一種單管Boost-Buck-Boost變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種單管Boost-Buck-Boost變換器。本發(fā)明以直流電源（Vin）、開關(guān)管（S）、第一二極管（D1）、第三二極管（D3）和第一電容（C1）構(gòu)成輸入Boost變換器，以第一電容（C1）、開關(guān)管（S）、第二二極管（D2）、第二電容（C2）和負(fù)載（R）構(gòu)成輸出Buck-Boost變換器。僅使用一個(gè)開關(guān)管（S）實(shí)現(xiàn)Boost變換器和Buck-Boost變換器的級(jí)聯(lián)，增益可以達(dá)到D/(1-D)2。此外，該級(jí)聯(lián)變換器的輸入電流連續(xù)，非常有利于輸入電流的濾波。
【專利說明】—種單管Boost-Buck-Boost變換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及級(jí)聯(lián)DC-DC變換器領(lǐng)域,具體涉及一種單管Boost-Buck-Boost變換器變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，高增益升壓DC-DC變換器廣泛用于UPS、分布式光伏發(fā)電和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。目前，高增益升壓DC-DC變換器有開關(guān)電容型、開關(guān)電感型，通過增加開關(guān)電容或電感來實(shí)現(xiàn)電壓的升高，同時(shí)也使電路結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜。此外，還有通過隔離變壓器或耦合電感來實(shí)現(xiàn)高增益，然而變壓器和耦合電感的漏感難以控制，會(huì)極大地增加器件的應(yīng)力和能量損耗。此外，級(jí)聯(lián)型DC-DC變換器可以實(shí)現(xiàn)高增益，同樣受到很大的青睞，若將基本的Boost變換器和Buck-Boost變換器級(jí)聯(lián)，可以得到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高增益級(jí)聯(lián)變換器，但是如何使用一個(gè)開關(guān)管實(shí)現(xiàn)高增益級(jí)聯(lián)變換器仍是個(gè)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種單管Boost-Buck-Boost變換器變換器。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種單管Boost-Buck-Boost變換器變換器，包括以直流電源、開關(guān)管、第一電感、第一二極管、第三二極管和第一電容構(gòu)成的Boost變換器；以第一電容、開關(guān)管、第二電感、第二二極管、第二電容和負(fù)載構(gòu)成的Buck-Boost變換器。
[0005]所述變換器中，第一電感的一端與直流電壓的正極相連接，另一端同時(shí)與開關(guān)管的漏極和第一電容的陽(yáng)極相連；第二電感的一端同時(shí)與第一電容的陰極、第一二極管的陽(yáng)極、第二二極管的陽(yáng)極相連接，另一端同時(shí)與開關(guān)管的源極、第三二極管的陽(yáng)極、第二電容的陰極和負(fù)載的一端相連接；負(fù)載的另一端同時(shí)與第二二極管的陰極和第二電容的陽(yáng)極相連接；直流電源的負(fù)極同時(shí)與第一二極管的陰極和第三二極管的陰極相連接。
[0006]當(dāng)開關(guān)管開通時(shí)，第一二極管和第二二極管截止，第三二極管導(dǎo)通，直流電源給第一電感充電，第一電容給第二電感充電，同時(shí)第二電容給負(fù)載供電；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，第一電感通過第一二極管續(xù)流，第二電感通過第二二極管續(xù)流，第三二極管截止，直流電源和第一電感共同給第一電容充電，第二電感同時(shí)給第二電容和負(fù)載供電。
