CN101702578A - 耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器，包括两个功率开关管，两个辅助开关管，四个反向并联二极管，开关管并联电容，两个箝位电容，两个开关电容，两个输出二极管和两个分别带有两个绕组的耦合电感，本发明利用两个耦合电感的漏感和开关管的并联电容的谐振实现功率开关管的零电压开通，利用开关管的反向并联二极管和箝位电容组成的箝位电路吸收漏感造成的开关管关断电压尖峰和实现能量的无损转移，利用两个耦合电感的第二绕组串联实现变换器的高增益输出，利用开关电容进一步提高变换器的增益和降低输出二极管的电压应力，利用耦合电感的漏感实现输出二极管的零电流关断。

Description

耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器及应用

技术领域

本发明涉及一种直流-直流变换器及应用，具体说是耦合电感实现正反激隔离式有源箝位交错并联升压变换器及应用。

背景技术

近年来，能源的短缺和环境的污染已经成为世界的焦点，可再生能源的发展和应用受到世界各国的广泛关注。在可再生能源发电系统中，许多可再生能源发出的电能都是电压较低的直流电，而向电网送电需要电压较高的直流电，因此需要直流-直流变换器把低电压直流电转换为适合并网的高电压直流电，与此同时，出于对人身安全方面考虑，许多应用场合都有电气隔离的要求。所以低输入纹波、高增益、高效率的隔离型变换器在可再生能源并网发电领域里有着重要的作用。

常规的反激(flyback)直流一直流变换器结构简单，应用广泛，但该变换器的功率开关工作于硬开关状态，开关损耗较大，功率开关管的电压应力较大，输入电流纹波大，输出二极管的反向恢复问题严重，且在高增益的应用场合下，高变比变压器的漏感较大，进一步降低了效率。常规的反激交错并联直流-直流变换器只在一定程度上减小了输入电流的纹波，但是其它问题仍然存在。近年来相继出现了一些高增益隔离型直流-直流变换器，其中一种变换器在电流型半桥拓扑的基础上，增加有源箝位电路实现功率开关管的软开关，但是该拓扑磁性元件数量较多，影响了变换器的功率密度；另一种变换器采用三绕组耦合电感拓展了变换器的增益，并解决了输出二极管的反向恢复问题，但是该拓扑中三绕组耦合电感结构较为复杂。

中国发明专利200310106349.5中公开了一种涉及正反激双向DC-DC变换器，由变压器次、初级绕组(N_s1与N_p1)相互耦合构成正激变压器(_T1)；由另一变压器次、初级绕组(N_s2与N_p2)相互耦合构成反激变压器(T₂)，两个次级绕组(N_s1与N_s2)各自串联开关管(S₁与S₂)后同时并联于输入直流电源。两个初级绕组(N_p1与N_p2)串联后通过整流/逆变电路和直流电源(V₂)并联。利用有源箝位、RCD箝位、LCD箝位、ZVT复位等技术可组成一族双向变换器拓扑。

但是，该技术仍有以下不足：

1、两个变压器处理的功率等级不同，导致变压器的损耗分配不均，功率开关管的电压和电流应力不对称，增加了热管理的难度，影响了变换器的寿命；

2、在该方案中，正激变压器不需要气隙，反激变压器需要增加较大气隙，增加了磁性元件的设计复杂度，不利于工业化大规模生产；

3、该方案中，正激变压器只在其对应开关管导通时向副边传递能量，而反激变压器只在其对应开关管关断时向副边传递能量，导致变压器的利用率不高，增加了变压器的体积，降低了系统功率密度；

