一種包括零電壓關(guān)斷輔助電路的交錯并聯(lián)Boost變換器的制造方法
【專利摘要】一種包括零電壓關(guān)斷輔助電路的交錯并聯(lián)Boost變換器，包括電感L1、電感L2、……電感L2n，所述電感L1、電感L2、……電感L2n的輸入端連接輸入電源Vin的正極。所述電感L1、電感L2、……電感L2n的輸出端分別連接二極管D1、二極管D2、……二極管D2n的陽極。所述電感L1、電感L2、……電感L2n的輸出端分別連接功率開關(guān)管S1、功率開關(guān)管S2、……功率開關(guān)管S2n的集電極。二極管D1、二極管D2、……二極管D2n的陰極均連接濾波電容C0一端。所述功率開關(guān)管S1、功率開關(guān)管S2、……功率開關(guān)管S2n的發(fā)射極、濾波電容C0另一端均連接入電源Vin的負(fù)極。本發(fā)明變換器，其結(jié)構(gòu)簡單，不改變原交錯并聯(lián)Boost變換器性能，控制及驅(qū)動電路實現(xiàn)難度，成本低、且無能量損耗。
【專利說明】-種包括零電壓關(guān)斷輔助電路的交錯并聯(lián)Boost變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種交錯并聯(lián)Boost變換器，特別是一種包括零電壓關(guān)斷輔助電路的 交錯并聯(lián)Boost變換器。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)Boost變換器電路包括一個電感，一個功率開關(guān)管，一個輸出二極管。其中電 感的輸入端連接輸入電源的正極，輸出端接二極管的陽極，二極管的陰極接變換器輸出端 的正極；在電感和二極管的陽極之間接功率開關(guān)管的漏極，功率開關(guān)管源極接變換器的負(fù) 極。這種基本Boost變換器在應(yīng)用于大功率場合，由于IGBT的電流拖尾效應(yīng)，開關(guān)管的關(guān) 斷損耗變的很高，在整個變換器的損耗中也占據(jù)了相當(dāng)大的比例。導(dǎo)致變換器所需的散熱 器體積較大，開關(guān)管的工作頻率也受到了限制，整個開關(guān)電源的功率密度較低。對于如電動 汽車、飛機等應(yīng)用場合極為不利。針對變換器開關(guān)損耗而開展的研究，目前主要集中在利用 輔助電路來實現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)工作狀態(tài)。多數(shù)方案所針對的研究對象均為使用M0S 管的應(yīng)用場合，主要關(guān)注的是降低開關(guān)管的開通損耗而非關(guān)斷損耗，這在以使用IGBT為主 的大功率應(yīng)用場合難以直接應(yīng)用，同時很多方案均需要輔助開關(guān)管，使得原變換器的控制 和驅(qū)動電路實現(xiàn)難度較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種包括零電壓關(guān)斷輔助電路的交錯并聯(lián) Boost變換器，其結(jié)構(gòu)簡單，不改變原交錯并聯(lián)Boost變換器性能，控制及驅(qū)動電路實現(xiàn)難 度，成本低、且無能量損耗。
[0004] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種包括零電壓關(guān)斷輔助電路的交錯并聯(lián)Boost變換 器，包括電感U、電感L 2、……電感L2n，所述電感Q、電感L2、……電感L2n的輸入端連接輸 入電源V in的正極。所述電感Q、電感L2、……電感L2n的輸出端分別連接二極管Di、二極 管D 2、……二極管D2n的陽極。所述電感Q、電感L2、……電感L2n的輸出端分別連接功率 開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S 2、……功率開關(guān)管S2n的集電極。二極管01、二極管D2、……二極 管D 2n的陰極均連接濾波電容Q-端。所述功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、……功率開關(guān) 管S 2n的發(fā)射極、濾波電容Q另一端均連接入電源Vin的負(fù)極。
