一种集成电子软开关电路

摘要

一种集成电子软开关电路，包括由四个电子开关管连接组成的逆变桥，电感连接在逆变桥两输出端之间，并且在每个电子开关管的两端分别并联有一个二极管，关键是：在每个电子开关管的两端分别并联一个电容。本发明的有益效果是，用该器件或组件，可使原有硬开关工作的开关器件实现软开关工作，从而达到降低开关损耗，提高开关频率的目的；开关电路的结构简单，在原有的电路基础上仅仅增加一个并联电容，即可实现提高开关工作效率；应用范围广泛。

说明书

技术领域

本发明属于功率变换领域，涉及到一种功率变换电路中的电子软开关器件或组件，用于替代传统电路中的电子硬开关。 

背景技术

现有技术中硬开关电路较多，它的好处是开关控制比较简单，结构也较为简单。但硬开关工作方式存在开关损耗大，电磁辐射严重的缺点，是制约开关型功率变换器性能提升的巨大阻碍。现有功率变换设备的应用场合对其效率，体积，电磁干扰的要求越来越高，而硬开关电路的工作已成为制约其进一步发展的主要矛盾。 

针对硬开关电路的缺点，在开关型功率变换器的发展过程中，业界提出一些软开关电路拓扑和控制方法，率先在某些开关型功率变换领域实现了开关器件的软开关。但是仍然有许多功能性电路拓扑无法实现开关器件的软开关工作，如应用广泛的有源功率因数校正电路，桥式逆变电路，三电平逆变电路，buck电路等，只能采用硬开关的工作方式，这也成为制约开关型功率变换器提高效率，提高频率，提高功率密度的最大障碍，影响了功率变换技术的发展和广泛应用。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有开关型功率变换器中，开关管在工作过程中的硬开关问题，设计了一种集成电子软开关电路。 

本发明采用的具体技术方案是，一种集成电子软开关电路，包括由四个电子开关管连接组成的逆变桥，电感连接在逆变桥两输出端之间，并且 在每个电子开关管的两端分别并联有一个二极管，关键是：在每个电子开关管的两端分别并联一个电容。 

所述的开关电路的输入端为逆变桥中二极管的共阴极端，开关电路的输出端为逆变桥中二极管的共阳极端。 

与电子开关管并联的二极管是独立的；也可以是电子开关管寄生的。 

与电子开关管并联的电容是独立的；也可以是电子开关管寄生的。 

本发明的关键在于增加了四个保护电容，在保护电容的保护下，在电感的续流作用下，通过控制四个电子开关的开关顺序，可以实现四个电子开关的软开关工作。 

本发明的有益效果是，用该器件或组件，可使原有硬开关工作的开关器件实现软开关工作，从而达到降低开关损耗，提高开关频率的目的；开关电路的结构简单，应用范围广泛。 

附图说明

图1是本发明的软开关电路的原理图。 

图2是第一种状态的电流回路示意图。 

图3是第二种状态的电流回路示意图。 

图4是第三种状态的电流回路示意图。 

图5是第四种状态的电流回路示意图。 

图6是第五种状态的电流回路示意图。 

图7是第六种状态的电流回路示意图。 

图8是第七种状态的电流回路示意图。 

图9是第八种状态的电流回路示意图。 

图10是第九种状态的电流回路示意图。 

图11是第十种状态的电流回路示意图。 

图12是本发明在boost电路中的应用实施例。 

图13是本发明在buck电路中的应用实施例。 

图14是本发明在全桥逆变电路中的应用实施例。 

附图中，L1、L2代表电感，T1、T2、T3、T4代表电子开关管，D1、D2、D3、D4、D5代表二极管，C1、C2、C3、C4、C5代表电容，U代表电源。 

具体实施方式

一种集成电子软开关电路，包括由四个电子开关管T1、T2、T3、T4连接组成的逆变桥，电感L1连接在逆变桥两输出端之间，并且在每个电子开关管T1、T2、T3、T4的两端分别并联有一个二极管D1、D2、D3、D4，关键是：在每个电子开关管T1、T2、T3、T4的两端分别并联一个电容C1、C2、C3、C4。 

