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    • 专利摘要:
    本申请涉及一种BUCK降压电路，包括BUCK变换器的降压主电路，降压主电路包括电压输入端、主功率管和续流二极管，主功率管与电压输入端之间具有杂散电感；还包括：与主功率管的漏极连接、用于减小杂散电感在主功率管关断瞬间引起的电压尖峰的第一关断缓冲电路；以及,连接在主功率管的源极和续流二极管的阴极之间、用于抑制续流二极管在主功率管开通时引起的电流尖峰的第一开通缓冲电路。本申请具有降低主功率管在使用时损坏可能性的效果。
    公开号:CN214337804U
    申请号:CN202120368449.9U
    申请日:2021-02-07
    公开日:2021-10-01
    发明作者:闵丽萍；高文晶；黄静
    申请人:Jiangsu Bole Power Energy Equipment Co ltd；
    IPC主号:H02M3-156
    专利说明:
    [n0001] 本申请涉及电源电路技术领域，尤其是涉及一种BUCK降压电路。
    [n0002] 电子技术中，将一种直流电压变换成另一种直流电压的过程称为DC/DC变换，其器件称为DC/DC变换器。变换器利用无源磁性元件和电容元件的能量存储特性，从输入电压源获取能量，并暂时把能量以磁场的形式存储在电感器中，或以电场的形式存储在电容器中，从而将能量转换到负载，实现DC/DC变换。DC/DC变换器有多种，按结构可分为BUCK变换器、BOOST变换器以及BUCK-BOOST变换器。
    [n0003] 随着电源市场的不断发展，电子市场对于开关电源的需求也越来越大，在各种开关电源中，对于非隔离型的电源常采用BUCK或BOOST电路进行设置。
    [n0004] BUCK变换器是也称降压式变换器，是一种用于实现输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器，被广泛应用于微处理器的供电电路中。
    [n0005] 针对上述的相关技术，发明人认为由于BUCK变换器内的主功率管开通关断时极易产生电压尖峰或电流尖峰，从而造成主功率管过压击穿、过流烧毁，会对负载产生极大的危害。
    [n0006] 为了降低主功率管在使用时损坏的可能性，本申请提供了一种BUCK降压电路。
    [n0007] 本申请提供的一种BUCK降压电路电路采用如下的技术方案：
    [n0008] 一种BUCK降压电路，包括BUCK变换器的降压主电路，所述降压主电路包括电压输入端、主功率管和续流二极管，所述主功率管与电压输入端之间具有杂散电感；
    [n0009] 还包括：与所述主功率管的漏极连接、用于减小杂散电感在主功率管关断瞬间引起的电压尖峰的第一关断缓冲电路；以及,
    [n0010] 连接在所述主功率管的源极和续流二极管的阴极之间、用于抑制杂散电感在主功率管开通时引起的电流尖峰的第一开通缓冲电路。
    [n0011] 通过采用上述技术方案，BUCK降压电路中由于连线的原因，降压主电路的输入端与主功率管的漏极之间的连接线上存在一定的杂散电感，第一关断缓冲电路可以减少杂散电感在关断瞬间对主功率管造成的影响，第一开通缓冲电路可以减少杂散电感在降压主电路开通时对主功率管造成的影响，降低主功率管因为电流尖峰或电压尖峰损坏的可能性。
    [n0012] 可选的，所述第一关断缓冲电路包括第三电容器，所述第三电容器的一极连接于主功率管的漏极，另一极连接于续流二极管的阳极。
    [n0013] 通过采用上述技术方案，在主功率管关断的瞬间，杂散电感通过第三电容器续流，形成一个电流通路，由于电容电压不能突变，因此减小了杂散电感引起的电压尖峰。
    [n0014] 可选的，所述第一关断缓冲电路并联于主功率管的漏极与源极之间，所第一关断缓冲电路包括第四电容器以及与第四电容器串联的第一电阻器。
    [n0015] 通过采用上述技术方案，在主功率管关断的瞬间，杂散电感通过第一电阻器给第四电容器充电，从而减小杂散电感引起的电压尖峰。
    [n0016] 可选的，所述第一开通缓冲电路包括：
    [n0017] 缓冲电感器，所述缓冲电感器串联于主功率管的源极和续流二极管之间；
    [n0018] 第二电阻器，所述第二电阻器与缓冲电感器并联；
    [n0019] 第一二极管，所述第一二极管与第二电阻器串联。
    [n0020] 通过采用上述技术方案，主功率管开通瞬间，杂散电感储能，续流二极管处于反向恢复电流增加阶段，在续流二极管恢复反向阻断前，储存在杂散电感中的能量通过第一二极管作用于第二电阻器上，从而减小因杂散电感引起的电流尖峰。