4、由于正激变压器和反激变压器的不对称性，难以实现电路的交错并联工作，影响了系统功率等级的提高。

发明内容

本发明提供一种输出电压增益高，输入电流纹波小，结构简单且无能量损耗的耦合电感实现正反激隔离式有源箝位交错并联升压型变换器。

一种耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器，包括原边电路和副边电路两部分，

其中的原边电路包括：

a)与电源并联的第一支路，由第一原边绕组与带反并二极管的第一功率开关管串联构成；

b)与电源并联的第二支路，由第二原边绕组与带反并二极管的第二功率开关管串联构成；

c)第一有源箝位电路，并联在第一原边绕组两端或并联在第一功率开关管的源极、漏极上，所述的第一有源箝位电路由带反并二极管的第一辅助开关管和第一箝位电容串联构成；

d)第二有源箝位电路，并联在第二原边绕组两端或并联在第二功率开关管的源极、漏极上，所述的第二有源箝位电路由带反并二极管的第二辅助开关管和第二箝位电容串联构成；

e)与第一功率开关管并联的第一并联电容和/或与第一辅助开关管并联的第三并联电容；

f)与第二功率开关管并联的第二并联电容和/或与第二辅助开关管并联的第四并联电容；

e)及f)部分中所述的并联电容可以是与其并联的开关管的寄生电容，也可以是独立的电容。在第一支路或第二支路中，每个支路至少设置一个并联电容，第一并联电容与第一功率开关管并联时是并联在第一功率开关管的源极、漏极上，其他并联电容与也是相同的接法，即并联在与之相应的功率开关管或辅助开关管的源极、漏极上。

所述的副边电路包括：

g)耦合电感串联支路；

h)与耦合电感串联支路相连的整流电路。

其中耦合电感串联支路由第一副边绕组和第二副边绕组串联构成，其中第一副边绕组与所述的第一原边绕组同为一个耦合电感中的两个绕组，其中第二副边绕组与所述的第二原边绕组同为另一个耦合电感中的两个绕组。

以第一原边绕组和第二原边绕组中均与电源同一极相连的那一端为参照端，将第一副边绕组中与第一原边绕组的参照端所对应的同名端作为第二端，将第二副边绕组中与第二原边绕组的参照端所对应的同名端作为第一端，第一副边绕组的第二端与第二副边绕组的第一端相连，实现第一副边绕组与第二副边绕组串联。

由于所述的第一支路中第一原边绕组与第一功率开关管串联，两者位置可以互换，在选取参照端时，所述的第一原边绕组与电源的某一极(正极或负极)相连，既可以是通过导线直接相连，也可以是通过第一支路中的第一功率开关管间接相连。同理，所述的第二原边绕组与电源的某一极(正极或负极)相连，既可以是通过导线直接相连，也可以是通过第二支路中的第二开关管间接相连。

所述的整流电路为全桥整流电路、半波倍压整流电路或全波倍压整流电路。

所述的半波倍压整流电路，包括用于与第一副边绕组及第二副边绕组构成第一串联支路的倍压电容；与第一串联支路并联的第二输出二极管；与第一串联支路并联的由第一输出二极管和输出电容构成的第二串联支路；其中所述的第一输出二极管的阳极与第二输出二极管的阴极相连。

所述的第一串联支路中，第一副边绕组、第二副边绕组和倍压电容位置关系可互换；所述的第二串联支路中第一输出二极管和输出电容位置关系可以互换；所述的第一输出二极管的阳极与第二输出二极管的阴极相连，可以是通导线直接相连，也可以是通过输出电容间接相连。

例如，所述的半波倍压整流电路，具体可采用如下结构：倍压电容的第一端与耦合电感串联支路的第一端相连，倍压电容的第二端与与第一输出二极管的阳极及第二输出二极管的阴极相连，耦合电感串联支路的第二端与第二输出二极管的阳极及输出电容的第一端相连，第一输出二极管的阴极与输出电容的第二端相连。

所述的耦合电感串联支路的第一端既可是第一副边绕组的第一端也可是第二副边绕组的第二端。所述的耦合电感串联支路的第二端既可是第二副边绕组的第二端也可是第一副边绕组的第一端。

所述的全波倍压整流电路，耦合电感串联支路的第一端与第一输出二极管的阳极及第二输出二极管的阴极相连，耦合电感串联支路的第二端与第一倍压电容的第一端及第二倍压电容的第一端相连，第一输出二极管的阴极与第一倍压电容的第二端相连，第二输出二极管的阳极与第二倍压电容的第二端相连，第一倍压电容与第二倍压电容串联共同构成输出电容

所述的全桥整流电路，耦合电感串联支路的第一端与第一输出二极管的阳极及第二输出二极管的阴极相连，耦合电感串联支路的第二端与第三输出二极管的阳极及第四输出二极管的阴极相连，第一输出二极管的阴极与第三输出二极管的阴极及输出电容的一端相连，第二输出二极管的阳极与第四输出二极管的阳极及输出电容的第二端相连。

所述的带反并二极管的第一功率开关管、带反并二极管的第二开关管、带反并二极管的第一辅助开关管和带反并二极管的第二辅助开关管分别由独立开关管和独立二极管反向并联后构成，或由内部自带反并二极管的开关管构成。所述的反并二极管的阴极与其所并联的开关管的漏极相连，所述的反并二极管的阳极与其所并联的开关管的源极相连。

