專利名稱：一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無損緩沖電路，具體說是一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路。
背景技術(shù)：
基本Boost變換器,包括一個(gè)電感,一個(gè)輸出二極管和一個(gè)功率開關(guān)管，功率開關(guān)管通常采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或MOSFET。其中電感的輸入端連接輸入電源的正極，輸出端接輸出二極管的陽極，輸出二極管的陰極接變換器輸出端的正極，在電感輸出端和輸出二極管陽極的連接節(jié)點(diǎn)上接功率開關(guān)管的集電極(功率開關(guān)管若采用MOSFET管則為漏極)，功率開關(guān)管的發(fā)射極(功率開關(guān)若采用MOSFET管則為源極)接變換器輸出端的負(fù)極，也即是接地。這種基本Boost變換器在應(yīng)用于大功率場合時(shí)，由于IGBT的電流拖尾效應(yīng)使得功率開關(guān)管的關(guān)斷損耗變的很高，其在整個(gè)變換器的損耗中也占據(jù)了相當(dāng)大的比例，由此導(dǎo)致變換器散熱器的體積較大，功率開關(guān)管的工作頻率難以提高，整個(gè)開關(guān)電源的功率密度較低。基于以上原因，基本Boost變換器在一些對(duì)電源體積和重量要求較高的應(yīng)用場合，如插入式混合動(dòng)力車和純電動(dòng)汽車等，難以得到推廣應(yīng)用。為了降低變換器開關(guān)損耗，目前主要是借助于輔助電路來實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)工作狀態(tài)，但此種改進(jìn)措施所針對(duì)的往往是采用MOSFET管功率開關(guān)管的變換器，且其主要目的是降低功率開關(guān)管的開通損耗而非關(guān)斷損耗；而對(duì)于采用IGBT作為功率開關(guān)管的變換器在現(xiàn)有技術(shù)中還是一個(gè)空白。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明旨在提供一種可以有效降低Boost變換器功率開關(guān)管關(guān)斷損耗，且具有結(jié)構(gòu)簡單、不改變?cè)儞Q器性能、成本低和無能量損耗等優(yōu)點(diǎn)的輔助電路。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路，其特征在于，包含輔助電感La，輔助功率開關(guān)Sa，兩個(gè)輔助二極管Da、Dal以及輔助電容Cal ;所述輔助功率開關(guān)Sa為絕緣柵雙極型晶體管；
其電路連接關(guān)系為:輔助電感La的一端與基本Boost變換器輸入電源Vin的正極相連，另一端與第一輔助二極管Da的陽極相連，連接節(jié)點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)a ；
第一輔助二極管Da的陰極與第二輔助二極管Dal的陽極相連，連接節(jié)點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)b，第二輔助二極管Da的陰極與基本Boost變換器輸出端Vout的正極相連；
輔助電容Cal的正極連接于節(jié)點(diǎn)b，輔助電容Cal的負(fù)極與功率開關(guān)管SI的集電極相連并通過電感LI連接到基本Boost變換器輸入電源Vin的正極；
輔助功率開關(guān)Sa，其具有柵極、集電極和源極，其柵極與控制器控制信號(hào)Ga相連接，其集電極與節(jié)點(diǎn)a相連接，其發(fā)射極接地。進(jìn)一步，所述輔助二極管Dal以及輔助電容Cal的數(shù)量均為n，n為自然數(shù)，n的取值范圍n≥2 ;
n個(gè)相同的無損緩沖電路與η相交錯(cuò)并聯(lián)型基本Boost變換器交錯(cuò)并聯(lián)使用。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明可以有效降低Boost變換器中功率開關(guān)管的關(guān)斷損耗，且不影響原變換器的性能。2、本發(fā)明可以直接應(yīng)用于多相交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器中，同時(shí)降低所有交錯(cuò)并聯(lián)相的功率開關(guān)管的關(guān)斷損耗。3、本發(fā)明電路拓?fù)浜唵?，不改變?cè)儞Q器的工作性能和參數(shù)設(shè)計(jì)，特別適合于采用IGBT作為功率開關(guān)的大功率應(yīng)用場合。


