一種單開(kāi)關(guān)反向輸出二次型寬增益變換器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種單開(kāi)關(guān)反向輸出二次型寬增益變換器，包括依次連接的Boost電路、Buck-Boost電路和Buck電路。其中，Boost電路由輸入電源、第一電感、第一二極管、第二二極管、開(kāi)關(guān)管和第一電容構(gòu)成；Buck-Boost電路由第一電容、第二電感、第二電容、第三二極管和開(kāi)關(guān)管構(gòu)成；Buck電路由第二電容、開(kāi)關(guān)管、第四二極管、第五二極管、第三電感、第三電容和負(fù)載構(gòu)成。本發(fā)明僅用一個(gè)開(kāi)關(guān)管，而且Boost電路和Buck-Boost電路共用第一電容，Buck-Boost電路和Buck電路共用第二電容。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，且輸出電壓增益寬。本發(fā)明輸入電壓極性和輸出電壓極性相反。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種單開(kāi)關(guān)反向輸出二次型寬增益變換器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子變換器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種單相高增益升壓變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的集成電路所需要的電壓通常低于5V，未來(lái)的微處理器需要的電壓會(huì)從目前常用的3.5V降至更低，甚至?xí)陀贗V。而通常供電電壓為12V或更高，因此需要一級(jí)具有較寬增益的降壓變換器實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。
[0003]在標(biāo)準(zhǔn)電信設(shè)備中，通常要將電池提供的48V直流電壓升至380V母線(xiàn)電壓，一些汽車(chē)頭燈用到的高壓氣體放電燈在啟動(dòng)時(shí)通常需要將電壓升至100V或更高，在新能源領(lǐng)域太陽(yáng)能發(fā)電或風(fēng)能發(fā)電場(chǎng)合，單個(gè)模塊提供的電壓通常較低，遠(yuǎn)小于在并網(wǎng)時(shí)需要的電壓等級(jí)。因此，在這些場(chǎng)合需要用到以及具有較高增益的升壓變換器。
[0004]基本的DC-DC變換器如Buck變換器、Buck-Boost變換器、Boost變換器、Cuk變換器、Sepic變換器和Zeta變換器已很難滿(mǎn)足上述升壓或降壓場(chǎng)合。
[0005]現(xiàn)有的能提供較大降壓增益的變換器雖然能滿(mǎn)足需要較寬增益降壓變換器的場(chǎng)合，但是無(wú)法應(yīng)用到需要升壓領(lǐng)域，現(xiàn)有的高增益升壓變換器雖然能滿(mǎn)足需要高增益升壓變換器的場(chǎng)合，但是不能應(yīng)用于降壓領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單開(kāi)關(guān)反向輸出二次型寬增益變換器。
[0007]本發(fā)明既可用于需要高增益升壓變換器的場(chǎng)合如新能源領(lǐng)域，也適用于需要寬增益降壓變換器的場(chǎng)合如微處理器供電領(lǐng)域。
[0008]本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]一種單開(kāi)關(guān)反向輸出二次型寬增益變換器，包括依次連接的Boost電路、Buck-Boost電路和Buck電路。
[0010]所述Boost電路包括輸入電源、第一電感、第一二極管、第二二極管、開(kāi)關(guān)管和第一電容；
[0011]所述Buck-Boost電路包括第一電容、第二電感、第二電容、第三二極管和開(kāi)關(guān)管；
[0012]所述Buck電路包括第二電容、開(kāi)關(guān)管、第四二極管、第五二極管、第三電感、第三電容和負(fù)載。
[0013]所述第一電感的一端與輸入電源的正極連接；
[0014]所述第一電感的另一端分別與第一二極管的陽(yáng)極、第二二極管的陽(yáng)極連接；
[0015]所述第一二極管的陰極分別與第一電容的一端、第二電感的一端和第三二極管的陰極連接；
