專利名稱：升壓變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種升壓變換器(即BOOST變換器)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的具體方案如下一種升壓變換器，包括電感Lm、續(xù)流二極管D、輸出電容Co和功率開關(guān)S1，功率開關(guān)S1導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Vin、功率開關(guān)S1和電感Lm位于充電回路上，功率開關(guān)S1斷開時(shí)，輸入電壓Vin、續(xù)流二極管D和輸出電容Co位于正向續(xù)流回路上，且續(xù)流二極管D在此回路正向?qū)?；所述的升壓變換器還包括儲(chǔ)能電路，所述的儲(chǔ)能電路包括輔助電感Ls、儲(chǔ)能電容Cb、第一開關(guān)管D1和第二開關(guān)管D2，其連接關(guān)系如下
在功率開關(guān)S1由關(guān)斷到導(dǎo)通時(shí)刻，續(xù)流二極管D的反向恢復(fù)電流沿輔助電感Ls、儲(chǔ)能電容Cb、續(xù)流二極管D、功率開關(guān)S1和輸出電容Co所構(gòu)成的儲(chǔ)能回路流動(dòng)；反向恢復(fù)能量存儲(chǔ)于儲(chǔ)能電容Cb和輔助電感Ls中；在反向恢復(fù)現(xiàn)象結(jié)束后，輔助電感Ls中的能量經(jīng)輔助電感Ls、儲(chǔ)能電容Cb和第一開關(guān)管D1所構(gòu)成的能量轉(zhuǎn)移諧振回路，轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)能電容Cb中；在功率開關(guān)S1由導(dǎo)通到關(guān)斷的時(shí)刻，儲(chǔ)能電容Cb中的能量通過電感Lm、儲(chǔ)能電容Cb、續(xù)流二極管D和輸出電容Co所構(gòu)成的能量輸出回路，將能量轉(zhuǎn)移到輸出電容Co中；所述的第二開關(guān)管D2與儲(chǔ)能電容Cb并聯(lián)，方向與續(xù)流二極管D相同。
本發(fā)明由于采用上述方案，輔助電感與續(xù)流二極管D串聯(lián)減少了反向恢復(fù)電流，通過增加一個(gè)特殊的儲(chǔ)能電路，把反向恢復(fù)電流能量?jī)?chǔ)存在儲(chǔ)能電路中，當(dāng)功率開關(guān)S1關(guān)斷后，儲(chǔ)能電路將儲(chǔ)存的反向恢復(fù)電流能量轉(zhuǎn)移到輸出電容上。減少了能量損耗，從而提高了整個(gè)電路的效率，另外，續(xù)流二極管D的峰值電壓應(yīng)力被鉗位在V0，從而減少了續(xù)流二極管D的耐壓要求。
如圖2所示為本發(fā)明升壓變換器的第一具體實(shí)例電路示意圖；如圖3所示為本發(fā)明升壓變換器的第二具體實(shí)例電路示意圖；如圖4所示為本發(fā)明升壓變換器的第三具體實(shí)例電路示意圖；如圖5所示為本發(fā)明升壓變換器的第四具體實(shí)例電路示意圖；如圖6所示為本發(fā)明升壓變換器的第五具體實(shí)例電路示意圖；
如

圖1所示為現(xiàn)有的升壓變換器電路示意圖。本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例則如圖2至6所示，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)儲(chǔ)能電路，該儲(chǔ)能電路包括輔助電感Ls、儲(chǔ)能電容Cb、第一開關(guān)管D1和第二開關(guān)管D2，在功率開關(guān)S1由關(guān)斷到導(dǎo)通時(shí)刻，續(xù)流二極管D的反向恢復(fù)電流沿輔助電感Ls、儲(chǔ)能電容Cb、續(xù)流二極管D、功率開關(guān)S1和輸出電容Co所構(gòu)成的儲(chǔ)能回路流動(dòng)；反向恢復(fù)能量存儲(chǔ)于儲(chǔ)能電容Cb和輔助電感Ls中；在反向恢復(fù)現(xiàn)象結(jié)束后，輔助電感Ls中的能量經(jīng)輔助電感Ls、儲(chǔ)能電容Cb和第一開關(guān)管D1所構(gòu)成的諧振回路，轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)能電容Cb中；在功率開關(guān)S1由導(dǎo)通到關(guān)斷的時(shí)刻，儲(chǔ)能電容Cb中的能量通過電感Lm、儲(chǔ)能電容Cb、續(xù)流二極管D和輸出電容Co所構(gòu)成的能量輸出回路，將能量轉(zhuǎn)移到輸出電容Co中；
