CN102364852B - 基于耦合电感倍压单元的单开关管高增益变换器 - Google Patents
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Abstract
一种基于耦合电感倍压单元的单开关管高增益变换器，耦合电感原边绕组的第一端与输入电源的正极及倍压电容的第一端相连，耦合电感的副边绕组的第一端与倍压电容的第二端相连，耦合电感原边绕组的第二端与开关管的漏极及第一个续流二级管的阳极及开关电容的第一端相连；耦合电感的副边绕组的第二端与第一个续流二级管的阴极及第二个续流二级管的阳极相连；输出二级管的阳极与第二个续流二级管的阴极及与开关电容的第二端相连，输出二极管的阴极分别与输出电容的第一端、输出负载的第一端相连；耦合电感原边绕组的第一端与耦合电感副边绕组的第二端为同名端。本发明抑制了关断电压尖锋又回收了漏感、能量电压增益高。
Description
技术领域
本发明涉及一种单开关管高增益变换器，适用于非隔型高增益变流场合。
背景技术
为实现boost变换器增益拓展，可以使用开关电容技术。常规的单级开关电容结构实现的Boost增益拓展的升压变换器，其电路结构简单，实现简洁，但是也存在着电压增益小的缺点；而两级开关电容的Boost变换器进一步提升了增益，但该变换器仍存在两个不足之处：其一开关管电流尖锋冲击大，很大的提升了器件的电流应力和损耗；其二，该变换器升压能力仍然有限，在很高升压场合下仍然不能满足升压要求。对于上述第一点不足，目前引入了开关电容回路串入一个很小的电感来抑制开关电容并联所带来的大冲击电流问题，对于第二不足通过多级开关电容结构来进一步提升变换器的增益，但是会极大的增加***的复杂度。
发明内容
为了克服现有的boost变换器的电路结构复杂、电压增益较小的上述缺点，本发明提供一种既抑制了开关管关断电压尖锋又回收了漏感、且能量电压增益高的基于耦合电感倍压单元的单开关管高增益变换器。
为了解决上述技术问题提出的技术方案为：
一种基于耦合电感倍压单元的单开关管高增益变换器，包含一个带有原、副边绕组的耦合电感，一个倍压电容，一个开关电容，一个输出电容，两个续流二极管，一个输出二极管和一个开关管；所述的耦合电感原边绕组的第一端与输入电源的正极及倍压电容的第一端相连，耦合电感的副边绕组的第一端与倍压电容的第二端相连，耦合电感原边绕组的第二端与开关管的漏极及第一个续流二级管的阳极及开关电容的第一端相连；耦合电感的副边绕组的第二端与第一个续流二级管的阴极及第二个续流二级管的阳极相连；输出二级管的阳极与第二个续流二级管的阴极及与开关电容的第二端相连，输出二极管的阴极分别与输出电容的第一端、输出负载的第一端相连；输出电容的第二端与输入电源的负极及开关管的源极及输出负载的第二端相连；耦合电感原边绕组的第一端与耦合电感副边绕组的第二端为同名端。
本发明是基于开关电容结构引入耦合电感形成耦合电感倍压单元的单管高增益变换器。该变换器电路通过耦合电感的漏感限制了开关电容造成的大电流尖锋，同时通过改变耦合电感的砸比来调节变换器的升压比，只增加了耦合电感的一个绕组，无需增加其他器件，，并且开关电容和输出二极管刚好作为耦合电感漏感能量的箝位吸收电路，即抑制了开关管关断电压尖锋有回收了漏感的能量，进一步提高了电压增益。
本发明倍压电容的第二端的三种不同的连接方式，其实现的功能是相同，只是输入电容或输出电容的高频纹波有所差异。
本发明的优点：该变换器电路通过耦合电感的漏感限制了开关电容造成的大电流尖锋，同时通过改变耦合电感的砸比来调节变换器的升压比，只增加了耦合电感的一个绕组，无需增加其他器件，并且开关电容和输出二极管刚好作为耦合电感漏感能量的箝位吸收电路，即抑制了开关管关断电压尖锋又回收了漏感的能量，进一步提高了电压增益。
附图说明
图1是本发明专利的第一种连接方式的电路图。
图2是本发明专利的第一种连接方式的电路等效图。
图3是本发明专利的第二种连接方式的电路图。
图4是本发明专利的第三种连接方式的电路图。
具体实施方法