    [n0021] 可选的，续流二极管上并联有第二开通缓冲电路，所述第二开通缓冲电路包括连接于续流二极管阴极的第五电容器以及与第五电容器串联的第三电阻器。
    [n0022] 通过采用上述技术方案，第二开通缓冲电路可以抑制作用在续流二极管上的反向电流尖峰。
    [n0023] 可选的，所述第一关断缓冲电路与主功率管的漏级之间连接有开关电路。
    [n0024] 通过采用上述技术方案，第一断开缓冲电路会增加主功率管的导通损耗，并且第一电阻器上的热损耗会影响整机效率，增加开关电路，可以控制第一关断缓冲电路在非必要时与降压主电路断开，从而减少第一关断缓冲电路对整机效率的影响。
    [n0025] 可选的，所述开关电路包括：
    [n0026] 固态继电器，包括线圈和常开触点，所述常开触点设置在第一关断缓冲电路与主功率管的漏级之间；
    [n0027] 控制电路，用于控制固态继电器的线圈与预设的电源之间的通断。
    [n0028] 通过采用上述技术方案，通过电信号控制触点开关的通断，受外界自然环境影响较小，使得BUCK降压电路可以适用于多种恶劣环境。
    [n0029] 可选的，所述开关电路还包括指示灯，所述指示灯的一端连接于线圈的一端，另一端连接于第二二极管的阳极。
    [n0030] 通过采用上述技术方案，指示灯可以用于指示第一断开缓冲电路的通断情况，在指示灯通电发光后，再将主功率管关断，可以降低因未接通第一断开缓冲电路就关断主功率管而导致主功率管被击穿的可能性。
    [n0031] 综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
    [n0032] 1、通过设置第一关断缓冲电路与第一开通缓冲电路，可以降低主电路管因电压尖峰击穿或被电流尖峰烧毁的可能性；
    [n0033] 2、通过设置第二开通缓冲电路，可以抑制作用在续流二极管上的电压尖峰，从而增加续流二极管的寿命；
    [n0034] 3、通过设置开关电路，可以控制降压主电路在导通时，第一关断缓冲电路与降压主电路断开，从而减小第一关断缓冲电路对整机效率产生影响。
    [n0035] 图1是现有的BUCK降压电路的结构示意图；
    [n0036] 图2是本申请实施例1的电路结构示意图；
    [n0037] 图3是本申请实施例2的电路结构示意图；
    [n0038] 图4是本申请实施例3的电路结构示意图。
    [n0039] 附图标记说明：1、降压主电路；2、第一关断缓冲电路；3、第一开通缓冲电路；4、第二开通缓冲电路；5、开关电路；51、控制电路。
    [n0040] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-4及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
    [n0041] 参照图1，常见的BUCK降压电路，包括降压主电路1，降压主电路1包括电压输入端、第一电容器C1、主功率管V1、储能电感L2、续流二极管V2、第二电容器C2和电压输出端。第一电容器C1的一端与电压输入端的正极连接，另一端与电压输入端的负极连接。主功率管V1的漏极D与电压输入端的正极连接，源极S与续流二极管V2的阴极连接,栅极G接地。续流二极管V2的阳极与电压输入端的负极连接。储能电感L2的一端与续流二极管V2的负极连接，另一端与电压输出端的正极连接。第二电容器C2的一端与电压输出端的正极连接，另一端与电压输出端的负极连接。
    [n0042] 参照图1，主功率管V1采用N-MOSFET管，在实际使用中，由于连线的缘故，电压输入端的正极到主功率管V1的漏极D之间存在一定的杂散电感L1，在本实施中，杂散电感L1用元器件L1代替表示。
    [n0043] 参照图1，主功率管V1导通期间，流入的电流在杂散电感L1上产生电压，极性为左正右负，主功率管V1关断的瞬间，流入的电流迅速减小至零，导致电流关于时间的导数激增，即di/dt，已知电感电压等于L*di/dt，从而可知在主功率管V1关断的瞬间，杂散电感L1上会产生高电压，极性变为左负右正。高电压作用在主功率管V1的漏极D上，产生电压尖峰，极有可能击穿主功率管V1。
    [n0044] 另外，参照图1，主功率管V1导通的瞬间，续流二极管V2由于存储效应，无法立即进入阻断状态，需要有一段反向恢复时间，在续流二极管V2恢复反向阻断前，续流二极管V2仍保持导通状态。主功率管V1导通瞬间，由于续流二极管V2仍处于导通状态，导致续流二极管V2会产生很大的电流尖峰通向主功率管V1的漏极D，电流尖峰极有可能烧毁主功率管V1。
