[发明专利]一种基于耦合电感的低纹波软开关同步整流Buck变换器

说明书

技术领域

本发明专利公开了一种基于耦合电感的低纹波软开关同步整流Buck变换器，涉及电力电子技术领域。

背景技术

降压式变换器电路(Buck电路)是一种最简单的降压式直流-直流变换器电路，被广泛应用于各种电力电子装置中。但由于其硬开关过程所造成的开关损耗和高频噪声，给此类变换器实现高频化、高功率密度上带来了限制和挑战。为了减小损耗，提升效率，同步整流Buck变换器应运而生，该种变换器应用了一个附加的功率开关管取代了传统电路中的整流二极管，采用同步整流的控制方式。

传统的同步整流Buck变换器在不增加额外的有源或无源器件组成的辅助电路时，无法实现主功率开关管的软开关，所以为了进一步减少开关损耗，需要让所有开关管都工作在软开关模式。通过对变换器中滤波电感电流的设计，可以实现每个开关周期内电感电流的短时反向，即可以通过反向的电感电流给主开关管的结电容进行充放电，以实现所有开关管的零电压开关，使变换器的效率得到提升。但是因为双向电感电流的存在，导致了新的问题产生，输出电感电流纹波非常大，进而对输出滤波电容有了很高的要求，往往需要较大的电解电容来保证输出电压的精度，不仅带来了变换器体积增大、成本增加的问题，电容本身的ESR也会导致能量的消耗。

发明内容

本发明专利所要解决的技术问题是：为克服现有技术中存在的不足，提供一种基于耦合电感的低纹波软开关同步整流Buck变换器，不需要为两个开关管附加额外的器件或电路，就能实现所有开关管的零电压开关。同时，采用了特殊的滤波网络，显著地减小了输出电感电流纹波，降低了对输出滤波器件的要求，实现了变换器的低纹波和效率提升。

本发明专利为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于耦合电感的低纹波软开关同步整流Buck变换器，其特征在于：包括第一、第二MOSFET，耦合电感，第三电感，第一、第二电容，电阻，其中，

所述第一MOSFET的漏极与输入端正极相连接，第一MOSFET的的源极与第二MOSFET的漏极、耦合电感的第一电感的同名端相连接，耦合电感的第一电感的异名端与耦合电感的第二电感同名端、第三电感的一端相连接，耦合电感的第二电感异名端和第二电容的一端、电阻的一端相连接，第三电感的另一端与第一电容的一端相连接，第二MOSFET的源极与输入端负极、第一电容的另一端、第二电容的另一端、电阻的另一端相连接。

本发明与现有技术相比的主要技术特点是：

电路结构简单，不需要复杂的控制，两个开关管就能实现零电压开关，变换器效率得到提升。

显著地减小了输出电感电流纹波，降低了对输出滤波电路的要求，相比于传统的同步buck变换器，减少了电感的绕组和电容的取值，电路成本没有增加，而变换器的输出精度和效率得到提高。

附图说明

图1是本发明专利的电路连接示意图，其中：Q₁、Q₂分别为第一、第二MOSFET，L₂、L₁分别是耦合电感中的第一电感和第二电感，同名端如图所示，其互感为L₃是第三电感，C₃，C₀分别是第一电容和第二电容，R为电阻。

图2是本发明的基于耦合电感的低纹波软开关同步整流Buck变换器的主要工作波形示意图。

图3～8是本发明的基于耦合电感的低纹波软开关同步整流Buck变换器的等效电路结构示意图。

图9是本发明的滤波网络的等效电路结构示意图。

图10是本发明变换器电路的一个设计实例的仿真电路图。

图11是图10中输出电压的仿真波形图。

图12是图10中电感电流的仿真波形图。

图13是图12的局部细节放大图。

具体实施方式

下面详细描述本发明专利的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明专利，而不能解释为对本发明专利的限制。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

下面结合附图对本发明专利的技术方案做进一步的详细说明：

一种基于耦合电感的低纹波软开关同步整流Buck变换器，包括第一、第二MOSFET，耦合电感，第三电感，第一、第二电容，电阻。