[发明专利]一种应用于高功率密度场合的高转换效率电压转换电路

说明书

本发明提出了一种应用于高功率密度场合的高转换效率电压转换电路，通过在传统的同步BUCK降压电路的输出电感两端并联一个箝位开关，降低了因二极管反向续流和寄生参数所引起的开关损耗，通过提高开关频率，降低无源器件的体积，完成电源模块体积的优化。本发明适用于对供电电源的功率密度和转换效率要求严格的场合，提出一种通过在输出滤波电感两端添加箝位开关实现软开关的电压转换方案，采用该方案的供电电源具有高功率密度和高转换效率的特点。本发明所述的具有箝位开关的功率转换电路，可以实现将输入直流或交流电转换成负载所需要的低压直流电。

技术领域

本发明涉及电力电子变换技术领域，尤其涉及一种高转换效率电压转换电路。

背景技术

供电电源模块高功率密度和高转换效率是实现用电设备集成化的必要条件，在一些用电设备中包括较多的用电子单元，而每个子单元需要配置相应的电源模块，为了有效优化物理空间，对电源模块的功率密度和转换效率就有着严格要求。

实现供电电源模块小型化的有效途径是提高能量转换频率，降低核心部件体积。然而却面临两点问题：①硬性开关导致功率器件的开关损耗增加，同时也产生了较高的能量尖峰和电磁噪声；②寄生二极管反向恢复时间变长，导致高频运行下无法及时关断，增加了转换损耗。

传统的硬性开关拓扑，如图1所示，开通时Q₁所要承受的电压为输入电压V_in，当开关频率提高时，Q₂的反向恢复电流变大，从而增加了Q₁的开关损耗。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题是：为用电设备提供具备高功率密度和高转换效率的电源解决方案。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种应用于高功率密度场合的高转换效率电压转换电路，所述电压转换电路包括同步BUCK降压电路，所述同步BUCK降压电路包括开关管Q₁、Q₂、输入电容C_in、输出电容C_out、输出电感L_out；高压侧开关管Q₁的一端接输入电源V_in，Q₁的另一端与Q₂的一端相连，低压侧开关管Q₂的另一端接地；输入电容C_in并联在输入电源的V_in两端，输出电感L_out的一端与Q₁的另一端相连，输出电感L_out的另一端与输出电容C_out的一端相连，输出电容C_out的另一端接地；在所述输出电感L_out支路上并联箝位开关Q_ZVS，用以实现Q₁的软开关。

进一步地，所述电压转换电路的低压侧开关Q₂关断后，添加的箝位开关Q_ZVS先导通，完成反向续流后，高压侧开关Q₁再导通。

进一步地，所述电压转换电路的一个工作周期分为4个工作阶段，阶段①②与传统同步BUCK降压电路的工作模式相同；第③阶段闭合Q_ZVS，第④阶段关断Q_ZVS。

进一步地，所述输入电源是直流输入或者高频交流输入。

进一步地，当输入为高频交流时，需要通过高频变压器完成隔离功能。

进一步地，当输入为高频交流时，经过整流变换成直流，再完成降压转换功能。

进一步地，所述高频变压器为紧凑型高频变压器。

进一步地，负载并联在输出电容C_out的两端。