一种降低开关管开通损耗的BUCK电路的制作方法

一种降低开关管开通损耗的buck电路
技术领域
1.本实用新型涉及降损电路领域，尤其涉及一种降低开关管开通损耗的buck电路。


背景技术：

2.图2为典型的buck电路，其在大功率应用时通常工作在连续模式，即图2中开关管s2连续处于闭合状态。一旦开关管s2断开后，buck电路进入续流模式，图2中电感器l1上电流通过d6二极管续流；在下个工作周期开关管s2闭合过程中，续流电流就会优先流过开关管s2而产生开关损耗，严重影响buck电路的稳定性和使用寿命。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种能够降低buck电路的开关管开通过程中产生损耗的新型buck电路。
4.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
5.一种降低开关管开通损耗的buck电路，包括第一二极管及并联在所述第一二极管两端的lc电路，所述lc电路包括初级绕组、次级绕组、泄流组件和电容器，其中，所述初级绕组与所述电容器连接，且其中间连接点与所述泄流组件的一端连接，其另一端与所述次级绕组连接；
6.所述第一二极管的正极同时与所述次级绕组和电容器连接，其负极与所述初级绕组连接，使得所述第一二极管、初级绕组、电容器形成第一回路，所述次级绕组、泄流组件、电容器形成第二回路；
7.所述次级绕组的线圈匝数比所述初级绕组的线圈匝数多。
8.进一步地，所述泄流组件包括分压元件和单向导通元件，所述单向导通元件被配置为在自所述电容器至泄流组件的方向上对电流起反向截止作用。
9.进一步地，所述分压元件为电阻，所述单向导通元件为第二二极管。
10.进一步地，所述次级绕组与初级绕组的线圈匝数比被配置为小于或等于所述单向导通元件的耐压值与buck输出电压的比值。
11.进一步地于，所述次级绕组与初级绕组的线圈匝数比被配置为小于所述单向导通元件的耐压值与buck输出电压比值的95％，且大于所述单向导通元件的耐压值与buck输出电压比值的45％。
12.进一步地，所述泄流组件的电阻阻值范围为10mω至100mω。
13.进一步地，所述次级绕组与初级绕组的线圈匝数比被配置为使得在buck电路在下一周期开通前，所述初级绕组的电流降至为0。
14.进一步地，所述降低开关管开通损耗的buck电路还包括电源，所述电源并联在所述第一二极管的两端，且所述电源的正极与所述第一二极管的负极连接，所述电源的负极与第一二极管的正极连接。
15.进一步地，所述降低开关管开通损耗的buck电路还包括设置在所述电源正极处的
开关。
16.进一步地，所述第一二极管的正极接地。
17.本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：
18.a.有效降低开关管开通损耗，提高系统效率；
19.b.降低散热成本，提高元器件寿命；
20.c.元件少，电路简单可靠，容易实现。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本公开的一个示例性实施例提供的降低开关管开通损耗的buck电路示意图；
23.图2为现有技术中的buck电路示意图。
具体实施方式
24.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
25.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
26.在本实用新型的一个实施例中，提供了一种降低开关管开通损耗的buck电路，如图1所示，buck电路包括电源bt1、开关s1、第一二极管d5及并联在所述第一二极管d5两端的lc电路，所述lc电路包括初级绕组(具有1脚和2脚)、次级绕组(具有3脚和4脚)、泄流组件和电容器c3，其中，所述初级绕组在图1中的1脚与所述电容器c3连接，且其中间连接点与所述泄流组件的一端连接，其另一端与所述次级绕组在图1中的3脚连接；具体地，所述泄流组件包括分压元件和单向导通元件，所述单向导通元件被配置为在自所述电容器至泄流组件的方向上对电流起反向截止作用，具体分压元件可以为比如阻值范围在10mω至100mω的电阻，用于调节第二回路最大电流使其不超过单向导通元件的标称电流，所述单向导通元件为第二二极管d4，所述电阻设置位置不限定于如图1所示的在所述次级绕组与第二二极管之间的位置，其也可以设置在次级绕组的4脚至地之间，或者也可以设置在所述第二二极管