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例一
参照附图1、2，一种基于耦合电感倍压单元的单开关管高增益变换器，包含一个带有原、副边绕组的耦合电感La、Lb，一个倍压电容Cm，一个开关电容Cc，一个输出电容C0，两个续流二极管Dr1、Dr2，一个输出二极管D0，一个开关管S；所述的耦合电感原边绕组La的第一端与输入电源Vin的正极及倍压电容Cm的第一端相连，耦合电感原边绕组La的第二端与开关管S的漏极及第一个续流二级管Dr1的阳极及开关电容Cc的第一端相连；耦合电感的副边绕组Lb的第一端与倍压电容Cm的第二端相连，耦合电感的副边绕组Lb的第二端与第一个续流二级管Dr1阴极及第二个续流二级管Dr1的阳极相连；输出二级管的阳极D0与第二个续流二级管Dr2的阴极及开关电容Cc的第二端相连，输出电容C0的第一端与输出二极管的阴极及输出负载R0的第一端相连；输出电容C0的第二端与输入电源Vin的负极及开关管S的源极及输出负载R0的第二端相连。耦合电感原边绕组La的第一端与耦合电感副边绕组Lb的第二端为同名端。
基于耦合电感倍压单元的单开关管高增益变换器一个开关周期内有2个工作过程，即开关管S关断和开关管S开通工作的转换过程。
开关管S在关断时：
漏感电流通过开关电容Cc、输出电容Co及输出二极管Do续流，开关管的电压被箝位电容Cc箝位。能量开始由耦合电感和箝位电容向负载转移。与此同时能量也通过耦合电感向倍压电容Cm传递。漏感同箝位电容及倍压电容发生谐振，由于谐振周期较大，漏感电流可以认为是线性下降的。
流经箝位电容Cc的电流下降到零，此时原边绕组电流等于副边绕组电流。输出二极管自然关断，因此不存在输出二极管反向恢复问题。这个阶段时能量继续向倍压电容Cm传递。
开关管S再开通时：
由于漏感电流抑制了电流变化率，因此开关管几乎零电流开通。此后漏感电流开始在输入电压与折算到原边的倍压电容电压之和的作用下开始下降。
续流二极管Dr1的电压下降到零，之后Dr1的寄生电容Cs开始与耦合电感的原边漏感Lk谐振，寄生电容Cs的电压上升而漏感电流开始上升。
寄生电容Cs上的电压已经可以使续流二极管Dr2导通，之后Cc、Cm和耦合电感的原边漏感Lk开始谐振，倍压电容的能量开始向箝位电容转移，与此同时，耦合电感如同变压器一样将能量从输入电源传递到开关电容中。而耦合电感的励磁电感Lm也开始充电。
输出二极管Do及两个续流二极管Dr1和Dr2都处于反偏状态。输出电源对励磁电感和漏感充电，励磁电流和漏感电流线性上升。
实施例二
参见图3，本实施与实施例一的不同之处在于，所述的倍压电容的第一端与输入电压源的负极及开关管的源极及输出电容的一端及输出负载的一端相连，其余结构和功能均相同。
实施例三
参见图4，本实施与实施例一的不同之处在于，所述的倍压电容第一端与输出二极管的阴极及输出电容的一端及输出负载的一端相连，其余结构和功能均相同。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (1)
1.一种基于耦合电感倍压单元的单开关管高增益变换器，其特征在于：所述单开关管高增益变换器包含一个带有原、副边绕组的耦合电感，一个倍压电容，一个开关电容，一个输出电容，两个续流二极管，一个输出二极管和一个开关管；所述的耦合电感原边绕组的第一端与输入电源的正极及倍压电容的第一端相连，耦合电感的副边绕组的第一端与倍压电容的第二端相连，耦合电感原边绕组的第二端与开关管的漏极及第一个续流二级管的阳极及开关电容的第一端相连；耦合电感的副边绕组的第二端与第一个续流二级管的阴极及第二个续流二级管的阳极相连；输出二级管的阳极与第二个续流二级管的阴极及与开关电容的第二端相连，输出二极管的阴极分别与输出电容的第一端、输出负载的第一端相连；输出电容的第二端与输入电源的负极及开关管的源极及输出负载的第二端相连；耦合电感原边绕组的第一端与耦合电感副边绕组的第二端为同名端。
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