圖1是本發(fā)明應(yīng)用于基本Boost電路的實(shí)施原理 圖中，1是本發(fā)明一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路；
圖2是本發(fā)明應(yīng)用于交錯(cuò)并聯(lián)型Boost電路的實(shí)施原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1,基本Boost變換器,包括一個(gè)電感LI, 一個(gè)輸出二極管Dl和一個(gè)功率開關(guān)管SI，功率開關(guān)管SI通常采用絕IGBT或M0SFET。其中電感LI的輸入端連接輸入電源Vin的正極，輸出端接輸出二極管Dl的陽極，輸出二極管Dl的陰極接變換器輸出端Vout的正極，在電感LI輸出端和輸出二極管Dl陽極的連接節(jié)點(diǎn)上接功率開關(guān)管的集電極(功率開關(guān)管若采用MOSFET管則為漏極)，功率開關(guān)管的發(fā)射極(功率開關(guān)若采用MOSFET管則為源極)接變換器輸出端Vout的負(fù)極，也即是接地。為了有效降低Boost變換器中功率開關(guān)管的關(guān)斷損耗，且不影響原變換器的性能，本發(fā)明公開了一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路(如圖1中的方框I所示)，包含一個(gè)輔助電感La，一個(gè)輔助功率開關(guān)Sa，兩個(gè)輔助二極管Da、Dal以及一個(gè)輔助電容Cal ；所述輔助功率開關(guān)Sa為IGBT ；
其電路連接關(guān)系為:輔助電感La的一端與基本Boost變換器輸入電源Vin的正極相連，另一端與第一輔助二極管Da的陽極相連，連接節(jié)點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)a ；
第一輔助二極管Da的陰極與第二輔助二極管Dal的陽極相連，連接節(jié)點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)b，第二輔助二極管Da的陰極與基本Boost變換器輸出端Vout的正極相連；
輔助電容Cal的正極連接于節(jié)點(diǎn)b，輔助電容Cal的負(fù)極與功率開關(guān)管SI的集電極相連并通過電感LI連接到基本Boost變換器輸入電源Vin的正極； 輔助功率開關(guān)Sa，其具有柵極、集電極和源極，其柵極與控制器控制信號(hào)Ga相連接，其集電極與節(jié)點(diǎn)a相連接，其發(fā)射極接地。根據(jù)開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)的不同，圖1所示電路有3種工作狀態(tài):
(I)控制功率開關(guān)管SI導(dǎo)通，輔助功率開關(guān)Sa導(dǎo)通，此時(shí)輸入電源Vin通過功率開關(guān)管SI向電感LI充電，同時(shí)輸入電源Vin通過輔助功率開關(guān)Sa向輔助電感La充電；輸出二極管Dl和地第二輔助二極管Dal均關(guān)斷。(2)控制器控制功率開關(guān)管SI導(dǎo)通，輔助功率開關(guān)Sa關(guān)斷，此時(shí)輸入電源Vin通過功率開關(guān)管SI向電感LI充電，輔助電感La通過第一輔助二極管Da和功率開關(guān)管SI向輔助電容Cal充電；由于輔助電容Cal容值設(shè)定較小，因此其兩端電壓將會(huì)很快上升到輸出電壓uo，此時(shí)第二輔助二極管Dal導(dǎo)通，輔助電感La中剩余的能量將通過輔助二極管Da和Dal傳輸?shù)捷敵鰹V波電容Co和負(fù)載上。上述過程必須在功率開關(guān)管SI關(guān)斷之前結(jié)束。在此過程中，輔助功率開關(guān)Sa和輸出二極管Dl均關(guān)斷。