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CN212969446U - 非同步的buck变换器和设备 - Google Patents

非同步的buck变换器和设备 Download PDF

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CN212969446U
CN212969446U CN202021800734.5U CN202021800734U CN212969446U CN 212969446 U CN212969446 U CN 212969446U CN 202021800734 U CN202021800734 U CN 202021800734U CN 212969446 U CN212969446 U CN 212969446U
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CN
China
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diode
capacitor
inductance
excitation
buck converter
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Application number
CN202021800734.5U
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English (en)
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桂存兵
骆雪汇
罗隆
朱洪雷
傅鹤川
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Guangzhou Institute of Technology
Original Assignee
Guangzhou Institute of Technology
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Publication date
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

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Abstract

本实用新型公开了一种非同步的BUCK变换器和设备。本实用新型通过设置包括第一二极管和寄生电容的支路，能够进行非同步整流，适用于非同步整流以及能够将成本降低；而通过引入包含副边线圈、励磁、原边线圈电感和漏感的耦合电感元件，使得励磁电感电流应力低、降低第一二极管的电压应力，且励磁电感电流应力和电压应力会随着占空比的增加而减小，即在占比空大的场合下励磁电感电流应力低、第一二极管的电压应力，因此能适用于在大占空比、所需励磁电感应力小的场合。本实用新型作为一种非同步的的BUCK变换器和设备，可广泛应用于电力交换技术领域。

Description

非同步的BUCK变换器和设备
技术领域
本实用新型涉及电力交换技术领域，尤其是一种非同步的的BUCK变换器和设备。
背景技术
在BUCK变换器中，应用零电压软开关技术可以有效地减小开关损耗以及提高变换器效率。例如，准谐振零电压、零电压转移软开关技术等。而现有buck变换器，通常只具有对电流进行同步整流的功能必须设置两个主开关管作为同步整流管于主电路中，成本高且不能适用于非同步整流场景；且上述结构在大占空比条件下处于主电路的电感的电流应力大，损耗高。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种非同步的的BUCK变换器和设备。
本实用新型所采取的技术方案是：一种非同步的的BUCK变换器，包括：耦合电感元件、第一电容、第二电容、第三电容、寄生电容、电源、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一开关管以及第二开关管，其中所述耦合电感元件包括原边线圈、副边线圈、漏感和励磁电感；
所述第二开关管的集电极连接所述第三二极管的正极、所述电源的负极、所述第一二极管的负极以及所述第一电容一端，所述第二开关管的发射极连接所述副边线圈一端、所述第一电容另一端以及所述第一二极管的正极，所述副边线圈另一端连接所述电源的正极，其中所述副边线圈与所述第二开关管连接的一端为同名端；
所述第一开关管的集电极连接所述电源的正极以及所述第二二极管的负极，所述第一开关管的发射极连接所述第三二极管的负极、所述漏感一端以及所述第二二极管的正极，所述第二电容与所述第二二极管并联连接，所述寄生电容与所述第三二极管并联连接；
所述漏感另一端连接所述励磁电感一端以及所述原边线圈的同名端，所述励磁电感另一端连接所述原边线圈的非同名端以及所述第三电容一端，所述第三电容另一端连接所述第三二极管的正极，所述第三电容用于与负载并联连接。
本实用新型还提供一种设备，包括所述非同步的的BUCK变换器和所述负载。
本实用新型的有益效果是：通过设置包括第一二极管和寄生电容的支路，能够进行非同步整流，适用于非同步整流以及能够将成本降低；而通过引入包含副边线圈、励磁、原边线圈电感和漏感的耦合电感元件，使得励磁电感电流应力低、降低第一二极管的电压应力，且励磁电感电流应力和电压应力会随着占空比的增加而减小，即在占比空大的场合下励磁电感电流应力低、第一二极管的电压应力，因此能适用于在大占空比、所需励磁电感应力小的场合。
附图说明
图1为本实用新型一种非同步的的BUCK变换器的示意图；
图2为本实用新型一种非同步的的BUCK变换器工作过程中的参数变化示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步解释和说明。
参照图1，本实用新型实施例提供了一种适用于小励磁电感电流、大占空比条件下的非同步的的BUCK变换器，包括耦合电感元件、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、寄生电容CD3、电源Vin、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一开关管S1以及第二开关管S11，其中所述耦合电感元件包括原边线圈N1、副边线圈N2、漏感Lr和励磁电感Lm；
所述第二开关管S11的集电极连接所述第三二极管D3的正极、所述电源Vin的负极、所述第一二极管D1的负极以及所述第一电容C1一端，所述第二开关管S11的发射极连接所述副边线圈N2一端、所述第一电容C1另一端以及所述第一二极管D1的正极，所述副边线圈N2另一端连接所述电源Vin的正极，其中所述副边线圈N2与所述第二开关管S11连接的一端为同名端；
所述第一开关管S1的集电极连接所述电源Vin的正极以及所述第二二极管D2的负极，所述第一开关管S1的发射极连接所述第三二极管D3的负极、所述漏感Lr一端以及所述第二二极管D2的正极，所述第二电容C2与所述第二二极管D2并联连接，所述寄生电容CD3与所述第三二极管D3并联连接；
所述漏感Lr另一端连接所述励磁电感Lm一端以及所述原边线圈N1的同名端，所述励磁电感Lm另一端连接所述原边线圈N1的非同名端以及所述第三电容C3一端，所述第三电容C3另一端连接所述第三二极管D3的正极，所述第三电容C3用于与负载R并联连接。
在本实施例中，可以理解的是脉冲控制信号S1和S11不限于如图2所示的形式，其他实施例中可以利用其他方式；
Figure BDA0002649720320000031
表示在S1之前提前开通S11的时间，包括但不限于图中所示的长度。
下面详细描述本实用新型的具体工作过程：
t1～t2，在t1时刻前，S1和S11处于导通状态，S11所在支路导通，该支路电流iD减小，而漏感Lr电流iLr增大，直至在t1时刻支路电流iD为零，从而零电流软开关关断S11。第三二极管两端电压VD1和漏感电压VLr为零。在t1～t2，Lr、Lm被Vin-Vout充电，同时由于Lm很大，励磁电感电压
Figure BDA0002649720320000038
近似为Vin-Vout。
t2～t3，在t2时刻，关断S1，S1的第二电容经由
Figure BDA0002649720320000032
(流过S1所在支路的电流)充电，S1的集射两级之间的电压
Figure BDA0002649720320000033
由零增大，非同步整流二极管(第三二极管)的寄生电容CD3经由第三二极管的电流
Figure BDA0002649720320000034
放电。
t3～t4，在t3时刻，第三二极管导通，S1的集射两级之间电压
Figure BDA0002649720320000035
增大，具体为增大至vin，Lm、Lr放电。
t4～t5，在t4时刻，S11导通，励磁电感电流iLm减小，Lm＝的电压被钳位在-vin/N，iD1、
Figure BDA0002649720320000036
减小且iD增大，S1实现零电压软开关开通，且满足
Figure BDA0002649720320000037
其中N指的是副边线圈与原边线圈的比值。
t5～t6，在t5时刻，iD1减小为零，第三二极管反向截止。Lr、CD3、C2谐振，D3的寄生电容CD3经由
Figure BDA0002649720320000041
充电，C2经由
Figure BDA0002649720320000042
放电，S1的集射两级之间电压
Figure BDA0002649720320000043
线性减小。谐振公式如下：
Figure BDA0002649720320000044
其中，t代表时刻，为寄生电容CD1和第二电容的代数和。
t6～t7，在t6时刻，
Figure BDA0002649720320000045
线性减小为零，
Figure BDA0002649720320000046
经由D2流通，从而保证S1的零电压软开关开通。本励磁电感电压
Figure BDA0002649720320000047
漏感电流以及
Figure BDA0002649720320000048
增大，iD减小，此时满足
Figure BDA0002649720320000049
t7～t8，在t7时刻，
Figure BDA00026497203200000410
增大为零，S1的电流由负变正，iD减小至0，整个开关周期结束。
本实用新型还提供一种设备，包括所述非同步的的BUCK变换器和所述负载R。
本实用新型能够应用于非同步整流BUCK变换器，添加了一个辅助的副边绕组N2和辅助可控的S11形成辅助电路，实现耦合电感元件的对S1和S11软开关，第一开关管S1、第一二极管电压应力低，当需要导通S11时，可提前
Figure BDA00026497203200000411
控制S11，降低电流平均值降低和导通。另外，通过D3代替了现有交换器主电路的其中一个开关管，降低成本且适用于非同步整流场合。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (2)