[0005] 二極管Di陽極連接輔助電容Cai -端、輔助電容Cai另一端連接輔助二極管Dal陽 極，輔助二極管Dal陰極連接二極管Di陰極；二極管D 2陽極連接輔助電容Ca2 -端、輔助電 容Ca2另一端連接輔助二極管Da4陽極，輔助二極管Da4陰極連接二極管D 2陰極； 輔助電容Cal -端連接輔助二極管Dal陽極，輔助二極管Dal陰極連接輔助二極管Da4陽 極，輔助二極管Da4陰極連接二極管D2陰極；輔助電容Ca2 -端連接輔助二極管Da3陽極，輔 助二極管Da3陰極連接輔助二極管Da2陽極，輔助二極管D a2陰極連接二極管Di陰極；所述輔 助電容Cal、輔助電容Ca2、輔助二極管D al、輔助二極管Da2、輔助二極管Da3、輔助二極管Da4構(gòu) 成第1個零電壓關(guān)斷輔助電路； 依次類推：二極管D2lri陽極連接輔助電容Ca (2η_υ-端、輔助電容Ca (2n_n另一端連接輔 助二極管Da (4η_3)陽極，輔助二極管Da (4η_3)陰極連接二極管D2lri陰極；二極管D2n陽極連接 輔助電容Ca 2n -端、輔助電容Ca2n另一端連接輔助二極管Da4n陽極，輔助二極管Da4n陰極連 接二極管D 2n陰極；輔助電容Ca (2lri廠端連接輔助二極管Da M陽極，輔助二極管Da (4n_3) 陰極連接輔助二極管Da4n陽極，輔助二極管D a4n陰極連接二極管D2n陰極；輔助電容Ca2n - 端連接輔助二極管Da (4n_n陽極，輔助二極管Da (4n_n陰極連接輔助二極管Da2n陽極，輔助二 極管Da2n陰極連接二極管D a (2η_υ陰極；所述輔助電容Ca (2η_υ、輔助電容Ca2n、輔助二極管Da (4n-3)、輔助二極管Da (4n_2)、輔助二極管D a (4n_n、輔助二極管Da4n構(gòu)成第η個零電壓關(guān)斷輔助 電路。
[0006] 所述功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、……功率開關(guān)管S2n的柵極分別連接各自獨 立的控制器，所述功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、……功率開關(guān)管S2n的驅(qū)動相位之間相差 180。/2n。
[0007] 其中：η為自然數(shù)，η蘭1。
[0008] 功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、……功率開關(guān)管S2n為TGBT管或者M0SFET管。
[0009] 本發(fā)明一種包括零電壓關(guān)斷輔助電路的交錯并聯(lián)Boost變換器，有益效果如下： 1 )、通過采用η個零電壓關(guān)斷輔助電路，可以實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓關(guān)斷，有效降低由開 關(guān)關(guān)斷過程引起的損耗，且所提方案不影響原變換器的性能、控制和驅(qū)動電路的設(shè)計及實 現(xiàn)方式。
[0010] 2)、可以直接應(yīng)用于多相交錯并聯(lián)Boost變換器中，不改變原電路結(jié)構(gòu)。
[0011] 3)、本發(fā)明電路拓?fù)浜唵危桓淖冊儞Q器的工作性能和參數(shù)設(shè)計，無有源開關(guān) 管，尤其適合采用IGBT作為功率開關(guān)管的應(yīng)用場合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明實施例所述2相交錯并聯(lián)Boost升壓變換器電路原理圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明2n相零電壓關(guān)斷輔助電路的交錯并聯(lián)Boost變換器電路圖。

【具體實施方式】
[0014] 如圖1所示，本發(fā)明2相交錯并聯(lián)Boost升壓變換器中的【具體實施方式】，由2相交 錯并聯(lián)基本Boost變換器和1個零電壓關(guān)斷輔助電路組成。該變換器與普通的2相交錯 Boost變換器相比，由于實現(xiàn)了開關(guān)管的零電壓關(guān)斷，因此可以大幅降低由功率開關(guān)管關(guān)斷 時電流拖尾效應(yīng)而引起的損耗。所述直流-直流變換器包含功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S 2， 二極管Di、二極管D2，輔助電容Cal、輔助電容Ca2，四個輔助二極管：D al、Da2、Da3、Da4，電感Q、 電感L 2，濾波電容C。。