(3)控制器控制功率開關(guān)管SI關(guān)斷，輔助功率開關(guān)Sa關(guān)斷，在功率開關(guān)管SI關(guān)斷時(shí)，由于輔助電容Cal的電壓被箝位在輸出電壓uo，所以功率開關(guān)管SI的端電壓被箝位在OV0當(dāng)功率開關(guān)管SI關(guān)斷后，電感LI上的電流必須首先經(jīng)過輔助電容Cal和第二輔助二極管Dal向輸出濾波電容Co和負(fù)載供電,直到輔助電容Cal上的能量完全放完后,第二輔助二極管Dal截止，輸出二極管Dl導(dǎo)通，電感LI上的電流經(jīng)輸出二極管Dl向輸出濾波電容CO和負(fù)載供電。顯然在此過程中功率開關(guān)管SI實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷，且輔助電容Cal上存儲(chǔ)的能量完全輸送到了輸出端Vout，實(shí)現(xiàn)了無損緩沖。進(jìn)一步地，如圖2所示，所述的基本Boost變換器可以替換為多相交錯(cuò)并聯(lián)型Boost變換器，多相交錯(cuò)并聯(lián)型Boost變換器的交錯(cuò)并聯(lián)相數(shù)為η，η為自然數(shù)，η的取值范圍為η > 2 ;與交錯(cuò)并聯(lián)相數(shù)為η的多相交錯(cuò)并聯(lián)型Boost變換器相匹配的無損緩沖電路的輔助二極管以及輔助電容的數(shù)量均為n，例如當(dāng)η為自然數(shù)3時(shí)，適用于Boost變換器的無損緩沖電路則包括三個(gè)輔助二極管Dal、Da2和Da3，三個(gè)輔助電容Cal、Ca2和Ca3。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路，其特征在于，包含輔助電感La，輔助功率開關(guān)Sa，兩個(gè)輔助二極管Da、Dal以及輔助電容Cal ;所述輔助功率開關(guān)Sa為絕緣柵雙極型晶體管； 其電路連接關(guān)系為:輔助電感La的一端與基本Boost變換器輸入電源Vin的正極相連，另一端與第一輔助二極管Da的陽極相連，連接節(jié)點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)a ； 第一輔助二極管Da的陰極與第二輔助二極管Dal的陽極相連，連接節(jié)點(diǎn)記為節(jié)點(diǎn)b，第二輔助二極管Da的陰極與基本Boost變換器輸出端Vout的正極相連； 輔助電容Cal的正極連接于節(jié)點(diǎn)b，輔助電容Cal的負(fù)極與功率開關(guān)管SI的集電極相連并通過電感LI連接到基本Boost變換器輸入電源Vin的正極； 輔助功率開關(guān)Sa，其具有柵極、集電極和源極，其柵極與控制器控制信號(hào)Ga相連接，其集電極與節(jié)點(diǎn)a相連接，其發(fā)射極接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述適用于Boost變換器的無損緩沖電路，其特征在于，所述輔助二極管Dal以及輔助電容Cal的數(shù)量均為η, η為自然數(shù)，η的取值范圍為η > I ; η個(gè)相同的無損緩沖電路與η相交錯(cuò)并聯(lián)型Boost變換器交錯(cuò)并聯(lián)使用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路，包含輔助電感La，輔助功率開關(guān)Sa，兩個(gè)輔助二極管Da、Da1以及一個(gè)輔助電容Ca1；所述輔助功率開關(guān)Sa為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。本發(fā)明提出的一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路可以有效降低Boost變換器功率開關(guān)管關(guān)斷損耗，且具有結(jié)構(gòu)簡單、不改變?cè)儞Q器性能、成本低和無能量損耗等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明還可以直接應(yīng)用于多相交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器中，可同時(shí)降低所有交錯(cuò)并聯(lián)相的功率開關(guān)管的關(guān)斷損耗。
文檔編號(hào)H02M3/155GK103095114SQ20131001919
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者孫鵬菊, 邾玢鑫, 羅全明, 周雒維 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)