[发明专利]一种用于减弱电压转换器中的开关阶段的电路

说明书

本公开涉及一种用于将来自电源的电流提供到负载的电路。换向单元包括主开关，该主开关控制由电源施加到负载的电压。当负载通过主开关与电源断开时，反向开关保持负载中的电流。当主开关再次将负载连接到电源时，反向开关将负载电流返回到主开关。所公开的电路配置减少了恢复电流、损耗和电磁损耗。同步控制器控制主开关和反向开关(opposite switch)的断开和闭合顺序。所公开的电路可以提供DC‑DC电压转换器。组合两个这样的电路可以提供DC‑AC电压转换器。

技术领域

电力电子技术领域本公开涉及电力电子领域。更具体地，本公开涉及用于减弱电压转换器中的开关阶段的电路。

背景技术

换向单元通常用在需要电压源转换的电子系统中，包括DC-DC和DC-AC转换器。这些换向单元是基于使用电力电子开关，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。图1是MOSFET的示意图。所示出的MOSFET 10具有漏极、栅极和源极，并且由经由栅极电阻器R_G连接到栅极的栅极驱动器14施加的信号12来控制。众所周知，MOSFET 10包括寄生(或杂散)电容，例如漏极和栅极之间的C_GD，栅极和源极之间的C_GS以及漏极和源极之间的C_DS。通常将电容C_GD、C_GS和C_DS的总和称为MOSFET 10的输出电容C_OSS。在漏极和源极之间存在寄生二极管D_p。当电流从漏极到源极在MOSFET 10中流动时，电流可以在二极管Dp中以相反的方向流动。MOSFET 10与电路的连接在其漏极产生寄生电感L_D，在其源极产生L_S。

MOSFET 10的寄生元件的存在极大地影响了其开关动作。MOSFET 10是本领域普通技术人员所熟知的，在此不再赘述。

图2是常规的基于MOSFET的DC-DC转换器的电路图。在电路20中，来自具有电压V_in的电源22的电力被转换成施加到负载(在图2中被示为LOAD)的另一个DC电压。LOAD可以由纯电阻元件组成，或者也可以包括电容和/或电感元件。与LOAD并联放置的电容器C_out以及与LOAD串联放置的电感器L_out形成滤波器，该滤波器对反向二极管D_o两端的电压进行平均，这将在下文中进行描述，使得LOAD上的电压保持相当恒定。

电路20包括换向单元和控制部件(在下面详细描述)，并且控制由电源22施加到LOAD的电压。电路20的换向单元包括主开关Q_m，例如其可以由通过栅极驱动器(未示出，但在图1中示出)控制的MOSFET或类似电力电子开关以及反向二极管D_o组成。换向单元还包括与电源22并联的等效电源电容器(未示出)和用于在LOAD中流动的电流I_out的等效电流源(未具体示出)。

当主开关Q_m被断开时，电流I_out从LOAD通过反向二极管D_o流出，并返回到LOAD，如箭头202和204所示。当主开关Q_m被闭合时，电流I_out流动通过主开关Q_m和电源22，并返回到LOAD，如箭头206、208和再次204所示。当主开关Q_m被闭合时，其漏极和源极之间的电压为零(或基本上为零)，整个电压V_in，例如450伏直流，被施加在反向二极管D_o两端。然而，其目的是使用图2的电路将受控的DC电压施加到LOAD，该受控的DC电压低于电源22的电压V_in。为此，换向单元快速地接通和断开，并且换向单元的占空比控制施加到LOAD的有效电压。施加在LOAD上的电压等于占空比乘以电源22的电压V_in。