專利名稱：無源箝位交錯(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，具體說是一種無源箝位交錯(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(jiǎn)單，成本低，且 無能量損耗的具有高電壓增益的無源箝位交錯(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，無源箝位交錯(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)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、第二耦合電感的第一繞組的一端以 及第一開關(guān)電容的一端、第二開關(guān)電容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功率開關(guān)管的漏極以及第一箝位二極管 的陽極相連，第一功率開關(guān)管的源極與地相連，第一開關(guān)電容的另一端與第一 耦合電感的第二繞組的一端以及第二鉗位二極管的陰極相連，第二耦合電感的 第一繞組的另一端與第二功率開關(guān)管的漏極以及第二箝位二極管的陽極相連， 第二功率開關(guān)管的源極與地相連，第二開關(guān)電容的另一端與第二耦合電感的第 二繞組的一端以及第一鉗位二極管的陰極相連，第一耦合電感的第二繞組的另 一端與第一輸出二極管的陽極相連，第二耦合電感的第二繞組的另一端與第二輸出二極管的陽極相連，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開關(guān)電容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開關(guān)電容的連接端 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；第二開關(guān)電容收集第一耦合電感的漏感能量，第一開 關(guān)電容收集第二耦合電感的漏感能量，并最終轉(zhuǎn)移到輸出端，實(shí)現(xiàn)了箝位電路 的無損吸收。在整個(gè)開關(guān)周期中，第一、第二功率開關(guān)管可實(shí)現(xiàn)零電流開通和 零電壓關(guān)斷，利用第一、第二耦合電感的漏感降低第一、第二鉗位二極管以及 第一、第二輸出二極管的電流下降速率，從而改善了第一、第二鉗位二極管及 第一、第二輸出二極管的反向恢復(fù)特性。本實(shí)用新型的無源箝位交錯(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，利用第一鉗位二極管與 第二開關(guān)電容以及第二鉗位二極管與第一開關(guān)電容組成的鉗位電路無損地吸收 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)管的零電流 開通，利用第一、第二功率開關(guān)管自身存在的并聯(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、第二耦合電感的漏感實(shí)現(xiàn)了第一、第二輸出 二極管和第一、第二鉗位二極管的軟關(guān)斷，無需額外的電感元件，從而附加元 件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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是無源箝位交錯(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)用新型的無源箝位交錯(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)開關(guān)電 容Ccl、Cc2， 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、第二耦合電感的第一繞組L2a的一端以及第一開關(guān)電容Ccl的一端、第二 開關(guān)電容Cc2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的另一端與第一功率開關(guān)管Sl的漏極以及第一箝位二極管Dcl的陽極相連， 第一功率開關(guān)管S1的源極與地相連，第一開關(guān)電容Ccl的另一端與第一耦合電 感的第二繞組Llb的一端以及第二鉗位二極管Dc2的陰極相連，同樣，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的漏極以及第二箝位二極 管Dc2的陽極相連，第二功率開關(guān)管S2的源極與地相連，第二開關(guān)電容Cc2 的另一端與第二耦合電感的第二繞組L2b的一端以及第一鉗位二極管Dcl的陰 極相連，第一耦合電感的第二繞組Llb的另一端與第一輸出二極管Dol的陽極 相連，第二耦合電感的第二繞組L2b的另一端與第二輸出二極管Do2的陽極相 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。無源箝位交錯(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)斷與第一鉗位二極管Del導(dǎo)通之間的換流；第一輸出二極管Dol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)斷與第二鉗位二極管Dc2導(dǎo) 通之間的換流;第二輸出二極管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(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)斷與第一鉗位二極管Del導(dǎo)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Sl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)，第一鉗位二極管Del開通，第一耦合電感的漏感能量轉(zhuǎn)移到第二 開關(guān)電容Cc2上。在這個(gè)過程中，第一輸出二極管Dol導(dǎo)通，耦合電感能量開 始向電路的輸出端轉(zhuǎn)移。當(dāng)?shù)谝获詈想姼械穆└心芰咳哭D(zhuǎn)移到第二開關(guān)電容 Cc2上時(shí)，第一鉗位二極管Del關(guān)斷。由于第一耦合電感的漏感限制了第一鉗 位二極管Dcl的電流下降速率，第一鉗位二極管Dcl的反向恢復(fù)特性得到改善。 之后，電路進(jìn)入第一功率管S1關(guān)斷，第一鉗位二極管Dcl關(guān)斷、第一輸出二極 管Dol開通的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。第一功率開關(guān)管Sl開通與第一輸出二極管Dol關(guān)斷的換流過程 第一功率開關(guān)管Sl開通前，第一耦合電感的漏感電流為零，第一鉗位二極管Dcl關(guān)斷、第一輸出二極管Dol處于導(dǎo)通的穩(wěn)定運(yùn)行工作狀態(tài)。第一功率開 關(guān)管Sl開通時(shí)，由于第一耦合電感的漏感的存在，流過第一功率開關(guān)管Sl的 電流從零開始以一定斜率線性上升，即第一功率開關(guān)管S1實(shí)現(xiàn)了零電流開通。 第一輸出二極管Dol的電流從一定值開始以一定斜率下降，當(dāng)?shù)谝惠敵龆O管 Dol的電流下降到零時(shí)，第一輸出二極管Dol關(guān)斷。這樣，第一輸出二極管Dol 的反向恢復(fù)電流為零，大大減小了第一輸出二極管Dol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Sl導(dǎo)通，第一鉗位二極管Dcl、第一輸出二極 管Dol關(guān)斷的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
權(quán)利要求1.無源箝位交錯(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)開關(guān)電容(Cc1、Cc2)，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、第二耦合電感的第一繞組(L2a)的一端以及第一開關(guān)電容(Cc1)的一端、第二開關(guān)電容(Cc2)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)的另一端與第一功率開關(guān)管(S1)的漏極以及第一箝位二極管(Dc1)的陽極相連，第一功率開關(guān)管(S1)的源極與地相連，第一開關(guān)電容(Cc1)的另一端與第一耦合電感的第二繞組(L1b)的一端以及第二鉗位二極管(Dc2)的陰極相連，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)的漏極以及第二箝位二極管(Dc2)的陽極相連，第二功率開關(guān)管(S2)的源極與地相連，第二開關(guān)電容(Cc2)的另一端與第二耦合電感的第二繞組(L2b)的一端以及第一鉗位二極管(Dc1)的陰極相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的另一端與第一輸出二極管(Do1)的陽極相連，第二耦合電感的第二繞組(L2b)的另一端與第二輸出二極管(Do2)的陽極相連，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)與第一開關(guān)電容(Cc1)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)與第二開關(guān)電容(Cc2)的連接端為第二耦合電感的同名端。
專利摘要本實(shí)用新型公開的無源箝位交錯(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)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)耦合電感的漏感實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功率開關(guān)管的零電流開通和利用兩個(gè)功率開關(guān)管自身存在的并聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷。利用兩個(gè)鉗位二極管與兩個(gè)開關(guān)電容組成的鉗位電路無損地吸收和轉(zhuǎn)移了兩個(gè)耦合電感的漏感能量。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)H02M3/145GK201174657SQ20082008408
公開日2008年12月31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)