專利名稱：一種無源箝位交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流一直流變換器，具體說是一種無源箝位交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器。

背景技術(shù)：
常規(guī)的升壓型(Boost)交錯(cuò)并聯(lián)直流—直流變換器，包括兩個(gè)電感，兩個(gè)續(xù)流二極管，兩個(gè)功率開關(guān)管，第一功率開關(guān)管的漏極與第一二極管的陽(yáng)極及第一電感的一端相連，第二功率開關(guān)管的漏極與第二二極管的陽(yáng)極及第二電感的一端相連，第一電感的另一端與第二電感的另一端相連。這種升壓型交錯(cuò)并聯(lián)直流—直流變換器輸出電壓增益較小，功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大，功率開關(guān)管為硬開關(guān)工作，開關(guān)損耗較大，續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流較大，反向恢復(fù)損耗較大。近年來，相繼研究了一些軟開關(guān)電路，主要有兩種一種是通過附加有源功率開關(guān)和無源電感、電容等器件實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)；另一種是通過附加二極管和無源電感、電容等器件實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)。這兩種方法的雖然可以實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)，但是外加電路復(fù)雜，而且不能降低功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力，也不能實(shí)現(xiàn)變換器的高增益功能。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供功率開關(guān)管電壓應(yīng)力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，且無能量損耗的具有高電壓增益的無源箝位交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，無源箝位交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器包括兩個(gè)功率開關(guān)管，兩個(gè)鉗位二極管，兩個(gè)輸出二極管，兩個(gè)開關(guān)電容，一個(gè)輸出電容和兩個(gè)耦合電感，第一耦合電感有兩個(gè)繞組，第二耦合電感有兩個(gè)繞組，第一耦合電感的第一繞組的一端、第二耦合電感的第一繞組的一端以及第一開關(guān)電容的一端、第二開關(guān)電容的一端共同與輸入電源的正端相連，第一耦合電感的第一繞組的另一端與第一功率開關(guān)管的漏極以及第一箝位二極管的陽(yáng)極相連，第一功率開關(guān)管的源極與地相連，第一開關(guān)電容的另一端與第一耦合電感的第二繞組的一端以及第二鉗位二極管的陰極相連，第二耦合電感的第一繞組的另一端與第二功率開關(guān)管的漏極以及第二箝位二極管的陽(yáng)極相連，第二功率開關(guān)管的源極與地相連，第二開關(guān)電容的另一端與第二耦合電感的第二繞組的一端以及第一鉗位二極管的陰極相連，第一耦合電感的第二繞組的另一端與第一輸出二極管的陽(yáng)極相連，第二耦合電感的第二繞組的另一端與第二輸出二極管的陽(yáng)極相連，第一輸出二極管的陰極與第二輸出二極管的陰極以及輸出電容的正端相連，輸出電容的負(fù)端與地相連，上述第一耦合電感的第一繞組與第二耦合電感的第一繞組的連接端和第一耦合電感的第二繞組與第一開關(guān)電容的連接端為第一耦合電感的同名端；第二耦合電感的第一繞組與第一耦合電感的第一繞組的連接端和第二耦合電感的第二繞組與第二開關(guān)電容的連接端為第二耦合電感的同名端。
工作時(shí)，利用兩個(gè)耦合電感的第二繞組和與之串聯(lián)的開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)了電路的高增益輸出；利用第一功率開關(guān)管漏、源極間自身存在的并聯(lián)電容以及第二功率開關(guān)管漏、源極間自身存在的并聯(lián)電容，實(shí)現(xiàn)了第一功率開關(guān)管和第二功率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷；第二開關(guān)電容收集第一耦合電感的漏感能量，第一開關(guān)電容收集第二耦合電感的漏感能量，并最終轉(zhuǎn)移到輸出端，實(shí)現(xiàn)了箝位電路的無損吸收。在整個(gè)開關(guān)周期中，第一、第二功率開關(guān)管可實(shí)現(xiàn)零電流開通和零電壓關(guān)斷，利用第一、第二耦合電感的漏感降低第一、第二鉗位二極管以及第一、第二輸出二極管的電流下降速率，從而改善了第一、第二鉗位二極管及第一、第二輸出二極管的反向恢復(fù)特性。
