專利名稱：無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流—直流變換器。具體說是無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器。
背景技術(shù)：
常規(guī)的升壓型(Boost)交錯并聯(lián)直流—直流變換器，包括兩個電感，兩個續(xù)流二極管，兩個功率開關(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)明的目的是提供輸出電壓增益高，輸入電流紋波小，輸出電流紋波小，功率開關(guān)管數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，且無能量損耗的無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器包括兩個功率開關(guān)管，兩個箝位二極管，兩個箝位電容，兩個續(xù)流二極管和兩個耦合電感，兩個耦合電感分別有三個繞組，第一耦合電感的第一繞組的一端與第二耦合電感的第一繞組的一端相連，第一耦合電感的第一繞組的另一端與第一功率開關(guān)管的源極及第一箝位二極管的陽極相連，第一箝位二極管的陰極與第一箝位電容的一端及第一耦合電感的第二繞組的一端相連，第一耦合電感的第二繞組的另一端與第二耦合電感的第三繞組的一端相連，第二耦合電感的第三繞組的另一端與第一續(xù)流二極管陽極相連，第二耦合電感的第一繞組的另一端與第二功率開關(guān)管的源極及第二箝位二極管的陽極相連，第二箝位二極管的陰極與第二箝位電容的一端及第二耦合電感的第二繞組的一端相連，第二耦合電感的第二繞組的另一端與第一耦合電感的第三繞組的一端相連，第一耦合電感的第三繞組的另一端與第二續(xù)流二極管陽極相連，第一續(xù)流二極管的陰極與第二續(xù)流二極管的陰極相連，第一箝位電容和第二箝位電容的另一端共同與第一功率開關(guān)管及第二功率開關(guān)管的漏極相連，或者共同與第一耦合電感的第一繞組及第二耦合電感的第一繞組的接點(diǎn)相連，或者共同與第一續(xù)流二極管及第二續(xù)流二極管的陰極共接。
工作時，利用兩個耦合電感的漏感實(shí)現(xiàn)第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管的零電流開通以及第一、第二兩個續(xù)流二極管的軟關(guān)斷；第一功率開關(guān)管和第二功率開關(guān)管關(guān)斷時，由于第一箝位二極管、第一箝位電容和第二箝位二極管、第二箝位電容的存在，實(shí)現(xiàn)了第一功率開關(guān)管和第二功率開關(guān)管的軟箝位關(guān)斷。同時，每個開關(guān)周期第一箝位電容、第二箝位電容收集第一耦合電感、第二耦合電感的漏感能量，并最終轉(zhuǎn)移到負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了無源箝位電路的無損運(yùn)行。
本發(fā)明的無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器，利用了兩個耦合電感的漏感來實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的零電流開通，利用箝位二極管和箝位電容組成的無源箝位電路實(shí)現(xiàn)了功率開關(guān)管的軟關(guān)斷和漏感能量的無損轉(zhuǎn)移，利用兩個耦合電感的第二、第三繞組實(shí)現(xiàn)了變換器的高增益輸出，無需額外的功率開關(guān)和電感元件，附件元件少，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，電路中無能量損耗元件，可提高升壓型交錯并聯(lián)電路的效率，且換流過程中，功率開關(guān)管關(guān)斷時無電壓過沖，續(xù)流二極管開通時無電流過沖。