    [n0045] 为解决上述问题，本申请实施例公开了一种BUCK降压电路。
    [n0046] 实施例1
    [n0047] 参照图2，一种BUCK降压电路，包括上述的降压主电路1以及连接于降压主电路1的第一关断缓冲主电路2、第一开通缓冲电路3和第二开通缓冲电路4，第一关断缓冲电路2与第一电容器C1并联，第一开通缓冲电路3串接于主功率管V1和续流二极管V2之间，第二开通缓冲电路4与续流二极管V2并联。
    [n0048] 参照图2，第一关断缓冲电路2包括第三电容器C3。第三电容器C3的一极连接于主功率管V1的漏极D，另一极连接于续流二极管V2的阳极。在主功率管V1关断的瞬间，杂散电感L1为第三电容器C3充电，从而形成一个电流通路，由于电容电压不能突变，因此可以有效减小杂散电感L1引起的电压尖峰。
    [n0049] 参照图2，第一开通缓冲电路3包括缓冲电感器L3、第二电阻器R2和第一二极管D1。缓冲电感器L3的一端连接于主功率管V1的源极S，另一端连接于续流二极管V2的阴极。第二电阻器R2的一端连接于主功率管V1的源极S，另一端连接于第一二极管D1的阴极。第一二极管D1的阳极连接于续流二极管V2的阴极。当主功率管V1开通瞬间，缓冲电感器L3储能，从而有效控制主功率管V1漏极D上电流关于时间的导数di/dt的上升率，此时续流二极管V2处于反向恢复电流增加阶段，储存在缓冲电感器L3中的能量通过第一二极管D1和电阻R2续流，将能量消耗在第一开通缓冲电路3上，从而有效抑制电流尖峰，降低主功率管V1被电流尖峰烧毁的可能性。
    [n0050] 参照图2，第二开通缓冲电路4包括第五电容器C5和第三电阻器R3。第五电容器C5的一极连接于续流二极管V2的阴极，另一极连接于第三电阻器R3的一端，第三电阻器R3的另一端连接于续流二极管V2的阳极。
    [n0051] 参照图2，由于杂散电感L1的存在，主功率管V1开通时，杂散电感L1会在续流二级管V2的阴极形成电压尖峰，若峰值超过续流二极管V2的反向击穿电压，会造成续流二极管V2损坏，因此为续流二极管V2并联第二开通缓冲电路4，使杂散电感L1为第五电容器C5充电，从而形成一个电流通路，由于电容电压不能突变，因此可以有效抑制电压尖峰。
    [n0052] 本申请实施例一种BUCK降压电路的实施原理为：当主功率管V1关断时，杂散电感L1的极性由左正右负转变为左负右正，杂散电感L1为第一关断缓冲电路2中的第三电容器C3充电，从而形成一个电流回路，有效减小杂散电感L1引起的电压尖峰；在主功率管V1开通时，储存在缓冲电感器L3中的能量通过第一二极管D1，消耗在第二电阻器R2上，从而有效抑制电流尖峰的产生；续流二极管V2并联有第二开通缓冲电路4，在主功率管V1开通时，杂散电感L1通过第三电阻器R3给第五电容器C5充电，从而有效抑制作用在续流二极管V2上的电压尖峰。
    [n0053] 实施例2
    [n0054] 本实施例与实施例1的不同之处在于：参照图3，第一断开缓冲电路2包括第四电容器C4和第一电阻器R1。第四电容器C4与第一电阻器R1串联，第四电容器C4与第一电阻器R1组成的第一断开缓冲电路2并联于主功率管V1的漏极D与源极S上。在主功率管V1关断的瞬间，杂散电感L1通过第一电阻器R1给第四电容器C4充电，因此可以有效减小杂散电感L1引起的电压尖峰。当主功率管V1导通时，第四电容器C4储存的能量将消耗在主功率管V1上。
    [n0055] 参照图3，第一断开缓冲电路2上连接有开关电路5。开关电路5串联在第一关断缓冲电路2中。开关电路5包括按钮开关S1，按钮开关S1的一端连接于第一电阻器R1的一端，另一端连接于主功率管V1的漏极D。第一关断缓冲电路2会增加主功率管V1的导通损耗，并且第一电阻器R1上的热损耗会影响整机效率，增加开关电路5，可以控制第一关断缓冲电路2在非必要时与降压主电路1断开，从而减少第一关断缓冲电路2对整机效率的影响。
    [n0056] 本申请实施例一种BUCK降压电路的实施原理为：在主功率管V1的漏极D与源极S之间并联第一关断缓冲电路2，在关断主功率管V1之前，可闭合按钮开关S1，使得第一关断缓冲电路2与降压主电路1导通，在主功率管V1关断瞬间，杂散电感L1通过第一电阻器R1给第四电容器C4充电，从而有效减小杂散电感L1引起的电压尖峰。
    [n0057] 实施例3
    [n0058] 本实施例与实施例2的不同之处在于：参照图4，开关电路5包括固态继电器SSR1、指示灯HL1与控制电路51。固态继电器SSR1串联在第一关断缓冲电路2中，控制电路51与固态继电器SSR1并联，通过控制电路51可控制固态继电器SSR1与预设电源之间的通断。
