間，當所述諧振回路內(nèi)流經(jīng)第二二極管的電流為零時，所述第一開關(guān)管根據(jù)所述第一控制電平實現(xiàn)導通。
2.如權(quán)利要求1所述的降壓斬波電路，其特征在于，還包括第三二極管，所述第三二極管的陰極連接所述第二開關(guān)管的輸入端，所述第三二極管的陽極連接所述第二開關(guān)管的輸出端。
3.如權(quán)利要求1所述的降壓斬波電路，其特征在于，還包括第一二極管，所述第一二極管的陰極連接所述第一開關(guān)管的輸入端，所述第一二極管的陽極連接所述第一開關(guān)管的輸出端。
4.如權(quán)利要求2或3所述的降壓斬波電路，其特征在于，所述第一開關(guān)管和所述第二開關(guān)管為場效應(yīng)管、三極管或IGBT。
5.如權(quán)利要求4所述的降壓斬波電路，其特征在于: 所述第一開關(guān)管為第一場效應(yīng)管，所述第一場效應(yīng)管的漏極、源極以及柵極分別為所述第一開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端； 所述第二開關(guān)管為第二場效應(yīng)管，所述第二場效應(yīng)管的漏極、源極以及柵極分別為所述第二開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端。
6.如權(quán)利要求4所述的降壓斬波電路，其特征在于: 所述第一開關(guān)管為第一三極管，所述第一三極管的集電極、發(fā)射極以及基極分別為所述第一開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端； 所述第二開關(guān)管為第二三極管，所述第二三極管的集電極、發(fā)射極以及基極分別為所述第二開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端。
7.如權(quán)利要求4所述的降壓斬波電路，其特征在于: 所述第一開關(guān)管為第一 IGBT，所述第一 IGBT的集電極、發(fā)射極以及柵極分別為所述第一開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端； 所述第二開關(guān)管為第二 IGBT，所述第二 IGBT的集電極、發(fā)射極以及柵極分別為所述第二開關(guān)管的輸入端、輸出端以及控制端。
8.一種電子設(shè)備，其特征在于，所述電子設(shè)備包括如權(quán)利要求1至7中任意一項所述的降壓斬波電路。
【文檔編號】H02M3/155GK203933393SQ201420259008
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】謝宏偉 申請人:深圳市貝殼電氣技術(shù)有限公司