[发明专利]同步整流Buck变换器全软开关电路及调制方法

说明书

本发明实施例涉及开关电源技术领域，特别涉及同步整流Buck变换器全软开关电路及调制方法，包括主开关Q₁；同步整流开关管Q₂，用于替代普通续流二极管，减小续流损耗；辅助电容C_r用于在开关管Q₁或Q₂关断瞬间箝位其两端的电压；辅助开关管Q_r、二极管D_r以及电感L_r组成的串联支路，用于消除同步整流开关寄生二极管反向恢复损耗，并实现主开关Q₁与同步整流开关Q₂零电压开通；保护二极管D_P1和D_P2用于箝位所有功率半导体器件寄生电容与辅助电感L_r谐振的电压，并将大部分谐振能量回馈至输入电源V_i。实现主开关与同步整流开关近似零电压关断，并通过软开关电路辅助电感的作用实现辅助开关零电流开通与关断。

技术领域

本发明实施例涉及开关电源技术领域，特别涉及同步整流Buck变换器全软开关电路及调制方法。

背景技术

电力电子及电源技术的发展，对开关电源效率和功率密度提出了更高的要求，使得高频率、高效率开关电源的研究备受关注。Buck变换器因具有较宽的降压范围，在非隔离型低压大电流场合中得到广泛应用。传统Buck变换器开关管以硬开关方式动作，带来很大的开关损耗，使得变换器转换效率低、发热严重，导致系统稳定性下降。同时，在开关管开通瞬间，二极管因强迫换流而引起很大的反向恢复电流，带来很强的开关噪声和EMI问题。快速的二极管反向恢复过程导致电流环路切换时的电流变化斜率很高，从而在电路寄生串联电感上产生过高的感应电压，使得器件电压应力大幅增加。为了保证变换器的可靠性，需要采用更高耐压等级的功率半导体器件。

采用宽禁带半导体SiC功率器件能明显降低开关损耗，但其成本昂贵，不适用于低成本应用和产业化，且仍以硬开关方式动作，开关损耗以及硬开关噪声没能得到解决。基于软开关技术的Buck电路作为一种普适低成本方案正被大量研究与应用。通过在厡拓扑中串联电感、并联电容，并增加二极管构成了一类无源型软开关Buck电路。但由于无源软开关电路须采用谐振方式实现对辅助电路电路的充放电，最终导致主电路的开关周期和占空比都受到辅助电路谐振时间的限制，软开关范围极小且严重受元器件参数影响。辅助电路中采用功率开关管代替二极管，并合理设计储能元器件的位置，形成了有源软开关Buck电路。通过控制有源型Buck电路中辅助开关的开通与关断来实现对辅助电路电容的充放电，软开关范围得到大幅度提高。

但是现有有源型软开关电路很多都存在着受负载电流影响的问题，不能在宽负载范围内实现软开关。另外一些有源软开关电路虽然实现了主开关的零电压开关，但是在辅助电路中引入了很大的开关损耗和二极管反向恢复问题。此外，这些软开关电路使主开关电流应力或电压应力增加，带来额外的主电路导通损耗。由于辅助电路不能实现软开通或关断，辅助开关的电压应力或电流应力也很高，引起很大的辅助电路损耗，系统效率提升不明显，反而体积、重量与成本增加。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供同步整流Buck变换器全软开关电路及调制方法，消除同步整流开关体二极管续流带来反向恢复问题，实现主开关与同步整流开关零电压开通与近似零电压关断，提高Buck电路的工作效率。