圖1是第一種無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器的電路圖；圖2是第二種無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器的電路圖；圖3是第三種無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器的電路圖；圖4是無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器的靜態(tài)工作波形圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，本發(fā)明的無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器，包括兩個功率開關(guān)管S1、S2，兩個箝位二極管Dc1、Dc2，兩個箝位電容Cc1、Cc2，兩個續(xù)流二極管Do1、Do2和兩個耦合電感，第一耦合電感有三個繞組L1a、L1b、L1c，第二耦合電感有三個繞組L2a、L2b、L2c，第一耦合電感的第一繞組L1a的一端與第二耦合電感的第一繞組L2a的一端相連，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的源極及第一箝位二極管Dc1的陽極相連，第一箝位二極管Dc1的陰極與第一箝位電容Cc1的一端及第一耦合電感的第二繞組L1b的一端相連，第一耦合電感的第二繞組L1b的另一端與第二耦合電感的第三繞組L2c的一端相連，第二耦合電感的第三繞組L2c的另一端與第一續(xù)流二極管Do1陽極相連，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的源極及第二箝位二極管Dc2的陽極相連，第二箝位二極管Dc2的陰極與第二箝位電容Cc2的一端及第二耦合電感的第二繞組L2b的一端相連，第二耦合電感的第二繞組L2b的另一端與第一耦合電感的第三繞組L1c的一端相連，第一耦合電感的第三繞組L1c的另一端與第二續(xù)流二極管Do2陽極相連，第一續(xù)流二極管Do1的陰極與第二續(xù)流二極管Do2的陰極相連，圖1所示具體實(shí)例中，第一、第二箝位電容Cc1、Cc2的另一端共同與第一功率開關(guān)管S1的漏極及第二功率開關(guān)管S2的漏極相連。
或者也可以如圖2所示，第一、第二箝位電容Cc1、Cc2的另一端共同與第一耦合電感的第一繞組L1a及第二耦合電感的第一繞組L2a的接點(diǎn)相連。
或者也可以如圖3所示，第一、第二箝位電容Cc1、Cc2的另一端共同與第一續(xù)流二極管Do1及第二續(xù)流二極管Do2的陰極共接。
無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器存在八種工作過程(圖1～圖3所示變換器的工作過程相同)，即第一功率開關(guān)管S1關(guān)斷與第一箝位二極管Dc1開通之間的換流；第一續(xù)流二極管Do1開通過程；第一箝位二極管Dc1關(guān)斷過程；第一續(xù)流二極管Do1關(guān)斷與第一功率開關(guān)管S1開通之間的換流；第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷與第二箝位二極管Dc2開通之間的換流；第二續(xù)流二極管Do2開通過程；第二箝位二極管Dc2關(guān)斷過程；第二續(xù)流二極管Do2關(guān)斷與第二功率開關(guān)管S2開通之間的換流。由于電路的對稱性，僅以第一功率開關(guān)管S1與第一箝位二極管Dc1及第一續(xù)流二極管Do1之間的換流過程為例分析如下，靜態(tài)工作波形參見圖4第一功率開關(guān)管S1關(guān)斷與第一箝位二極管Dc1開通之間的換流換流前，電路處于第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2導(dǎo)通，第一箝位二極管Dc1、第二箝位二極管Dc2關(guān)斷，第一續(xù)流二極管Do1、第二續(xù)流二極管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，第一功率開關(guān)管S1上電壓迅速上升、第一箝位二極管Dc1兩端的電壓迅速下降至零，第一箝位二極管Dc1開通，由于第一箝位電容Cc1的作用，第一功率開關(guān)管S1兩端的電壓被箝位為一定電壓值，實(shí)現(xiàn)了第一功率開關(guān)管S1的軟箝位關(guān)斷。
第一續(xù)流二極管Do1開通過程
第一箝位二極管Dc1開通后，第一箝位電容Cc1上的電壓從一定值以一定斜率線性上升，第一續(xù)流二極管Do1兩端的電壓線性下降到零，第一續(xù)流二極管Do1開通。電路進(jìn)入第一功率開關(guān)管S1關(guān)斷，第一箝位二極管Dc導(dǎo)通，第一續(xù)流二極管Do1導(dǎo)通的穩(wěn)定工作狀態(tài)。