    [n0059] 参照图4，固态继电器SSR1包括线圈KA1与常开触点K1。常开触点K1串联于第一关断缓冲电路2中。线圈KA1的通断电可控制常开触点K1的通断，当线圈KA1通电时，常开触点K1闭合，当线圈KA1断电时，常开触点K1断开。
    [n0060] 参照图4，控制电路51包括第二二极管D2、第一三极管Q1、第四电阻器R4和第五电阻器R5。固态继电器SSR1的线圈KA1的一端与第二二极管D2的阳极连接，另一端与预设的电源连接，在实施中，电源可提供12V的电压。第二二极管D2的阴极与电源连接。第一三极管Q1的发射极E接地，集电极C连接于第二二极管D2的阳极，基极B连接于第五电阻器R5的一端。第四电阻器R4的另一端与第五电阻器R5的一端连接。第五电阻器R5的另一端与电信号输入端连接，可传递电信号从而控制第三电极管的通断。当第三电极管导通时，第二二极管D2导通，使得线圈KA1与电源之间形成回路，从而线圈KA1通电，常开触点K1闭合。
    [n0061] 参照图4，指示灯HL1的一端与固态继电器SSR1的线圈连接，另一端与第二二极管D2的阳极连接。当常开触点K1闭合时，指示灯HL1通电亮起，可提示工作人员第一关断缓冲电路2与降压主电路1处于连通状态。工作人员可依据指示灯HL1的提示明确第一关断缓冲电路2是否与主功率管V1连通，降低第一关断缓冲电路2与降压主电路1未连通，工作人员就直接关断主功率管V1的意外发生，从而提高主功率管V1的使用寿命。
    [n0062] 本申请实施例一种BUCK降压电路的实施原理为：在需要关断主功率管V1时，发送电信号使得常开触点K1闭合，从而使得第一关断缓冲电路与降压主电路1连通，同时指示灯HL1通电，对工作人员起到指示作用。
    [n0063] 以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
    权利要求:
    Claims (8)
    [0001] 1.一种BUCK降压电路，包括BUCK变换器的降压主电路（1），所述降压主电路（1）包括电压输入端、主功率管和续流二极管，所述主功率管与电压输入端之间具有杂散电感；其特征在于，还包括：
    与所述主功率管的漏极连接、用于减小杂散电感在主功率管关断瞬间引起的电压尖峰的第一关断缓冲电路（2）；以及,
    连接在所述主功率管的源极和续流二极管的阴极之间、用于抑制续流二极管在主功率管开通时引起的电流尖峰的第一开通缓冲电路（3）。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的一种BUCK降压电路，其特征在于，所述第一关断缓冲电路（2）包括第三电容器，所述第三电容器的一极连接于主功率管的漏极，另一极连接于续流二极管的阳极。
    [0003] 3.根据权利要求1所述的一种BUCK降压电路，其特征在于，所述第一关断缓冲电路（2）并联于主功率管的漏极与源极之间，所述第一关断缓冲电路（2）包括第四电容器以及与第四电容器串联的第一电阻器。
    [0004] 4.根据权利要求1所述的一种BUCK降压电路，其特征在于，所述第一开通缓冲电路（3）包括：
    缓冲电感器，所述缓冲电感器串联于主功率管和续流二极管之间；
    第二电阻器，所述第二电阻器与缓冲电感器并联；
    第一二极管，所述第一二极管与第二电阻器串联。
    [0005] 5.根据权利要求3所述的一种BUCK降压电路，其特征在于，续流二极管上并联有第二开通缓冲电路（4），所述第二开通缓冲电路（4）包括连接于续流二极管阴极的第五电容器以及与第五电容器串联的第三电阻器。
    [0006] 6.根据权利要求3所述的一种BUCK降压电路，其特征在于：所述第一关断缓冲电路（2）与主功率管的漏级之间连接有开关电路（5）。
    [0007] 7.根据权利要求6所述的一种BUCK降压电路，其特征在于：所述开关电路（5）包括：
    固态继电器，包括线圈和常开触点，所述常开触点设置在第一关断缓冲电路（2）与主功率管的漏级之间；
    控制电路（51），用于控制固态继电器的线圈与预设的电源之间的通断。
    [0008] 8.根据权利要求7所述的一种BUCK降压电路，其特征在于，所述开关电路（5）还包括指示灯，所述指示灯的一端连接于线圈的一端，另一端连接于第二二极管的阳极。
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    引用文献:
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    法律状态:
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