專利名稱：有源箝位高增益交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及直流一直流變換器，具體說是一種有源箝位高增益交錯(cuò)并 聯(lián)升壓型變換器。
技術(shù)背景常規(guī)的升壓型(Boost)交錯(cuò)并聯(lián)直流一直流變換器，包括兩個(gè)電感，兩個(gè)續(xù) 流二極管，兩個(gè)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(cuò)并聯(lián) 直流一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，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)容本實(shí)用新型的目的是提供功率開關(guān)管電壓應(yīng)力小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且 無能量損耗的具有高電壓增益的有源箝位交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器。為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，有源箝位高增益交錯(cuò)并聯(lián) 升壓型變換器包括兩個(gè)功率開關(guān)管，兩個(gè)鉗位二極管,兩個(gè)輸出二極管，兩個(gè)輔 助功率開關(guān)管，兩個(gè)箝位電容，兩個(gè)開關(guān)電容， 一個(gè)輸出電容和兩個(gè)耦合電感， 第一耦合電感有兩個(gè)繞組，第二耦合電感有兩個(gè)繞組，第一耦合電感的第一繞 組的一端和第二耦合電感的第一繞組的一端共同與輸入電源的正端相連，第一 耦合電感的第一繞組的另一端與第一耦合電感的第二繞組的一端、第一功率開 關(guān)管的漏極以及第一輔助功率開關(guān)管的源極相連，第一輔助功率開關(guān)管的漏極 與第一箝位電容的一端相連，第一箝位電容的另一端以及第一功率開關(guān)管的源 極與地相連，第二耦合電感的第一繞組的另一端與第二耦合電感的第二繞組的 一端、第二功率開關(guān)管的漏極以及第二輔助功率幵關(guān)管的源極相連，第二輔助 功率開關(guān)管的漏極與第二箝位電容的一端相連，第二箝位電容的另一端以及第 二功率開關(guān)管的源極與地相連，第一耦合電感的第二繞組的另一端與第一鉗位二極管的陽極以及第二開關(guān)電容的一端相連，第一鉗位二極管的陰極與第一輸 出二極管的陽極以及第一開關(guān)電容的一端相連，第二耦合電感的第二繞組的另 一端與第二鉗位二極管的陽極以及第一開關(guān)電容的另一端相連，第二鉗位二極 管的陰極與第二輸出二極管的陽極以及第二開關(guān)電容的另一端相連，第一輸出 二極管的陰極與第二輸出二極管的陰極以及輸出電容的正端相連，輸出電容的 負(fù)端與地相連，上述第一耦合電感的第一繞組與第二耦合電感的第一繞組的連 接端和第一耦合電感的第二繞組與第一功率開關(guān)管的漏極以及第一輔助功率開 關(guān)管的源極的連接端為第一耦合電感的同名端；第二耦合電感的第一繞組與第 一耦合電感的第一繞組的連接端和第二耦合電感的第二繞組與第二功率開關(guān)管 的漏極以及第二輔助功率開關(guān)管的源極的連接端為第二耦合電感的同名端。工作時(shí)，利用兩個(gè)耦合電感的第二繞組和與之串聯(lián)的開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)了電路 的高增益輸出；利用第一功率開關(guān)管漏、源極間自身存在的并聯(lián)電容以及第二 功率開關(guān)管漏、源極間自身存在的并聯(lián)電容，實(shí)現(xiàn)了第一功率開關(guān)管和第二功 率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷；第一箝位電容收集第一耦合電感的漏感能量，第二箝 位電容收集第二耦合電感的漏感能量，并最終轉(zhuǎn)移到輸入端，實(shí)現(xiàn)了箝位電路 的無損吸收。在整個(gè)開關(guān)周期中，通過控制第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管、 第一輔助開關(guān)管的門極脈沖，可使第一、第二功率開關(guān)管，第一輔助開關(guān)管實(shí) 現(xiàn)零電壓開通和零電壓關(guān)斷。