[0015] 電感u、電感L2的輸入端接輸入電源Vin的正極，電感Li、電感L 2輸出端接各自 Boost單元二極管的陽極和功率開關(guān)管的集電極。二極管Di、二極管D2的陰極接濾波電容 C。的一端，該結(jié)點即為輸出端的正極；功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2的發(fā)射極和濾波電 容C。的另一端均與輸入電源V in的負(fù)極相連。
[0016] 輔助單元居于第一相與第二相之間，其中輔助電容Cal的左端、輔助二極管D al的陽 極與電感1^的右端、二極管01的陽極及功率開關(guān)管Si的集電極相連，輔助電容c al的右端、 輔助二極管Da2的陽極及輔助二極管Da3的陰極相連，輔助二極管Da2的陰極與二極管Dp D2 的陰極、輔助二極管Da4的陰極及濾波電容C。的上端相連，輔助電容Ca2的左端、輔助二極管 Da3的陽極與電感L2的右端、二極管D2的陽極及功率開關(guān)管S 2的集電極相連，輔助電容Ca2 的右端、輔助二極管Da4的陽極及輔助二極管Dal的陰極相連。
[0017] 由于本發(fā)明的目標(biāo)是實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓關(guān)斷，而根據(jù)開關(guān)管關(guān)斷狀態(tài)的不同， 可以將電路分為2種工作狀態(tài)，由于電路的對稱性，在此僅以第一功率開關(guān)管Si的關(guān)斷過 程進行說明： 控制器控制功率開關(guān)管Si關(guān)斷：在功率開關(guān)管Si關(guān)斷時，輔助電容Cal上的電壓為《。， 輔助電容Ca2上的電壓為0,此時根據(jù)開關(guān)管S2的導(dǎo)通與否，電路有兩種工作模態(tài)，分別為： 開關(guān)管S 2導(dǎo)通（占空比大于0. 5)及開關(guān)管S2關(guān)斷（占空比小于0. 5)兩種情況。
[0018] 1)、功率開關(guān)管Si關(guān)斷時，功率開關(guān)管S2導(dǎo)通（占空比大于0.5)的情況：部分電 感電流經(jīng)過輔助二極管D al，功率開關(guān)管S2向輔助電容Ca2充電，另一部分電感電流經(jīng)過輔 助電容c al，輔助二極管Da2向濾波電容C。和負(fù)載供電，輔助電容Cal放電，功率開關(guān)管Si在 關(guān)斷時其端電壓上升速率與輔助電容C al端電壓下降速率及輔助電容Ca2端電壓上升速率一 致，顯然在此過程之中功率開關(guān)管Si實現(xiàn)了零電壓關(guān)斷，由于輔助電容C al、Ca2的值較小，該 過程持續(xù)時間不長，所以不會對變換器的性能產(chǎn)生大的影響； 2)、功率開關(guān)管Si關(guān)斷時，功率開關(guān)管S2關(guān)斷（占空比小于0. 5)的情況：此時由于 功率開關(guān)管S2處于關(guān)斷狀態(tài)，所有電感電流將經(jīng)過輔助電容Cal，輔助二極管Da2向濾波電容 C。和負(fù)載供電，輔助電容Cal放電，功率開關(guān)管Si在關(guān)斷時其端電壓上升速率與輔助電容Cai 端電壓下降速率一致，顯然在此過程之中，功率開關(guān)管Si同樣實現(xiàn)了零電壓關(guān)斷，而輔助電 容Ca2上的電壓將會在功率開關(guān)管S 2后續(xù)導(dǎo)通時上升至《。。
[0019] 在本發(fā)明的【具體實施方式】中，功率開關(guān)管根據(jù)系統(tǒng)中所需直流母線電壓的不同， 而選擇不同電壓應(yīng)力的開關(guān)器件。本發(fā)明使用的功率開關(guān)管可以為IGBT，也可以為M0SFET 或其它可控的開關(guān)管。
[0020] 綜上所述，該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，可以有效降低功率開關(guān)管的關(guān)斷損耗，適合應(yīng)用 于開關(guān)管使用IGBT的功率較大的應(yīng)用場合。
