[发明专利]用于电力变换的软开关电路拓扑方法及电路

说明书

本发明涉及电力静止变换的方法和电路，尤其涉及用于直流升压或降压的软开关电路拓扑方法及电路。

现有用于电力静止变换的技术，例如常规的Boost(升压型)电路，如图1所示，包括电压源U_i、储能电感L_m、MOSFET(电力场效应晶体管)开关器件V_S、超快恢复二极管V_D、输出滤波电容C_O和负载电阻R_L。在图2上绘出了该电路的工作时序。例如，在t＝t₀时刻，开关器件V_S导通，二极管V_D硬关断。由于二极管V_D的载流子存储效应，造成它有很大的反向恢复电流。在t＝t₁时刻，二极管V_D的电流I_VD反向恢复达到最大值I_R，通过开关器件V_S的电流I_d-s＝I_i+I_R。正是这个很大的反向恢复电流，使得二极管V_D的关断损耗和开关器件V_S的开通损耗都很大，以致电路效率低下，只能达到η＝95.5％左右，EMI(电磁干扰)噪音也很大。图2上t＝t₂时刻，开关器件V_S关断，储能电感L_m的电流通过二极管V_D向输出滤波电容C_O充电，磁场储能转变为电场储能。目前单相整流电源的PFC(功率因数校正)技术大多采用这种升压型电路。为降低所述电路的开关损耗，抑制该电路开关器件VS关断时产生的尖峰电压和开关噪声，现有技术有用ZVT(零电压转换)软开关技术克服上述缺点的，例如西安交通大学姚为正、杨旭、王兆安的论文“零电压转换单相PFC整流电路的实验研究”，《电力电子技术》1998年第1期，46～48页，1998年2月。该技术是通过在开关器件VM两端并联含有辅助开关VM₁的LC谐振回路来获得ZVS(零电压开关)，它使主开关VM在零电压条件下开通。本发明则是通过采用另一技术方案来提高电路变换效率，这就是增加一个并联的开关支路，见图3和图4，其中两支路都各包括功率开关和小电感。该两功率开关交替导通和截止，因而每一开关的工作频率都比较低，变换效率于是提高。不过这种各包括功率开关和小电感的并联开关支路连接方法是现有技术，例如中国专利88 2 15771.X“恒流变频器”公开的电力变流技术，其中的晶体管斩波逆变线路4同样由各包括功率开关和小电感的两并联开关支路组成。但是，该两并联开关支路并非是交替直通和截止，而是各包括两个桥臂晶体管，总共4个桥臂晶体管构成所述斩波逆变线路4，其负载，焊接变压器HB连接在所述线路斩波桥5的对角线上，接受交流电力输出。显然，本发明的发明目的和采用的方法及电路都是和它不同的。

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种借助两并联开关支路差拍工作，从而获得更高电路变换效率和降低EMI噪音的用于电力变换的软开关电路拓朴方法及电路。

本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：提出一种用于电力变换的软开关电路拓扑方法及电路，借助半导体功率开关及其控制逻辑，再适当连接储能元件，来开关电力电路，变换输入电力使之具有所需电压、频率、相数或波形。就是，在一电流源之后或之前构筑并联的两开关支路，该两支路各自都包括功率开关和小电感，二者串联连接，并且从它们相应的串联连接点分别通过二极管引出电路；所述两功率开关按照各自的控制逻辑交替导通和截止，使在每一开关周期中功率开关有零电流开通，二极管有软恢复关断，从而获得高效率电力变换。

附图的图面说明如下：图1是现有技术Boost电路的原理图；图2是所述Boost电路工作时的电压、电流时序图；图3是本发明软开关电路拓扑方法及电路的原理图之一；图4是本发明软开关电路拓扑方法及电路的原理图之二；图5是用本发明方法构成的Boost电路原理图；图6是图5的Boost电路工作时序图；图7是用本发明方法构成的Buck电路原理图；图8是用本发明方法构成桥式电路一个臂的原理图；图9是本发明用于PFC(功率因数校正)电路的一个最佳实施例具体电路图。

以下结合附图所示各最佳实施例作进一步详述：