本實(shí)用新型的有源箝位高增益交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器,利用兩個(gè)耦合電感的第二繞組和與之串聯(lián)的開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)了變換器的高增益輸出，利用第一輔助開 關(guān)管與第一箝位電容以及第二輔助開關(guān)管與第二箝位電容組成的串聯(lián)電路無損地吸收和轉(zhuǎn)移了兩個(gè)耦合電感的漏感能量，并實(shí)現(xiàn)了第一、第二功率開關(guān)管的 零電壓開通，利用第一、第二功率開關(guān)管的并聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)了第一、第二功率開 關(guān)管的零電壓關(guān)斷，利用第一、第二功率開關(guān)管和第一、第二輔助開關(guān)管的門 極安排，實(shí)現(xiàn)了第一、第二輔助開關(guān)管的零電壓開通和零電壓關(guān)斷，無需額外 的電感元件，從而附加元件少，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無需額外的檢測(cè)電路，電 路中無能量損耗元件，可提高變換器的輸出增益與電路效率，且換流過程中， 功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)無電壓過沖，續(xù)流二極管關(guān)斷時(shí)無電流過沖。

圖1是有源箝位高增益交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器的電路圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型的有源箝位高增益交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器包括兩個(gè)功率開關(guān)管S1、 S2，兩個(gè)鉗位二極管Dcl、 Dc2,兩個(gè)輸出二極管Do1、 Do2，兩個(gè) 輔助功率開關(guān)管Scl、 Sc2，兩個(gè)箝位電容Ccl、 Cc2，兩個(gè)開關(guān)電容Cfl、 C仏 一個(gè)輸出電容Co和兩個(gè)耦合電感，第一耦合電感有兩個(gè)繞組Lla、 Llb，第二 耦合電感有兩個(gè)繞組L2a、 L2b，第一耦合電感的第一繞組Lla的一端和第二耦 合電感的第一繞組L2a的一端共同與輸入電源Vin的正端相連，第一耦合電感的 第一繞組Lla的另一端與第一耦合電感的第二繞組Lib的一端、第一功率開關(guān) 管S1的漏極以及第一輔助功率開關(guān)管Scl的源極相連，第一輔助功率開關(guān)管Scl 的漏極與第一箝位電容Ccl的一端相連，第一箝位電容Ccl的另一端以及第一 功率開關(guān)管S1的源極與地相連，同樣，第二耦合電感的第一繞組L2a的另一端 與第二耦合電感的第二繞組L2b的一端、第二功率開關(guān)管S2的漏極以及第二輔 助功率開關(guān)管Sc2的源極相連，第二輔助功率開關(guān)管Sc2的漏極與第二箝位電 容Cc2的一端相連，第二箝位電容Cc2的另一端以及第二功率開關(guān)管S2的源極 與地相連，第一耦合電感的第二繞組Llb的另一端與第一鉗位二極管Dcl的陽 極以及第二開關(guān)電容Cf2的一端相連，第一鉗位二極管Del的陰極與第一輸出 二極管Dol的陽極以及第一開關(guān)電容Cfl的一端相連，第二耦合電感的第二繞 組L2b的另一端與第二鉗位二極管Dc2的陽極以及第一開關(guān)電容Cfl的另一端 相連，第二鉗位二極管Dc2的陰極與第二輸出二極管Do2的陽極以及第二開關(guān) 電容Cf2的另一端相連，第一輸出二極管Dol的陰極與第二輸出二極管Do2的 陰極以及輸出電容Co的正端相連，輸出電容Co的負(fù)端與地相連。