所述的开关电路的输入端为逆变桥中二极管D1、D2的共阴极端，开关电路的输出端为逆变桥中二极管D3、D4的共阳极端。 

与电子开关管T1、T2、T3、T4并联的二极管D1、D2、D3、D4是独立的；也可以是电子开关管T1、T2、T3、T4寄生的。 

与电子开关管T1、T2、T3、T4并联的电容C1、C2、C3、C4是独立的；也可以是电子开关管T1、T2、T3、T4寄生的。 

工作原理如下： 

首先控制电子开关管T1、T4处于导通状态，电子开关管T2、T3处于关断状态，此时回路中的电流回路如图2所示。电流经电子开关管T1、电感L1、电子开关管T4流过，方向为从左到右。 

当占空比导通时间达到设定值时，电子开关管T1在电容C1的保护下零电压关断，此时电流回路变为，二极管D2、电感L1、电子开关管T4，电子开关管T2两端电压为二极管D2的压降，如图3所示。 

经过死区时间后，电子开关管T2实现零电压导通，此时电流经电子开关管T2、电感L1、电子开关管T4流过，器件内部回路工作状态为电子开关管T1、T3关断，电子开关管T2、T4导通，电感电流方向为自左向右。如图4所示。整个器件此时处于关断状态。实现了器件从开启到关断的改变，在开关过程中，内部开关器件始终可实现软开关工作。 

当达到设定的关断时间后，首先在电容C4的保护下，实现电子开关管T4的零电压关断，电子开关管T4关断后，器件内部电流回路变为：电子开关管T2、电感L1、二极管D3，随着二极管D3的导通，电子开关管T3此时两端电压为二极管D3的压降，如图5所示。 

经过死区时间后，电子开关管T3可以在二极管D3导通的情况下实现零电压开启。此时器件内部为电子开关管T2、T3导通，电子开关管T1、T4关断，整体处于导通状态。这样就实现了器件的开启，如图6所示。 

随着器件的导通，由于器件承受的电压为上正下负，从左到右的电流逐渐减小，然后反向，变为从右到左，电流逐渐增大，如图7所示。 

当达到设定的导通时间时，电子开关管T2在电容C2的保护下实现零电压关断，此时电流回路变为：电子开关管T3、电感L1、二极管D1，电子开关管T1两端电压为二极管D1的压降，此时电流回路如图8所示。 

经过死区时间后，电子开关管T1实现零电压导通，此时电流经电子开关管T3、电感L1、电子开关管T1流过。此时器件内部回路工作状态为电子开关管T1、T3导通，电子开关管T2、T4关断，电感电流方向为自右向 左，如图9所示。整个器件此时再次处于了关断状态。实现了器件从开启到关断的改变，在开关过程中，内部开关器件始终可实现软开关工作。 

当达到设定的关断时间后，首先在电容C3的保护下，实现电子开关管T3的零电压关断，电子开关管T3关断后，器件内部电流回路变为：二极管D4、电感L1、电子开关管T1，随着二极管D4的导通，电子开关管T4此时两端电压为二极管D4的压降，如图10所示。 

经过死区时间后，电子开关管T4可以在二极管D4导通的情况下实现零电压开启。此时器件内部为电子开关管T2、T3关断，电子开关管T1、T4导通，整体处于导通状态，这样就实现了器件的开启，如图11所示。 

随着电子开关管T1、T4的导通，由于器件承受的电压为上正下负，从右到左的电流逐渐减小，然后反向，变为从左到右，电流逐渐增大，如图2所示，如此便回到了上述的初始状态，可以按照上述时序周而复始的工作，如上所述，该工作过程中，所有内部开关器件都工作在软开关状态。 

本发明的软开关电路可以应用在boost升压电路中，buck降压式变换电路中，全桥逆变电路中，还可以应用于正激，推挽，三电平电路，三相全桥逆变电路，维也纳变换电路等所有开关型功率变换电路中，应用非常广泛，具体请参看附图12-图14。