本發(fā)明的無源箝位交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器，利用兩個(gè)耦合電感的第二繞組和與之串聯(lián)的開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)了變換器的高增益輸出，利用第一鉗位二極管與第二開關(guān)電容以及第二鉗位二極管與第一開關(guān)電容組成的鉗位電路無損地吸收和轉(zhuǎn)移了兩個(gè)耦合電感的漏感能量，并實(shí)現(xiàn)了第一、第二功率開關(guān)管的零電流開通，利用第一、第二功率開關(guān)管自身存在的并聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)了第一、第二功率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷，利用第一、第二耦合電感的漏感實(shí)現(xiàn)了第一、第二輸出二極管和第一、第二鉗位二極管的軟關(guān)斷，無需額外的電感元件，從而附加元件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，無需額外的檢測(cè)電路，電路中無能量損耗元件，可提高變換器的輸出增益與電路效率，且換流過程中，功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)無電壓過沖，續(xù)流二極管關(guān)斷時(shí)無電流過沖。



圖1是無源箝位交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器的電路圖。

具體實(shí)施例方式 參見圖1，本發(fā)明的無源箝位交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器包括兩個(gè)功率開關(guān)管S1、S2，兩個(gè)鉗位二極管Dc1、Dc2，兩個(gè)輸出二極管Do1、Do2，兩個(gè)開關(guān)電容Cc1、Cc2，一個(gè)輸出電容Co和兩個(gè)耦合電感，第一耦合電感有兩個(gè)繞組L1a、L1b，第二耦合電感有兩個(gè)繞組L2a、L2b，第一耦合電感的第一繞組L1a的一端、第二耦合電感的第一繞組L2a的一端以及第一開關(guān)電容Cc1的一端、第二開關(guān)電容Cc2的一端共同與輸入電源Vin的正端相連，第一耦合電感的第一繞組L1a的另一端與第一功率開關(guān)管S1的漏極以及第一箝位二極管Dc1的陽(yáng)極相連，第一功率開關(guān)管S1的源極與地相連，第一開關(guān)電容Cc1的另一端與第一耦合電感的第二繞組L1b的一端以及第二鉗位二極管Dc2的陰極相連，同樣，第二耦合電感的第一繞組L2a的另一端與第二功率開關(guān)管S2的漏極以及第二箝位二極管Dc2的陽(yáng)極相連，第二功率開關(guān)管S2的源極與地相連，第二開關(guān)電容Cc2的另一端與第二耦合電感的第二繞組L2b的一端以及第一鉗位二極管Dc1的陰極相連，第一耦合電感的第二繞組L1b的另一端與第一輸出二極管Do1的陽(yáng)極相連，第二耦合電感的第二繞組L2b的另一端與第二輸出二極管Do2的陽(yáng)極相連，第一輸出二極管Do1的陰極與第二輸出二極管Do2的陰極以及輸出電容Co的正端相連，輸出電容Co的負(fù)端與地相連。
無源箝位交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器存在四種換流情況，即第一功率開關(guān)管S1關(guān)斷與第一鉗位二極管Dc1導(dǎo)通之間的換流；第一輸出二極管Do1關(guān)斷與第一開關(guān)管S1開通之間的換流；第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷與第二鉗位二極管Dc2導(dǎo)通之間的換流；第二輸出二極管Do2關(guān)斷與第二功率開關(guān)管S2開通之間的換流。由于電路的對(duì)稱性，僅以第一功率開關(guān)管S1的換流過程為例分析如下 第一功率開關(guān)管S1關(guān)斷與第一鉗位二極管Dc1導(dǎo)通的換流過程 換流之前，電路處于第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2開通，第一鉗位二極管Dc1、第一輸出二極管Do1、第二鉗位二極管Dc2、第二輸出二極管Do2關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)管S1關(guān)斷時(shí)，由于第一功率開關(guān)管S1自身存在并聯(lián)電容，第一功率開關(guān)管S1的電壓從零開始以一定斜率線性上升，即第一功率開關(guān)管S1實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。第一功率開關(guān)管S1的電壓上升到一定值時(shí)，第一鉗位二極管Dc1開通，第一耦合電感的漏感能量轉(zhuǎn)移到第二開關(guān)電容Cc2上。在這個(gè)過程中，第一輸出二極管Do1導(dǎo)通，耦合電感能量開始向電路的輸出端轉(zhuǎn)移。當(dāng)?shù)谝获詈想姼械穆└心芰咳哭D(zhuǎn)移到第二開關(guān)電容Cc2上時(shí)，第一鉗位二極管Dc1關(guān)斷。由于第一耦合電感的漏感限制了第一鉗位二極管Dc1的電流下降速率，第一鉗位二極管Dc1的反向恢復(fù)特性得到改善。之后，電路進(jìn)入第一功率管S1關(guān)斷，第一鉗位二極管Dc1關(guān)斷、第一輸出二極管Do1開通的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