所述的第二開關(guān)管D2與儲(chǔ)能電容Cb并聯(lián)，方向與續(xù)流二極管D相同。
一個(gè)具體的實(shí)施例如圖4所示，所述的第一開關(guān)管D1和輔助電感Ls的接點(diǎn)與功率開關(guān)S1相聯(lián)，儲(chǔ)能電容Cb和輔助電感Ls的接點(diǎn)與電感Lm相連。在功率開關(guān)S1由導(dǎo)通到關(guān)斷的時(shí)刻，儲(chǔ)能電容Cb中的能量通過電感Lm、儲(chǔ)能電容Cb、續(xù)流二極管D和輸出電容Co所構(gòu)成的能量輸出回路，將能量轉(zhuǎn)移到輸出電容Co中。
另兩個(gè)實(shí)施例分別如圖2和3所示，所述的第一開關(guān)管D1的一端分別與輔助電感Ls和功率開關(guān)S1一端相聯(lián)，第一開關(guān)管D1的另一端與續(xù)流二極管D相連。
再兩個(gè)實(shí)施例如圖5和6所示，第一開關(guān)管D1的一端與續(xù)流二極管D相連，另一端與輸出電容Co相連。
其中，第一開關(guān)管D1和第二開關(guān)管D2可為二極管。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)管D1和第二開關(guān)管D2為二極管時(shí)，二極管的正負(fù)方向，使儲(chǔ)能回路1、能量轉(zhuǎn)移諧振回路2和能量輸出回路3處于正常導(dǎo)通狀態(tài)。其中所述的第二開關(guān)管D2為通態(tài)損耗小的肖特基管，且其第二開關(guān)管D2為零電壓關(guān)斷。
為了更好的理解本發(fā)明，下面以圖2所示實(shí)施例為例進(jìn)一步詳細(xì)介紹本發(fā)明的工作原理。對(duì)于其他實(shí)施例，同理也可作出類似的工作原理分析。
為了簡(jiǎn)化電路分析，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)可作如下假設(shè)
①輸出電容足夠大，可以認(rèn)為輸出電壓V0為恒定不變的直流電壓；②除了續(xù)流二極管D以外，所有功率器件都是理想器件；③電感Lm遠(yuǎn)大于輔助電感Ls；④輸入電壓Vin為常數(shù)；基于上述假設(shè)條件，我們可把一個(gè)電路工作周期分為6個(gè)時(shí)間段來分別進(jìn)行分析第一階段(t0--t1)開關(guān)功率開關(guān)S1在t0時(shí)刻導(dǎo)通，續(xù)流二極管D有反向恢復(fù)電流流過，輔助電感Ls與續(xù)流二極管D串聯(lián)來減少反向恢復(fù)電流，反向恢復(fù)電流沿儲(chǔ)能回路1(C0--D--Cb--Ls--S1--C0)流動(dòng)。
第二階段(t1--t2)續(xù)流二極管D在t1時(shí)刻截止，反向恢復(fù)現(xiàn)象結(jié)束。此時(shí)輔助電感Ls的儲(chǔ)存能量為 為反向恢復(fù)電流最大值；由于儲(chǔ)能電容Cb的儲(chǔ)存能量為 ，與輔助電感Ls的儲(chǔ)存能量相比非常小，可忽略不計(jì)此時(shí)第一開關(guān)管D1自然導(dǎo)通，電流沿能量轉(zhuǎn)移諧振回路2(Ls--D1--Cb)流動(dòng)，形成諧振通路，將輔助電感Ls的儲(chǔ)存的反向恢復(fù)能量全部轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)能電容Cb上去。此時(shí)續(xù)流二極管D上的電壓鉗位在V0電壓。