第一箝位二極管Dc1關(guān)斷過程第一續(xù)流二極管Do1導(dǎo)通后，第一耦合電感的能量向負(fù)載轉(zhuǎn)移，第一箝位二極管Dc1上的電流以一定的斜率線性下降，當(dāng)?shù)谝惑槲欢O管Dc1上的電流下降到零時，第一箝位二極管Dc1自然關(guān)斷。電路進(jìn)入第一功率開關(guān)管S1關(guān)斷，第一箝位二極管Dc關(guān)斷，第一續(xù)流二極管Do1導(dǎo)通，第一箝位電容Cc1上能量向負(fù)載轉(zhuǎn)移的穩(wěn)定工作狀態(tài)。
第一續(xù)流二極管Do1關(guān)斷與第一功率開關(guān)管S1開通之間的換流過程第一續(xù)流二極管Do1關(guān)斷前，第一耦合電感的漏感電流為零，當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)管S1開通時，第一功率開關(guān)管S1的電流從零以一定斜率線性上升，實(shí)現(xiàn)了第一功率開關(guān)管S1的零電流開通，第一續(xù)流二極管Do1的電流以一定的斜率線性下降，當(dāng)?shù)谝焕m(xù)流二極管Do1的電流下降到零時，第一續(xù)流二極管Do1關(guān)斷。這樣，減小了第一續(xù)流二極管Do1的反向恢復(fù)電流，減小了第一續(xù)流二極管Do1導(dǎo)致的反向恢復(fù)損耗。
權(quán)利要求
1.無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器，包括兩個功率開關(guān)管(S1、S2)，兩個箝位二極管(Dc1、Dc2)，兩個箝位電容(Cc1、Cc2)，兩個續(xù)流二極管(Do1、Do2)和兩個耦合電感，其特征是第一耦合電感有三個繞組(L1a、L1b、L1c)，第二耦合電感有三個繞組(L2a、L2b、L2c)，第一耦合電感的第一繞組(L1a)的一端與第二耦合電感的第一繞組(L2a)的一端相連，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)的源極及第一箝位二極管(Dc1)的陽極相連，第一箝位二極管(Dc1)的陰極與第一箝位電容(Cc1)的一端及第一耦合電感的第二繞組(L1b)的一端相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的另一端與第二耦合電感的第三繞組(L2c)的一端相連，第二耦合電感的第三繞組(L2c)的另一端與第一續(xù)流二極管(Do1)陽極相連，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)的源極及第二箝位二極管(Dc2)的陽極相連，第二箝位二極管(Dc2)的陰極與第二箝位電容(Cc2)的一端及第二耦合電感的第二繞組(L2b)的一端相連，第二耦合電感的第二繞組(L2b)的另一端與第一耦合電感的第三繞組(L1c)的一端相連，第一耦合電感的第三繞組(L1c)的另一端與第二續(xù)流二極管(Do2)陽極相連，第一續(xù)流二極管(Do1)的陰極與第二續(xù)流二極管(Do2)的陰極相連，第一箝位電容(Cc1)和第二箝位電容(Cc2)的另一端共同與第一功率開關(guān)管(S1)及第二功率開關(guān)管(S2)的漏極相連，或者共同與第一耦合電感的第一繞組(L1a)及第二耦合電感的第一繞組(L2a)的接點(diǎn)相連，或者共同與第一續(xù)流二極管(Do1)及第二續(xù)流二極管(Do2)的陰極共接。
全文摘要
本發(fā)明公開的無源箝位軟開關(guān)高增益升壓型交錯并聯(lián)變換器，包括兩個功率開關(guān)管，兩個箝位二極管，兩個箝位電容，兩個續(xù)流二極管和兩個耦合電感，兩個耦合電感分別有三個繞組，本發(fā)明利用了兩個耦合電感的漏感來實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的零電流開通，利用箝位二極管和箝位電容組成的無源箝位電路實(shí)現(xiàn)了功率開關(guān)管的軟關(guān)斷和漏感能量的無損轉(zhuǎn)移，利用兩個耦合電感的第二、第三繞組實(shí)現(xiàn)了變換器的高增益輸出，無需額外的功率開關(guān)和電感元件，附件元件少，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，電路中無能量損耗元件，可提高升壓型交錯并聯(lián)電路的效率，且換流過程中，功率開關(guān)管關(guān)斷時無電壓過沖，續(xù)流二極管開通時無電流過沖。
文檔編號H02M3/04GK1976192SQ20061015517
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者何湘寧, 李武華, 吳建德 申請人:浙江大學(xué)