[0016]所述第二二極管的陰極分別與開(kāi)關(guān)管的漏極、第二電感的另一端、第二電容的一端連接；[0017]所述第二電容的另一端分別與第三二極管的陽(yáng)極、第四二極管的陰極連接；
[0018]所述第四二極管的陽(yáng)極分別與第五二極管的陽(yáng)極、第三電感的一端連接；
[0019]所述第三電感的另一端分別與第三電容的一端、負(fù)載的一端連接；
[0020]所述第一電容的另一端、開(kāi)關(guān)管的源極、第五二極管的陰極、第三電容的另一端、負(fù)載的另一端均與輸入電源的負(fù)極連接。
[0021]本發(fā)明所述的變換器的輸入電壓極性與輸出電壓極性相反。
[0022]本發(fā)明不僅Boost電路、Buck-Boost電路和Buck電路共用一個(gè)開(kāi)關(guān)管，而且Boost電路和Buck-Boost電路共用第一電容，Buck-Boost電路和Buck電路共用第二電容。 [0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0024]本發(fā)明不僅可提供較大的升壓比，還可以提供較大的降壓比，因此既可用于升壓場(chǎng)合也可用于降壓場(chǎng)合；
[0025]本發(fā)明只用到一個(gè)開(kāi)關(guān)管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明所述的一種單開(kāi)關(guān)反向輸出二次型寬增益變換器的實(shí)施例的電路圖；
[0027]圖2a~圖2b是圖1所示電路圖在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的主要工作模態(tài)圖。其中圖2a是工作模態(tài)I的電路圖，圖2b是工作模態(tài)2的電路圖。圖中實(shí)線(xiàn)表示變換器中有電流流過(guò)的部分，虛線(xiàn)表示變換器中沒(méi)有電流流過(guò)的部分。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0029]實(shí)施例
[0030]如圖1所示，
[0031]一種單開(kāi)關(guān)反向輸出二次型寬增益變換器，包括依次連接的Boost電路A、Buck-Boost 電路 B 和 Buck 電路 C。
[0032]所述Boost電路A包括輸入電源Vg、第一電感L1、第一二極管D1、第二二極管D2、開(kāi)關(guān)管S和第一電容C1 ；
[0033]所述Buck-Boost電路B包括第一電容C1、第二電感L2、第二電容C2、第三二極管C3和開(kāi)關(guān)管S ；
[0034]所述Buck電路C包括第二電容C2、開(kāi)關(guān)管S、第四二極管D4、第五二極管D5、第三電感L3、第三電容C3和負(fù)載R。
[0035]所述第一電感L1的一端與輸入電源Vg的正極連接；
[0036]所述第一電感L1的另一端分別與第一二極管D1的陽(yáng)極、第二二極管D2的陽(yáng)極連接;
[0037]所述第一二極管01的陰極分別與第一電容(^的一端、第二電感L2的一端和第三二極管D3的陰極連接；
[0038]所述第二二極管D2的陰極分別與開(kāi)關(guān)管S的漏極、第二電感L2的另一端、第二電容C2的一端連接；
[0039]所述第二電容C2的另一端分別與第三二極管D3的陽(yáng)極、第四二極管D4的陰極連接；
[0040]所述第四二極管D4的陽(yáng)極分別與第五二極管D5的陽(yáng)極、第三電感L3的一端連接；
[0041]所述第三電感L3的另一端分別與第三電容C3的一端、負(fù)載R的一端連接；
[0042]所述第一電容C1的另一端、開(kāi)關(guān)管S的源極、第五二極管D5的陰極、第三電容C3的另一端、負(fù)載R的另一端均與輸入電源Vg的負(fù)極連接。
[0043]本發(fā)明所述變換器的輸入電壓極性與輸出電壓極性相反。
[0044]本發(fā)明不僅Boost電路、Buck-Boost電路和Buck電路共用一個(gè)開(kāi)關(guān)管，而且Boost電路和Buck-Boost電路共用第一電容，Buck-Boost電路和Buck電路共用第二電容。
[0045]如圖2a和圖2b所示，一種單開(kāi)關(guān)反向輸出二次型寬增益變換器在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)主要有2個(gè)工作模態(tài)，分別描述如下:
[0046]工作模態(tài)1:
[0047]如圖2a所示，開(kāi)關(guān)管S開(kāi)通，第二二極管D2和第四二極管D4導(dǎo)通，第一二極管D1'第三二極管D3和第五二極管D5截止。輸入電源Vg給第一電感L1充電,第一電容C1給第二電感L2充電，第二電容C2給第三電感L3充電。