第三階段(t2--t3)在t2時(shí)刻，輔助電感Ls的電流下降為0，第一開關(guān)管D1截止，此時(shí)儲(chǔ)能電容Cb儲(chǔ)存的能量為 儲(chǔ)能電容Cb電壓保持不變，進(jìn)入正常的PFC電路的功率開關(guān)S1導(dǎo)通工作狀態(tài)。此時(shí)續(xù)流二極管D上的電壓為V0-VCb第四階段(t3--t4)在t3時(shí)刻，開關(guān)功率開關(guān)S1關(guān)斷，由于電感Lm電流IF不能突變，第一開關(guān)管D1和續(xù)流二極管D導(dǎo)通，電流IF沿第一開關(guān)管D1和續(xù)流二極管D流至輸出電容C0，同時(shí)，電流沿能量輸出回路3(Lm-Ls-Cb-D-Co)流動(dòng)，形成諧振通路，使輔助電感Ls電流不斷增加，儲(chǔ)能電容Cb電壓不斷減少，使第一開關(guān)管D1支路上的電流逐漸轉(zhuǎn)移到輔助電感Ls支路上來。
第五階段(t4--t5)在t4時(shí)刻，輔助電感Ls電流增加到電感Lm電流IF，電流已全部轉(zhuǎn)移到輔助電感Ls支路上來，第一開關(guān)管D1自然截止，電流IF沿能量輸出回路3(Lm-Ls-Cb-D-Co)恒流流動(dòng)，儲(chǔ)能電容Cb電壓繼續(xù)減少。
第六階段(t5--t6)在t5時(shí)刻，儲(chǔ)能電容Cb電壓下降為0，第二開關(guān)管D2自然導(dǎo)通，進(jìn)入正常的PFC電路的功率開關(guān)S1關(guān)斷續(xù)流工作狀態(tài)。此時(shí)儲(chǔ)能電容Cb為0保持不變。
從上述的電路原理分析可以知道，本發(fā)明采用一個(gè)輔助電感與續(xù)流二極管D串聯(lián)來減少反向恢復(fù)電流，通過增加一個(gè)特殊的儲(chǔ)能電路，把反向恢復(fù)電流能量?jī)?chǔ)存在儲(chǔ)能電路中，當(dāng)功率開關(guān)S1關(guān)斷后，儲(chǔ)能電路將儲(chǔ)存的反向恢復(fù)電流能量轉(zhuǎn)移到輸出電容上。可見反向恢復(fù)電流能量全部轉(zhuǎn)移到輸出電容上，沒有造成能量損耗，從而提高了整個(gè)電路的效率。
從上面分析可知，續(xù)流二極管D的峰值電壓應(yīng)力被鉗位在V0，與諧振電壓Vcb無關(guān)，從而減少了續(xù)流二極管D的耐壓要求。
與主續(xù)流二極管D串聯(lián)的第二開關(guān)管D2峰值電壓應(yīng)力等于諧振電壓Vcb，電壓較低，可以采用耐壓低，但通態(tài)損耗小的肖特基管等，另外第二開關(guān)管D2為ZVS關(guān)斷，無反向恢復(fù)電流，所以第二開關(guān)管D2的損耗與本發(fā)明電路所減少的電路損耗相比，比例很小，可忽略。從而減少了電路損耗，提高了整個(gè)電路的效率。
權(quán)利要求
1.一種升壓變換器，包括電感(Lm)、續(xù)流二極管(D)、輸出電容(Co)和功率開關(guān)(S1)，功率開關(guān)(S1)導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓(Vin)、功率開關(guān)(S1)和電感(Lm)位于一個(gè)充電回路上，功率開關(guān)(S1)斷開時(shí)，輸入電壓(Vin)、續(xù)流二極管(D)和輸出電容(Co)位于一個(gè)正向續(xù)流回路上，且續(xù)流二極管(D)在此回路正向?qū)?