1.一种非同步的BUCK变换器，其特征在于，包括：耦合电感元件、第一电容、第二电容、第三电容、寄生电容、电源、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一开关管以及第二开关管，其中所述耦合电感元件包括原边线圈、副边线圈、漏感和励磁电感；
所述第二开关管的集电极连接所述第三二极管的正极、所述电源的负极、所述第一二极管的负极以及所述第一电容一端，所述第二开关管的发射极连接所述副边线圈一端、所述第一电容另一端以及所述第一二极管的正极，所述副边线圈另一端连接所述电源的正极，其中所述副边线圈与所述第二开关管连接的一端为同名端；
所述第一开关管的集电极连接所述电源的正极以及所述第二二极管的负极，所述第一开关管的发射极连接所述第三二极管的负极、所述漏感一端以及所述第二二极管的正极，所述第二电容与所述第二二极管并联连接，所述寄生电容与所述第三二极管并联连接；
所述漏感另一端连接所述励磁电感一端以及所述原边线圈的同名端，所述励磁电感另一端连接所述原边线圈的非同名端以及所述第三电容一端，所述第三电容另一端连接所述第三二极管的正极，所述第三电容用于与负载并联连接。
2.一种设备，其特征在于：包括如权利要求1所述的非同步的BUCK变换器和所述负载。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115833610A (zh) * 2023-02-09 2023-03-21 恩赛半导体(成都)有限公司 一种电源转换电路和电子装置

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