所述的第一箝位电容和第二箝位电容可以是独立的两个电容，在第一箝位电容与第二箝位电容有直接连接端时，可简化电路，共用同一箝位电容。

所述的第一功率开关管的漏极和第二功率开关管的的漏极分别与电源的正极端相连；由于第一支路中第一功率开关管和第一原边绕组位置可以互换，那么第一功率开关管的漏极与电源的正极端相连，既可以是通过导线直接相连，也可以是通过第一支路中的第一原边绕组间接相连。同理，第二支路中第二开关管的漏极与电源的正极端相连，既可以是通过导线直接相连，也可以是通过第二支路中的第二原边绕组间接相连。

所述的第一辅助开关管的源极和第二辅助开关管的源极分别与第一功率开关管的漏极和第二功率开关管的漏极相连。由于在第一有源箝位电路第一辅助开关管和第一箝位电容串联构成，而第一辅助开关管和第一箝位电容位置可以互换，那么第一辅助开关管的源极与第一功率开关管的漏极既可以是通过导线直接相连，也可以是通过第一箝位电容间接相连。同理，第二辅助开关管的源极与第二功率开关管的漏极既可以是通过导线直接相连，也可以是通过第二箝位电容间接相连。

原边的电路中，具体可采用如下布置：

第一功率开关管与其反向并联二极管反向并联，第二功率开关管与其反向并联二极管反向并联，第一辅助开关管与其反向并联二极管反向并联，第二辅助开关管与其反向并联二极管反向并联；

第一并联电容与第一功率开关管并联，第二并联电容与第二功率开关管并联；

第一原边绕组的第一端与第二原边绕组的第一端及电源的正极端相连，第一原边绕组的第二端与第一功率开关管的漏极及第一辅助开关管的源极相连，第一辅助开关管的漏极与第一箝位电容的第一端相连，第二原边绕组的第二端与第二功率开关管的漏极及第二辅助开关管的源极相连，第二辅助开关管的漏极与第二箝位电容的第一端相连，第一功率开关管的源极、第二功率开关管的源极、第一箝位电容的第二端、第二箝位电容的第二端及电源的负极端相连。

本发明中，所述的“相连”一般指通过导线直接相连，除非是有特殊说明之处才认为是可以通过导线直接相或通过其他元件间接相连。

本发明应用两个耦合电感来传递能量，每一个耦合电感在其对应的功率开关管导通时工作于正激变压器状态，在其对应的功率开关管关断时工作于反激变压器状态，即每一个耦合电感在一个开关周期内交替工作于正激变压器和反激变压器状态，在整个开关周期内可连续向副边传递能量，大大提高了耦合电感的利用率，降低了耦合电感的体积和提高了系统的功率密度。

本发明中，两个耦合电感的励磁电感、原副边变比和磁路中的气隙长度参数相同(实际中元器件之间可能存在一定差异，但这种差异不会影响发明效果)，使第一功率开关管和第二功率开关管的电压和电流应力基本相同，两个耦合电感的损耗分配平均，两个功率开关管的损耗基本一致，使系统的热设计简单、方便，延长了变换器的寿命。

本发明中，两个耦合电感的励磁电感、原副边变比参数相同，并且对漏感的一致性无特殊要求，有利于工业化大规模生产。

本发明还提供一种耦合电感实现正反激隔离升压方法，将初始的直流电源接入所述的变换器，然后分别向第一功率开关管、第二功率开关管、第一辅助开关管和第二辅助开关的控制端输入控制信号控制所对应开关管的开通和关断，实现初始直流电源的升压。

其中，第一功率开关管和第二功率开关管的导通时间相等，相位相差180度，第一辅助开关管和第一功率开关管的控制信号互补，并有共同关断的一小段时间作为死区时间，第二辅助开关管和第二功率开关管的控制信号互补，并有共同关断的一小段时间作为死区时间。

即第一开功率开关管和第二功率开关管使用交错控制。

本发明中，可以引入交错控制，降低了输入电流的纹波，有利于系统功率等级的提高。

本发明变换器工作时，利用并联电容实现两个功率开关管及两个辅助开关管的零电压关断；利用两个耦合电感的漏感实现第一、第二功率开关管的零电压开通及第一、第二输出二极管的零电流关断；利用第一、第二辅助开关管和第一、第二箝位电容实现两个耦合电感的漏感中能量的回收，实现了有源箝位电路的无损运行，并箝位第一、第二功率开关管的关断电压；利用第一、第二副边绕组的串联结构实现变换器的高增益输出，利用倍压电容、输出电容进一步提高变换器的增益并降低第一、第二输出二极管的电压应力。