第一功率開關(guān)管S1開通與第一輸出二極管Do1關(guān)斷的換流過程 第一功率開關(guān)管S1開通前，第一耦合電感的漏感電流為零，第一鉗位二極管Dc1關(guān)斷、第一輸出二極管Do1處于導(dǎo)通的穩(wěn)定運(yùn)行工作狀態(tài)。第一功率開關(guān)管S1開通時(shí)，由于第一耦合電感的漏感的存在，流過第一功率開關(guān)管S1的電流從零開始以一定斜率線性上升，即第一功率開關(guān)管S1實(shí)現(xiàn)了零電流開通。第一輸出二極管Do1的電流從一定值開始以一定斜率下降，當(dāng)?shù)谝惠敵龆O管Do1的電流下降到零時(shí)，第一輸出二極管Do1關(guān)斷。這樣，第一輸出二極管Do1的反向恢復(fù)電流為零，大大減小了第一輸出二極管Do1帶來的反向恢復(fù)損耗。之后，電路進(jìn)入第一功率開關(guān)管S1導(dǎo)通，第一鉗位二極管Dc1、第一輸出二極管Do1關(guān)斷的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種無源箝位交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器，其特征是包括兩個(gè)功率開關(guān)管(S1、S2)，兩個(gè)鉗位二極管(Dc1、Dc2)，兩個(gè)輸出二極管(Do1、Do2)，兩個(gè)開關(guān)電容(Cc1、Cc2)，一個(gè)輸出電容(Co)和兩個(gè)耦合電感，第一耦合電感有兩個(gè)繞組(L1a、L1b)，第二耦合電感有兩個(gè)繞組(L2a、L2b)，第一耦合電感的第一繞組(L1a)的一端、第二耦合電感的第一繞組(L2a)的一端以及第一開關(guān)電容(Cc1)的一端、第二開關(guān)電容(Cc2)的一端共同與輸入電源的正端相連，第一耦合電感的第一繞組(L1a)的另一端與第一功率開關(guān)管(S1)的漏極以及第一箝位二極管(Dc1)的陽(yáng)極相連，第一功率開關(guān)管(S1)的源極與地相連，第一開關(guān)電容(Cc1)的另一端與第一耦合電感的第二繞組(L1b)的一端以及第二鉗位二極管(Dc2)的陰極相連，第二耦合電感的第一繞組(L2a)的另一端與第二功率開關(guān)管(S2)的漏極以及第二箝位二極管(Dc2)的陽(yáng)極相連，第二功率開關(guān)管(S2)的源極與地相連，第二開關(guān)電容(Cc2)的另一端與第二耦合電感的第二繞組(L2b)的一端以及第一鉗位二極管(Dc1)的陰極相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的另一端與第一輸出二極管(Do1)的陽(yáng)極相連，第二耦合電感的第二繞組(L2b)的另一端與第二輸出二極管(Do2)的陽(yáng)極相連，第一輸出二極管(Do1)的陰極與第二輸出二極管(Do2)的陰極以及輸出電容(Co)的正端相連，輸出電容(Co)的負(fù)端與地相連，上述第一耦合電感的第一繞組(L1a)與第二耦合電感的第一繞組(L2a)的連接端和第一耦合電感的第二繞組(L1b)與第一開關(guān)電容(Cc1)的連接端為第一耦合電感的同名端；第二耦合電感的第一繞組(L2a)與第一耦合電感的第一繞組(L1a)的連接端和第二耦合電感的第二繞組(L2b)與第二開關(guān)電容(Cc2)的連接端為第二耦合電感的同名端。
全文摘要
本發(fā)明公開的無源箝位交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器包括兩個(gè)功率開關(guān)管，兩個(gè)輸出二極管，兩個(gè)鉗位二極管，兩個(gè)開關(guān)電容，一個(gè)輸出電容和兩個(gè)耦合電感，兩個(gè)耦合電感分別有兩個(gè)繞組。本發(fā)明利用兩個(gè)耦合電感的第二繞組與開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)了變換器的高增益輸出。利用兩個(gè)耦合電感的漏感實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功率開關(guān)管的零電流開通和利用兩個(gè)功率開關(guān)管自身存在的并聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷。利用兩個(gè)鉗位二極管與兩個(gè)開關(guān)電容組成的鉗位電路無損地吸收和轉(zhuǎn)移了兩個(gè)耦合電感的漏感能量。利用兩個(gè)耦合電感的漏感實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)輸出二極管和兩個(gè)鉗位二極管的軟關(guān)斷，電路中無能量損耗元件，可提高變換器的輸出增益與電路效率。
文檔編號(hào)H02M3/155GK101247085SQ20081006018
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者何湘寧, 東 汪 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)