[0048]此工作模態(tài)下，相關(guān)電氣參數(shù)關(guān)系式為:
[0049]Vli = Vg(I)`
[0050]VL2 = Vci(2)
[0051]VL3 = Vc2-V0(3)
[0052]其中，Vg表不輸入電源電壓，Vli表不第一電感L1在此工作模態(tài)下的兩端電壓，Vl2表示第二電感L2在此工作模態(tài)下的兩端電壓，Vl3表示第三電感L3在此工作模態(tài)下的兩端電壓，Vci> Vc2分別表不第一電容C1和第二電容C2兩端電壓，V0表不輸出電壓。
[0053]工作模態(tài)2:
[0054]如圖2b所示，開(kāi)關(guān)管S斷開(kāi)，第一二極管D1、第三二極管D3和第五二極管D5導(dǎo)通，第二二極管D2和第四二極管D4截止。輸入電源Vg和第一電感L1同時(shí)給第一電容C1充電，第二電感L2向第二電容C2傳遞能量，第三電感L3通過(guò)第五二極管D5續(xù)流。
[0055]此工作模態(tài)下，相關(guān)電氣參數(shù)表達(dá)式為:
[0056]V’L1 = Vc1-Vg(4)
[0057]V' L2 = Vc2(5)
[0058]V，L3 = V0(6)
[0059]變換器穩(wěn)定工作時(shí)電壓增益分析:
[0060]設(shè)開(kāi)關(guān)管工作的開(kāi)關(guān)周期為T(mén)s，占空比為D，即工作模態(tài)I持續(xù)時(shí)間為DTs，工作模態(tài)2持續(xù)時(shí)間為(1-D)TS。根據(jù)電感伏秒平衡特性，可得:
[0061]VuDTs = V’L1 (1-D)Ts(7)
[0062]Vl2DTs = V’L2 (1-D) Ts(8)
[0063]Vl3DTs = V，L3 (1-D) Ts(9)
[0064]聯(lián)立式(I)~式(9)可得:[0065]
【權(quán)利要求】
1.一種單開(kāi)關(guān)反向輸出二次型寬增益變換器，其特征在于，包括依次連接的Boost電路(A)、Buck-Boost 電路(B)和 Buck 電路(C)； 所述Boost電路(A)包括輸入電源(Vg)、第一電感(L1)、第一二極管(D1)'第二二極管(D2)、開(kāi)關(guān)管(S)和第一電容(C1)； 所述Buck-Boost電路(B)包括第一電容(C1X第二電感化2)、第二電容(C2)、第三二極管(C3)和開(kāi)關(guān)管(S)； 所述Buck電路(C)包括第二電容(C2)、開(kāi)關(guān)管(S)、第四二極管(D4)、第五二極管(D5)、第三電感(L3)、第三電容(C3)和負(fù)載(R)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單開(kāi)關(guān)反向輸出二次型寬增益變換器，其特征在于，所述第一電感(L1)的一端與輸入電源(Vg)的正極連接； 所述第一電感(L1)的另一端分別與第一二極管(D1)的陽(yáng)極、第二二極管(D2)的陽(yáng)極連接; 所述第一二極管(D1)的陰極分別與第一電容(C1)的一端、第二電感(L2)的一端和第三二極管(D3)的陰極連接； 所述第二二極管(D2)的陰極分別與開(kāi)關(guān)管(S)的漏極、第二電感(L2)的另一端、第二電容(C2)的一端連接； 所述第二電容(C2)的另一端分別與第三二極管(D3)的陽(yáng)極、第四二極管(D4)的陰極連接； 所述第四二極管(D4)的陽(yáng)極分別與第五二極管(D5)的陽(yáng)極、第三電感(L3)的一端連接; 所述第三電感(L3)的另一端分別與第三電容(C3)的一端、負(fù)載(R)的一端連接；所述第一電容(C1)的另一端、開(kāi)關(guān)管(S)的源極、第五二極管(D5)的陰極、第三電容(C3)的另一端、負(fù)載(R)的另一端均與輸入電源(Vg)的負(fù)極連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單開(kāi)關(guān)反向輸出二次型寬增益變換器，其特征在于，輸出電壓極性與輸入電壓極性相反。
【文檔編號(hào)】H02M3/156GK103633842SQ201310567905
【公開(kāi)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, 張能, 丘東元, 肖文勛, 黃子田 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)