d4与电容器c3之间。
27.所述第一二极管d5的正极(在图1中为下端)同时与所述次级绕组在图1中的4脚和电容器c3连接，其负极(在图1中为第一二极管d5的上端)与所述初级绕组在图1中的2脚连接，使得所述第一二极管d5、初级绕组、电容器c3形成第一回路，所述次级绕组、泄流组件、电容器c3形成第二回路；
28.所述次级绕组的线圈匝数比所述初级绕组的线圈匝数多，以实现降低buck电路开关管开通损耗，降低损耗的原理如下：
29.首先说明一下现有技术中buck电路开关管开通产生损耗的原因：参见图2为典型的buck降压电路，在电流连续模式下，图2中的开关管s2断开后，图2中的电感器l1上的电流通过图2中的d6二极管续流；在到达下个工作周期时，所述开关管s2闭合过程中，续流的电流会优先流过所述开关管s2而产生开关损耗。
30.本实用新型实施例提供的改进的buck电路能够有效降低开关管的开通损耗，理由如下：次级绕组的线圈匝数为初级绕组的数倍，参见图1中的标记：在开关管s1导通状态下，初级绕组电压的2脚电压相对于1脚更高，次级绕组耦合电压为4脚电压相对于3脚更高，因第二二极管d4反向截止，此状态下次级绕组相当于开路，初级绕组电感值为开路电感，其电路工作状态和典型电路无异；当开关管s1关断即buck电路进入续流模式时，此时初级绕组两端电压情况为1脚电压相对于2脚更高，次级绕组耦合电压的情况为3脚电压相对于4脚更高，因次级绕组匝数多，输出电压高，因此次级绕组通过电阻r6和第二二极管d4优先向电容c3输出电流，在续流模式下，初级绕组此时电感量等于漏感，电感量小，感抗小，因此初级绕组电流会迅速降低，以使电感初级绕组的电流在下个周期开关管s1开通前就降低至0，消除了开关管s1的开通损耗。
31.下面就初级绕组和次级绕组的线圈匝数的设计原则进行详细说明：
32.电感l1初级绕组由buck电路所需电感量和磁芯规格决定；
33.理论上初级绕组电流在下个周期开关管s1开通前电流刚好降至0或者在下个周期到达之前提前很早降低至0，都可以实现降低开关管s1的开通损耗。但是要实现l1初级绕组电流更快降低至0，就需要次级绕组与初级绕组具有更高的匝数比，这样会增加线材成本；且要让电流更快降低至0，次级绕组所在支路就会有更大的电流，这就会对次级绕组所在支路的电路元器件要求更高。再者匝数比越高，耦合电压越高，开关管s1闭合时产生的耦合电压与buck电路的输出电压vout叠加反向加在第二二极管d4上的电压就越大，此电压不能超过第二二极管d4的耐压值(通常第二二极管d4耐压值选择越低，导通损耗约小)，因此通常将l1初级绕组电流在下个周期s1开通前电流刚好降至0，作为最优设计。
34.具体的次级绕组与初级绕组的匝数比设计，需要综合buck电路的输入/输出电压、开关频率及最大电流，且通常匝数比的计算值与实际电路会有偏差。本实施例的设计方案是，依据第二二极管d4耐压值和buck电路的输出电压vout的比值作为最大匝数比。先设定最大匝数比，然后接入电路，电路工作在最大负载状态，利用示波器观察l1初级绕组电流下降时间，通过调节(降低)匝数比使l1初级电流刚好在下个周期s1开通前降至0即可，通常次级绕组与初级绕组的线圈匝数比在第二二极管d4的耐压值与buck电路输出电压比值的45％至95％，具体以实际调节的结果为准。
35.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
36.以上所述仅是本技术的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。