[发明专利]一种软开关DC‑DC变换电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种DC-DC变换电路，尤其涉及一种降压斩波变换电路。

背景技术

无刷直流电动机具有体积小、效率高等优点，在许多领域已经得到了广泛的应用。在过去的十几年里，无刷直流电机的发展主要集中在控制方法的研究和拓扑结构的设计及优化上，然而，大部分无刷直流电机的变换电路拓扑结构都是利用硬开关技术，这就相应的导致很大的开关损耗和电磁干扰,同时为了使变换电路的体积减小，增加开关频率是唯一的办法，但这也相应的带来损耗增大，而软开关技术可以解决这些问题。虽然设计出各种各样的软开关变换电路，比如零电压开关谐振电路、零电压开关电路、零电流转换电路等，但是针对无刷直流电机的特点，要求电流小，响应快，转矩脉动平稳、谐波成分少，损耗低，负载变化范围大及占空比调节范围宽等要求，各种软开关变换电路都有各自的缺点，并没有在无刷直流电机上得到广泛应用。零电压开关准谐振电路(ZVS-QRC)，电流应力虽然小，但是电压应力大，而且电压应力与负载成正比关系，它只适合应用于输入电压和负载变化范围窄的电路。零电压开关多谐振电路(ZVS-MRC)，虽然电压应力小，负载范围宽，但是导通损耗较大。谐振直流环电路(RDCLI)虽然电压电流应力小，负载范围大，但是它的控制原理复杂，存在电磁转矩脉动和非导通相续流的现象，而且输出电路中含有分频谐波。零电压转换电路(ZVT)，谐振回路不在主回路上，虽然这样可以有效的减少损耗，但是对功率管的选择有一定的限制。零电流转换电路(ZCT)，开关导通和关断损耗都很小，可以实现ZCS，电流电压应力也很小，但是它使用的器件多，控制过程复杂。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对无刷直流电动机的特点和变换电路的不足，提供一种损耗低、效率高、控制简单的软开关DC-DC变换电路。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

本发明软开关DC-DC变换电路，包括直流输入端和直流输出端，其特征在于直流输入端(U_in)的正极性与第一开关管(S₁)的集电极、第二开关管(S₂)的集电极相连，第一开关管(S₁)与第一电容(C₁)、第一二极管(D₁)并联，第二开关管(S₂)与第二电容(C₂)并联，电感(L_r)的两端与第一开关管(S₁)的发射极和第二开关管(S₂)的发射极相连，第二二极管(D₂)与第三电容(C₃)和电感(L_r)串联，第一二极管(D₁)的阴极与直流输入端(U_in)的正极性相连，第二二极管(D₂)的阳极与第三电容(C₃)相连，第三二极管(D)的阴极与第一开关管(S₁)的发射极相连，第三二极管(D)的阳极与直流输入端(U_in)的负极性相连，电感(L)的两端与第一开关管(S₁)的发射极和负载(R)相连，第四电容(C)与负载(R)并联。

本发明软开关DC-DC变换电路拓扑结构如图1所示，下面对本发明的工作原理做详细的描述：

为简化分析过程，先做一下基本假设：

(1)变换电路工作在稳定状态；

(2)所有功率开关、二极管都为理想器件；

(3)电感、电容均为理想储能元件；

(4)输入电压恒定；

(5)输出滤波电感足够大，使得流过滤波电感的电流可以看成恒流I₀；

(6)谐振电感远远小于滤波电感；

在一个开关周期，假设该电路工作在连续工作模式下，本发明可分为7个工作状态，其各个工作状态的等效电路图如图2a—2g所示。