一种低电压输入同步BUCK电路的制作方法

一种低电压输入同步buck电路
技术领域
1.本发明涉及开关电源领域，具体是一种低电压输入同步buck电路。


背景技术：

2.开关电源和作为系统二次电源的dc/dc变换器广泛应用于航天、航空、船舶、兵器、电子、铁路、通信、医疗电子、工业自动化设备等军民用电子系统中。随着电子系统复杂程度的提高，对于电源系统供电能力的需求不断增加，越来越多的整机系统采用9v～15v低电压输入的供电方式。
3.现有技术中，低电压输入开关电源需使用低压功率mosfet器件，如不采用零电压技术，随着开关频率提高，mosfet的开关损耗急剧变大，而导通电阻引起的导通损耗无法变小，导致开关频率受限，磁性器件体积受限，进而导致电源效率无法提高，电源可靠性降低；二极管的反向恢复特性也会产生很高的电应力，产生更多的热损耗，进而影响功率器件可靠性，并使emi变得恶劣。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种低电压输入同步buck电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种低电压输入同步buck电路，包括主功率buck电路、辅助零电压开通电路与辅助零电压关断电路，所述主功率buck电路包括开关管v1、二极管v7、电容c2、c4及电感l1，所述开关管v1的栅极与控制电路相连，其漏极与二极管v7的阳极相连，其源极接地；所述二极管v7的阴极与电源正极相连，所述电容c4并联在开关管v1的漏极与源极之间，所述电感l1的一端与二极管v7的阳极连接，其另一端与负载r1的负极端连接，所述电容c2并联在负载r1的两端；
7.所述辅助零电压开通电路包括开关管v2、二极管v8、电感l2，所述开关管v2的漏极与二极管v8的阴极连接，其源极接地，其栅极与控制电路相连，所述二极管v8的阳极经电感l2与开关管v1的漏极连接；
8.所述辅助零电压关断电路包括二极管v3、v4及电容c3，所述二极管v3的阴极与电源的正极相连，阳极与二极管v4的阴极相连，所述二极管v4的阳极与二极管v8的阴极相连，所述电容c3的一端与二极管v3的阳极连接，另一端连接在开关管v1的漏极处。
9.在一些实施例中，所述主功率buck电路还包括二极管v6，所述二极管v6的阳极接地，其阴极与开关管v1的漏极相连。
10.在一些实施例中，所述主功率buck电路还包括电容c1，所述电容c1的一端与电源正极相连，其另一端接地。
11.在一些实施例中，所述辅助零电压开通电路还包括二极管v5与电容c5，所述二极管v5的阳极与开关管v2的源极相连，阴极与开关管v2的漏极连接，所述电容c5并联在二极
管v5的两端。
12.有益效果：本发明可以减小开关管的开关损耗，提升电源电路的工作效率，从而降低热损耗；也可以提高开关的工作频率，减小功率磁性器件的体积，从而减小电源电路的整体体积。
附图说明
13.图1为本发明的电路原理图；
14.图2为本发明仿真时的结构图；
15.图3为本发明的仿真波形图；
16.图4为本发明对局部周期放大的仿真波形示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
18.参见图1，一种低电压输入同步buck电路，包括主功率buck电路、辅助零电压开通电路与辅助零电压关断电路。主功率buck电路包括开关管v1、二极管v6、v7、电容c1、c2、c4及电感l1；二极管v6的阳极接地，其阴极与开关管v1的漏极相连，开关管v1的栅极与控制电路相连，其漏极与二极管v7的阳极相连，其源极接地；二极管v7的阴极与电源正极相连，电容c4并联在开关管v1的漏极与源极之间，电感l1的一端与二极管v7的阳极连接，其另一端与负载r1的负极端连接，电容c2并联在负载r1的两端；电容c1的一端与电源正极相连，其另一端接地。
19.辅助零电压开通电路包括开关管v2、二极管v5、v8、电感l2与电容c5，开关管v2的漏极与二极管v8的阴极连接，其源极接地，其栅极与控制电路相连，二极管v8的阳极经电感l2与开关管v1的漏极连接；二极管v5的阳极与开关管v2的源极相连，阴极与开关管v2的漏极连接，电容c5并联在二极管v5的两端。
20.辅助零电压关断电路包括二极管v3、v4及电容c3，二极管v3的阴极与电源的正极相连，阳极与二极管v4的阴极相连，二极管v4的阳极与二极管v8的阴极相连，电容c3的一端与二极管v3的阳极连接，另一端连接在开关管v1的漏极处。
21.如图2-4，工作原理如下：
22.在初始时刻，输入电源接通，开关管v1硬开通，电感l1开始将能量以磁场的形式储存起来，同时输入电源对输出电容c2充电，并提供负载电流，二极管v7被反向偏置而截止。由于电容c3的容值大于结电容c4的容值100倍以上，电源电压(a点电压)为电容c3充电，将结电容c4的储能转移到电容c3上，二极管v3导通，a点电压降为接近于零时(0.3v)，开关管v1关断，为零关断。
23.如图2-4所示，开关管v1关断之后，a点电压逐渐升高为vin+0.3v，b、c点电压逐渐升高，电容c3充电，二极管v7导通，电感l1、二极管v7、负载r1构成续流回路，为负载供电，在续流电流将要消失的时候，开关管v2开通，可降低开关管v2的开关损耗。开关管v2导通后，
由于a电电压相对较高，二极管v8导通，a点电压(结电容c4电压)以及b点电压从电感l2、二极管v8、开关管v2到地形成放电回路，使a、b点电压逐渐下降到零，随后开关管v1开启，实现零电压开通。
24.本发明适用于9v～15v低电压输入同步buck电路，主功率开关管工作在零电压开通和零电压关断状态，可极大提高电路效率，进而提高功率器件可靠性。
25.虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
26.故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。