[0021] 實施范例僅僅是為了工作原理闡述簡單而采用了兩相交錯并聯(lián)Boost變換器為 例，在實際的應(yīng)用中，所提電路也可以應(yīng)用于多相交錯并聯(lián)Boost變換器中，如圖2所示：2η 相零電壓關(guān)斷輔助電路的交錯并聯(lián)Boost變換器電路圖。
【權(quán)利要求】
1. 一種包括零電壓關(guān)斷輔助電路的交錯并聯(lián)Boost變換器，包括電感Li、電感L2、…… 電感L 2n，所述電感Q、電感L2、……電感L2n的輸入端連接輸入電源Vin的正極；所述電感 U、電感L2、……電感L2n的輸出端分別連接二極管Di、二極管D2、……二極管D 2n的陽極； 所述電感1^、電感L2、......電感L2n的輸出端分別連接功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S 2、...... 功率開關(guān)管S2n的集電極；二極管Di、二極管D2、……二極管D2n的陰極均連接濾波電容Q 一端；所述功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、……功率開關(guān)管S2n的發(fā)射極、濾波電容Q另一 端均連接入電源V in的負(fù)極；其特征在于，二極管Di陽極連接輔助電容Cai -端、輔助電容 Cai另一端連接輔助二極管Dal陽極，輔助二極管Dal陰極連接二極管Di陰極；二極管D 2陽 極連接輔助電容Ca2 -端、輔助電容Ca2另一端連接輔助二極管Da4陽極，輔助二極管Da4陰 極連接二極管D 2陰極； 輔助電容Cal -端連接輔助二極管Dal陽極，輔助二極管Dal陰極連接輔助二極管Da4陽 極，輔助二極管Da4陰極連接二極管D2陰極；輔助電容Ca2 -端連接輔助二極管Da3陽極，輔 助二極管Da3陰極連接輔助二極管Da2陽極，輔助二極管D a2陰極連接二極管Di陰極；所述輔 助電容Cal、輔助電容Ca2、輔助二極管D al、輔助二極管Da2、輔助二極管Da3、輔助二極管Da4構(gòu) 成第1個零電壓關(guān)斷輔助電路； 依次類推：二極管D2lri陽極連接輔助電容Ca (2η_υ-端、輔助電容Ca (2n_n另一端連接輔 助二極管Da (4η_3)陽極，輔助二極管Da (4η_3)陰極連接二極管D2lri陰極；二極管D2n陽極連接 輔助電容Ca 2n -端、輔助電容Ca2n另一端連接輔助二極管Da4n陽極，輔助二極管Da4n陰極連 接二極管D 2n陰極；輔助電容Ca (2lri廠端連接輔助二極管Da M陽極，輔助二極管Da (4n_3) 陰極連接輔助二極管Da4n陽極，輔助二極管D a4n陰極連接二極管D2n陰極；輔助電容Ca2n - 端連接輔助二極管Da (4n_n陽極，輔助二極管Da (4n_n陰極連接輔助二極管Da2n陽極，輔助二 極管Da2n陰極連接二極管D a (2η_υ陰極；所述輔助電容Ca (2η_υ、輔助電容Ca2n、輔助二極管Da (4n-3)、輔助二極管Da (4n_2)、輔助二極管D a (4n_n、輔助二極管Da4n構(gòu)成第η個零電壓關(guān)斷輔助 電路； 所述功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、......功率開關(guān)管s2n的柵極分別連接各自獨立 的控制器，所述功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管s2、……功率開關(guān)管s2n的驅(qū)動相位之間相差 180。/2n。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種包括零電壓關(guān)斷輔助電路的交錯并聯(lián)Boost變換器，其特 征在于，功率開關(guān)管Si、功率開關(guān)管S2、……功率開關(guān)管S 2n為TGBT管或者M0SFET管。
【文檔編號】H02M3/155GK104113207SQ201410312143
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】邾玢鑫, 潘海龍, 黃悅?cè)A, 譚超, 佘小莉 申請人:三峽大學(xué)