有源箝位高增益交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器存在四種換流情況，即第一功率開 關(guān)管Sl關(guān)斷與第一輔助開關(guān)管Scl開通之間的換流；第一輔助開關(guān)管Scl關(guān)斷 與第一開關(guān)管Sl開通之間的換流；第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷與第一輔助開關(guān)管 Sc2開通之間的換流；第一輔助開關(guān)管Sc2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(duì)稱性，僅以第一功率開關(guān)管S1的換流過程為例分析如下:第一功率開關(guān)管Sl關(guān)斷與第一輔助開關(guān)管Scl開通的換流過程換流之前，電路處于第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2開通，第一鉗 位二極管Dcl、第一輸出二極管Dol、第二鉗位二極管Dc2、第二輸出二極管 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(shí)，由于第一功率開關(guān)管 Sl自身存在并聯(lián)電容，第一功率開關(guān)管Sl的電壓從零開始以一定斜率線性上 升，即第一功率開關(guān)管Sl實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。第一功率開關(guān)管Sl的電壓上升 到一定值時(shí)，第一輔助開關(guān)管Scl的體內(nèi)二極管開通，第一輔助開關(guān)管Scl的 電壓為零，第一耦合電感的漏感能量轉(zhuǎn)移到第一箝位電容Ccl上，第一輔助開關(guān)管Scl的體內(nèi)二極管開通后，給出第一輔助開關(guān)Scl的門極信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了第 一輔助開關(guān)管Scl的零電壓開通。在這個(gè)過程，第一鉗位二極管Dcl、第二輸出 二極管Do2導(dǎo)通，耦合電感能量開始向電路的輸出端轉(zhuǎn)移。之后，電路進(jìn)入第 一功率管S1關(guān)斷，第一輔助開關(guān)管Scl開通，第一鉗位二極管Dcl、第二輸出 二極管Do2開通的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。第一輔助開關(guān)管Scl關(guān)斷與第一功率開關(guān)管Sl開通的換流過程 第一輔助開關(guān)管Scl關(guān)斷前，第一耦合電感的漏感與第一箝位電容Ccl諧 振，第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2處于導(dǎo)通的穩(wěn)定運(yùn)行工作狀態(tài)。 第一輔助開關(guān)管Sc關(guān)斷時(shí)，由于第一功率開關(guān)管S1自身存在并聯(lián)電容，第一 輔助開關(guān)管Scl電壓從零開始以一定斜率線性上升，即第一輔助開關(guān)管Scl實(shí) 現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。第一耦合電感的漏感與第一功率開關(guān)管S1上并聯(lián)電容諧振， 第一功率開關(guān)管SI上并聯(lián)電容能量向第一耦合電感的漏感轉(zhuǎn)移，第一功率開關(guān) 管SI的電壓從一定值開始以一定斜率下降，當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)管SI的電壓下降 到零時(shí)，第一功率開關(guān)管SI的體內(nèi)二極管開通，第一功率開關(guān)管SI的體內(nèi)二 極管開通后，給出第一功率開關(guān)管SI門極信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了第一功率開關(guān)管SI的 零電壓開通。第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2的電流從一定值開始 以一定斜率下降，當(dāng)?shù)谝汇Q位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2的電流下降到 零時(shí)，第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2關(guān)斷。這樣，第一鉗位二極 管Dcl、第二輸出二極管Do2的反向恢復(fù)電流為零，大大減小了第一鉗位二極 管Dcl、第二輸出二極管Do2帶來的反向恢復(fù)損耗。之后，電路進(jìn)入第一功率 開關(guān)管S1導(dǎo)通，第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2關(guān)斷的穩(wěn)定運(yùn)行狀 態(tài)。