[0007]變換器包括第一電感的電流和第二電感的電流均工作于連續(xù)導(dǎo)通模式(L1-L2-CCM模式)、第一電感的電流或第二電感的電流工作于連續(xù)導(dǎo)通模式(L1Zl2-CCM模式)，其中L1/L2-CCM模式包括第一電感的電流工作于連續(xù)導(dǎo)通模式而第二電感的電流工作于斷續(xù)導(dǎo)通模式、第一電感的電流工作于斷續(xù)導(dǎo)通模式而第二電感的電流工作于連續(xù)導(dǎo)通模式、包括第一電感的電流和第二電感的電流均工作于斷續(xù)導(dǎo)通模式。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)勢(shì)為:僅使用一個(gè)開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)Boost變換器和Buck-Boost變換器的級(jí)聯(lián)，極大的簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，增益為D/(1-D)2?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的一種單管Boost-Buck-Boost變換器結(jié)構(gòu)圖；
[0010]圖2是圖1所示的一種單管Boost-Buck-Boost變換器工作于L1-L2-CCM模式下關(guān)鍵電流波形圖；
[0011]圖3是圖1所示的一種單管Boost-Buck-Boost變換器工作于IVL2-DCM模式下關(guān)鍵電流波形圖；
[0012]圖4a~圖4d分別是圖1所示的一種單管Boost-Buck-Boost變換器的四種工作模態(tài)；
[0013]圖5是圖1中的一種單管Boost-Buck-Boost變換器工作于L1-L2-CCM模式的仿真波形圖；
[0014]圖6是圖1中的一種單管Boost-Buck-Boost變換器工作于L1Zl2-DCM模式的仿真波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為進(jìn)一步闡述本發(fā)明的內(nèi)容和特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案進(jìn)行具體說明。但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
[0016]參考圖1，本發(fā)明的一種單管Boost-Buck-Boost變換器，直流電源Vin、開關(guān)管S、第一電感L1、第一二極管 D1、第三二極管D3和第一電容C1構(gòu)成的Boost變換器；以第一電容C1、開關(guān)管S、第二電感L2、第二二極管D2、第二電容C2和負(fù)載R構(gòu)成的Buck-Boost變換器。其中，第一電感L1的一端與直流電壓Vin的正極相連接,第一電感L1另一端同時(shí)與開關(guān)管S的漏極和第一電容C1的陽(yáng)極相連；第二電感1^2的一端同時(shí)與第一電容C1的陰極、第一二極管D1的陽(yáng)極、第二二極管D2的陽(yáng)極相連接，第二電感L2另一端同時(shí)與開關(guān)管S的源極、第三二極管D3的陽(yáng)極、第二電容C2的陰極和負(fù)載R的一端相連接；負(fù)載R的另一端同時(shí)與第二二極管D2的陰極和第二電容C2的陽(yáng)極相連接；直流電源Vin的負(fù)極同時(shí)與第一二極管D1的陰極和第三二極管D3的陰極相連接。
[0017]下面以圖1為主電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖2~圖4敘述本發(fā)明的具體工作原理。
[0018]首先考慮變換器工作在L1-L2-CCM模式:
[0019]圖2中階段，開關(guān)管S開通，第一二極管D1和第二二極管D2截止，第三二極管D3導(dǎo)通,直流電源Vin經(jīng)開關(guān)管S和第三二極管D3給第一電感L1充電,第一電感L1的電流iu線性上升，第一電容C1經(jīng)開關(guān)管S給第二電感L2充電，第二電感L2的電流^線性上升，同時(shí)第二電容C2給負(fù)載R供電，電流路徑如圖4a所示；圖2中t1-t2階段，開關(guān)管S關(guān)斷，第一電感L1通過第一二極管D1續(xù)流，第二電感L2通過第二二極管D2續(xù)流，第三二極管D3截止，直流電源Vin和第一電感L1經(jīng)第一二極管D1共同給第一電容C1充電,第一電感L1的電流iu線性下降，第二電感L2經(jīng)第二二極管D2同時(shí)給第二電容C2和負(fù)載R供電，第二電感L2的電流込線性下降，電流路徑如圖4b所示。關(guān)鍵電流波形圖如圖3所示。