技术特征：
1.一种低电压输入同步buck电路，其特征在于，包括主功率buck电路、辅助零电压开通电路与辅助零电压关断电路，所述主功率buck电路包括开关管v1、二极管v7、电容c2、c4及电感l1，所述开关管v1的栅极与控制电路相连，其漏极与二极管v7的阳极相连，其源极接地；所述二极管v7的阴极与电源正极相连，所述电容c4并联在开关管v1的漏极与源极之间，所述电感l1的一端与二极管v7的阳极连接，其另一端与负载r1的负极端连接，所述电容c2并联在负载r1的两端；所述辅助零电压开通电路包括开关管v2、二极管v8、电感l2，所述开关管v2的漏极与二极管v8的阴极连接，其源极接地，其栅极与控制电路相连，所述二极管v8的阳极经电感l2与开关管v1的漏极连接；所述辅助零电压关断电路包括二极管v3、v4及电容c3，所述二极管v3的阴极与电源的正极相连，阳极与二极管v4的阴极相连，所述二极管v4的阳极与二极管v8的阴极相连，所述电容c3的一端与二极管v3的阳极连接，另一端连接在开关管v1的漏极处,所述电容c3的容值大于电容c4的容值100倍以上。2.根据权利要求1所述的一种低电压输入同步buck电路，其特征在于，所述主功率buck电路还包括二极管v6，所述二极管v6的阳极接地，其阴极与开关管v1的漏极相连。3.根据权利要求2所述的一种低电压输入同步buck电路，其特征在于，所述主功率buck电路还包括电容c1，所述电容c1的一端与电源正极相连，其另一端接地。4.根据权利要求3所述的一种低电压输入同步buck电路，其特征在于，所述辅助零电压开通电路还包括二极管v5与电容c5，所述二极管v5的阳极与开关管v2的源极相连，阴极与开关管v2的漏极连接，所述电容c5并联在二极管v5的两端。

技术总结
本发明公开了开关电源领域的一种低电压输入同步BUCK电路，包括主功率BUCK电路、辅助零电压开通电路与辅助零电压关断电路，所述主功率BUCK电路包括开关管V1、二极管V7、电容C2、C4及电感L1，所述开关管V1的栅极与控制电路相连，其漏极与二极管V7的阳极相连，其源极接地；所述二极管V7的阴极与电源正极相连，所述电容C4并联在开关管V1的漏极与源极之间，所述电感L1的一端与二极管V7的阳极连接，其另一端与负载R1的负极端连接，所述电容C2并联在负载R1的两端；本发明可以减小开关管的开关损耗，提升电源电路的工作效率，从而降低热损耗；也可以提高开关的工作频率，减小功率磁性器件的体积，从而减小电源电路的整体体积。从而减小电源电路的整体体积。从而减小电源电路的整体体积。


技术研发人员：杨洋 吴丞楚
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十三研究所
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/8