；其特征是所述的升壓變換器還包括儲(chǔ)能電路，所述的儲(chǔ)能電路包括輔助電感(Ls)、儲(chǔ)能電容(Cb)、第一開關(guān)管(D1)和第二開關(guān)管(D2)，其連接關(guān)系如下在功率開關(guān)(S1)由關(guān)斷到導(dǎo)通時(shí)刻，輔助電感(Ls)、儲(chǔ)能電容(Cb)、續(xù)流二極管(D)、功率開關(guān)(S1)和輸出電容(Co)構(gòu)成儲(chǔ)能回路，續(xù)流二極管(D)的反向恢復(fù)電流沿該儲(chǔ)能回路流動(dòng)；反向恢復(fù)能量存儲(chǔ)于儲(chǔ)能電容(Cb)和輔助電感(Ls)中；在反向恢復(fù)現(xiàn)象結(jié)束后，輔助電感(Ls)、儲(chǔ)能電容(Cb)和第一開關(guān)管(D1)構(gòu)成能量轉(zhuǎn)移諧振回路，輔助電感(Ls)中的能量沿該能量轉(zhuǎn)移諧振回路流動(dòng)，轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)能電容(Cb)中；在功率開關(guān)(S1)由導(dǎo)通到關(guān)斷的時(shí)刻，電感(Lm)、儲(chǔ)能電容(Cb)、續(xù)流二極管(D)和輸出電容(Co)構(gòu)成能量輸出回路，儲(chǔ)能電容(Cb)中的能量通過該能量輸出回路，將能量轉(zhuǎn)移到輸出電容(Co)中；所述的第二開關(guān)管(D2)與儲(chǔ)能電容(Cb)并聯(lián)，方向與續(xù)流二極管(D)相同。
2.如權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其特征是所述的第一開關(guān)管(D1)和輔助電感(Ls)的接點(diǎn)與功率開關(guān)(S1)相聯(lián)，儲(chǔ)能電容(Cb)和輔助電感(Ls)的接點(diǎn)與電感(Lm)相連。
3.如權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其特征是第一開關(guān)二極管(D1)的一端與功率開關(guān)(S1)和電感(Lm)的接點(diǎn)相連，第一開關(guān)管(D1)的另一端與續(xù)流二極管(D)的陽極相連，二極管(D)的陰極與輸出電容(Co)相連。
4.如權(quán)利要求1所述的升壓變換器，其特征是第一開關(guān)管(D1)的一端與續(xù)流二極管(D)的陰極相連，另一端與輸出電容(Co)相連，續(xù)流二極管(D)的陽極與電感(Lm)相連。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的升壓變換器，其特征是所述的第一開關(guān)管(D1)和第二開關(guān)管(D2)為二極管。
6.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的升壓變換器，其特征是所述的第二開關(guān)管(D2)為二極管，且為零電壓關(guān)斷。
全文摘要
本發(fā)明公開一種升壓變換器,包括電感、續(xù)流二極管、輸出電容、功率開關(guān)和儲(chǔ)能電路,所述的儲(chǔ)能電路包括輔助電感、儲(chǔ)能電容、第一開關(guān)管和第二開關(guān)管,第二開關(guān)管與儲(chǔ)能電容并聯(lián),方向與續(xù)流二極管相同。功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí),輔助電感、儲(chǔ)能電容、續(xù)流二極管、功率開關(guān)和輸出電容構(gòu)成儲(chǔ)能回路;把反向恢復(fù)電流能量?jī)?chǔ)存在儲(chǔ)能電路中。輔助電感、儲(chǔ)能電容和第一開關(guān)管構(gòu)成能量轉(zhuǎn)移諧振回路,功率開關(guān)關(guān)斷時(shí),電感、儲(chǔ)能電容、續(xù)流二極管和輸出電容構(gòu)成能量輸出回路;經(jīng)能量轉(zhuǎn)移諧振回路的能量被能量輸出回路轉(zhuǎn)移到輸出電容上。減少了能量損耗,提高了整個(gè)電路的效率;續(xù)流二極管的峰值電壓應(yīng)力被鉗位在Vo,減少了續(xù)流二極管的耐壓要求。
文檔編號(hào)H02M3/07GK1377125SQ0211513
公開日2002年10月30日 申請(qǐng)日期2002年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月17日
發(fā)明者向華, 阮世良 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司