權(quán)利要求1.有源箝位高增益交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器，其特征是包括兩個(gè)功率開關(guān)管(S1、S2)，兩個(gè)鉗位二極管(Dc1、Dc2)，兩個(gè)輸出二極管(Do1、Do2)，兩個(gè)輔助功率開關(guān)管(Sc1、Sc2)，兩個(gè)箝位電容(Cc1、Cc2)，兩個(gè)開關(guān)電容(Cf1、Cf2)，一個(gè)輸出電容(Co)和兩個(gè)耦合電感，第一耦合電感有兩個(gè)繞組(L1a、L1b)，第二耦合電感有兩個(gè)繞組(L2a、L2b)，第一耦合電感的第一繞組(L1a)的一端和第二耦合電感的第一繞組(L2a)的一端共同與輸入電源的正端相連，第一耦合電感的第一繞組(L1a)的另一端與第一耦合電感的第二繞組(L1b)的一端、第一功率開關(guān)管(S1)的漏極以及第一輔助功率開關(guān)管(Sc1)的源極相連，第一輔助功率開關(guān)管(Sc1)的漏極與第一箝位電容(Cc1)的一端相連，第一箝位電容(Cc1)的另一端以及第一功率開關(guān)管(S1)的源極與地相連，第二耦合電感的第一繞組(L2a)的另一端與第二耦合電感的第二繞組(L2b)的一端、第二功率開關(guān)管(S2)的漏極以及第二輔助功率開關(guān)管(Sc2)的源極相連，第二輔助功率開關(guān)管(Sc2)的漏極與第二箝位電容(Cc2)的一端相連，第二箝位電容(Cc2)的另一端以及第二功率開關(guān)管(S2)的源極與地相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的另一端與第一鉗位二極管(Dc1)的陽極以及第二開關(guān)電容(Cf2)的一端相連，第一鉗位二極管(Dc1)的陰極與第一輸出二極管(Do1)的陽極以及第一開關(guān)電容(Cf1)的一端相連，第二耦合電感的第二繞組(L2b)的另一端與第二鉗位二極管(Dc2)的陽極以及第一開關(guān)電容(Cf1)的另一端相連，第二鉗位二極管(Dc2)的陰極與第二輸出二極管(Do2)的陽極以及第二開關(guān)電容(Cf2)的另一端相連，第一輸出二極管(Do1)的陰極與第二輸出二極管(Do2)的陰極以及輸出電容(Co)的正端相連，輸出電容(Co)的負(fù)端與地相連，上述第一耦合電感的第一繞組(L1a)與第二耦合電感的第一繞組(L2a)的連接端和第一耦合電感的第二繞組(L1b)與第一功率開關(guān)管(S1)的漏極以及第一輔助功率開關(guān)管(Sc1)的源極的連接端為第一耦合電感的同名端；第二耦合電感的第一繞組(L2a)與第一耦合電感的第一繞組(L1a)的連接端和第二耦合電感的第二繞組(L2b)與第二功率開關(guān)管(S2)的漏極以及第二輔助功率開關(guān)管(Sc2)的源極的連接端為第二耦合電感的同名端。
專利摘要本實(shí)用新型公開的有源箝位高增益交錯(cuò)并聯(lián)升壓型變換器包括兩個(gè)功率開關(guān)管，兩個(gè)輸出二極管，兩個(gè)鉗位二極管，兩個(gè)輔助功率開關(guān)管，兩個(gè)箝位電容，兩個(gè)開關(guān)電容，一個(gè)輸出電容和兩個(gè)耦合電感。兩個(gè)耦合電感分別有兩個(gè)繞組。本實(shí)用新型利用兩個(gè)耦合電感的第二繞組與兩個(gè)開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)了變換器的高增益輸出。利用兩個(gè)耦合電感的漏感、兩個(gè)箝位電容、兩個(gè)功率開關(guān)管自身存在的并聯(lián)電容以及兩個(gè)功率開關(guān)管和兩個(gè)輔助開關(guān)管的門極安排，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功率開關(guān)管和兩個(gè)輔助開關(guān)管的零電壓開通和零電壓關(guān)斷，利用兩個(gè)耦合電感的漏感實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)輸出二極管和兩個(gè)鉗位二極管的軟關(guān)斷，電路中無能量損耗元件，可提高變換器的輸出增益與電路效率。
文檔編號(hào)H02M3/04GK201167287SQ200820084080
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者何湘寧, 東 汪 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)