[0020]再考慮變換器工作在L1Zl2-DCM模式，以第一電感L1的電流和第二電感L2的電流均工作于斷續(xù)導(dǎo)通模式且第一電感L1的電流比第二電感L2的電流提前降為零為例進(jìn)行說明:
[0021]圖3中^t1與trt2階段變換器的工作過程與上述圖2中^t1與trt2階段相同。t2時(shí)亥lj，第一電感L1的電流iu降為零。
[0022]圖3中t2_t3階段，開關(guān)管S關(guān)斷，第一二極管D1和第三二極管D3截止，第二電感L2繼續(xù)經(jīng)第二二極管D2續(xù)流同時(shí)給第二電容C2和負(fù)載R供電，第二電感L2的電流込繼續(xù)線性下降，電流路徑如圖4c所示。t3時(shí)刻，第二電感L2的電流L降為零。
[0023]圖3中t3_t4階段，開關(guān)管S關(guān)斷，第一二極管D1、第二二極管D2和第三二極管D3截止，第二電容C2給負(fù)載R供電，電流路徑如圖4d所示。
[0024]圖5為所提供變換器工作于L1-L2-CCM模式的仿真圖，驗(yàn)證了上述理論分析的正確性。
[0025]圖6為所提供變換器工作于L1Zl2-DCM模式的仿真圖，驗(yàn)證了上述理論分析的正確性。
【權(quán)利要求】
1.一種單管Boost-Buck-Boost變換器，其特征在于包括以直流電源(Vin)、開關(guān)管(S)、第一電感(L1)、第一二極管(D1)、第三二極管(D3)和第一電容(C1)構(gòu)成的Boost變換器；以第一電容(C1X開關(guān)管(S)、第二電感(L2)、第二二極管(D2)、第二電容(C2)和負(fù)載(R)構(gòu)成的Buck-Boost變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單管Boost-Buck-Boost變換器,其特征在于:第一電感(L1)的一端與直流電壓(Vin)的正極相連接，第一電感(L1)另一端同時(shí)與開關(guān)管(S)的漏極和第一電容(C1)的陽(yáng)極相連；第二電感(L2)的一端同時(shí)與第一電容(C1)的陰極、第一二極管(D1)的陽(yáng)極、第二二極管(D2)的陽(yáng)極相連接，第二電感(L2)另一端同時(shí)與開關(guān)管(S)的源極、第三二極管(D3)的陽(yáng)極、第二電容(C2)的陰極和負(fù)載(R)的一端相連接；負(fù)載(R)的另一端同時(shí)與第二二極管(D2)的陰極和第二電容(C2)的陽(yáng)極相連接；直流電源(Vin)的負(fù)極同時(shí)與第一二極管(D1)的陰極和第三二極管(D3)的陰極相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單管Boost-Buck-Boost變換器,其特征在于工作模式包括L1-L2-CCM模式和L1Zl2-CCM模式，L1-L2-CCM模式中第一電感(L1)的電流和第二電感(L2)的電流均工作于連續(xù)導(dǎo)通模式A1Zl2-CCM模式中，第一電感(L1)的電流或第二電感(L2)的電流工作于連續(xù)導(dǎo)通模式，L1Zl2-CCM模式包括:第一電感(L1)的電流工作于連續(xù)導(dǎo)通模式而第二電感(L2)的電流工作于斷續(xù)導(dǎo)通模式、第一電感(L1)的電流工作于斷續(xù)導(dǎo)通模式而第二電感(L2)的電流工作于連續(xù)導(dǎo)通模式、第一電感(L1)的電流和第二電感(L2)的電流均工作于斷續(xù)導(dǎo)通模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單管Boost-Buck-Boost變換器，其特征在于:所述變換器的增益為D/(l-D)2，其中D為開關(guān)管(S)開通時(shí)間的占空比。
【文檔編號(hào)】H02M3/07GK103633833SQ201310567549
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】張波, 付堅(jiān), 丘東元, 肖文勛, 黃子田 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)