本发明的耦合电感实现正反激隔离式有源箝位交错并联升压型变换器，利用原边并联结构减小输入电流的纹波，利用功率开关管上的并联电容实现功率开关管的零电压关断，利用耦合电感的漏感实现功率开关管的零电压开通，利用辅助开关管及其反并二极管与箝位电容组成的有源箝位电路实现了漏感能量的无损转移，利用两个耦合电感的副边绕组的串联结构实现了变换器的高增益输出，利用倍压电容进一步提高变换器的电压增益并降低了输出二极管的电压应力，电路结构简单，所有功率开关工作于软开关状态，电路中无能量损耗元件，提高了变换器的效率，换流过程中，开关器件无电压过冲。

附图说明

图1是本发明耦合电感实现正反激隔离式有源箝位交错并联升压型变换器的电路图；

图2a-图2c是图1中变换器原边电路另外三种连接方式的电路图；

图3是图1中变换器副边电路第二种连接方式的电路图；

图4是图1中变换器副边电路第三种连接方式的电路图；

图5是图1中变换器工作过程波形图。

具体实施方式

参见图1，本发明的耦合电感实现正反激隔离式有源箝位交错并联升压型变换器，包括原边电路和副边电路两部分，

图1中原边电路有两个与电源并联的支路，以第一支路为例，由第一原边绕组L_1a与带反并二极管的第一功率开关管S₁串联构成，第一有源箝位电路，并联在第一功率开关管S₁的源极、漏极上，第一有源箝位电路由带反并二极管D_c1的第一辅助开关管S_c1和第一箝位电容C_c1串联构成。

具体连接如下：原边电路中第一功率开关管S₁与其反向并联二极管D₁反向并联，第二功率开关管S₂与其反向并联二极管D₂反向并联，第一辅助开关管S_c1与其反向并联二极管D_c1反向并联，第二辅助开关管S_c2与其反向并联二极管D_c2反向并联，反向并联二极管的阳极与功率开关管或辅助开关管的源极相连，反向并联二极管的阴极与功率开关管或辅助开关管的漏极相连；

并联电容C_p1与第一功率开关管S₁并联，并联电容C_p2与第二功率开关管S₂并联，两个并联电容的一端分别与对应的功率开关管的漏极相连，两个并联电容的另一端分别与对应的功率开关管的源极相连；

第一原边绕组L_1a的一端与第二原边绕组L_2a的一端及电源V_in的正端相连，第一原边绕组L_1a的另一端与第一功率开关管S₁的漏极及第一辅助开关管S_c1的源极相连，第一辅助开关管S_c1的漏极与第一箝位电容C_c1的一端相连，第二原边绕组L_1b的另一端与第二功率开关管S₂的漏极及第二辅助开关管S_c2的源极相连，第二辅助开关管S_c2的漏极与第二箝位电容C_c2的一端相连，第一功率开关管S₁的源极、第二功率开关管S₂的源极、第一箝位电容C_c1的另一端、第二箝位电容C_c2的另一端及电源V_in的负端相连。

副边电路包括耦合电感串联支路和整流电路，能量从整流电路输出端传送给负载R_L，整流电路的输出电压为V_out。

耦合电感串联支路，由第一副边绕组L_1b和第二副边绕组L_2b串联构成，其中第一副边绕组L_1b与所述的第一原边绕组L_1a同为第一耦合电感中的两个绕组，其中第二副边绕组L_2b与所述的第二原边绕组L_2a同为第二耦合电感中的两个绕组；图中由“△”标记了一个第一原边绕组L_1a和第一副边绕组L_1b的同名端，由“○”标记了一个第一原边绕组L_2a和第一副边绕组L_2b的同名端。

整流电路采用半波倍压整流电路，第一副边绕组L_1b的“△”端与第二副边绕组L_2b的“○”端相连，第一副边绕组L_1b的另一端与倍压电容C_s的一端相连，倍压电容C_s的另一端与第一输出二极管D_o1的阳极及第二输出二极管D_o2的阴极相连，第二副边绕组L_2b的另一端与第二输出二极管D_o2的阳极及输出电容C_o的一端相连，第一输出二极管D_o1的阴极与输出电容C_o的另一端相连。

如图2a-图2c所示，变换器的原边电路存在另外三种连接方式，如图2a所示，与图1中的原边电路不同之处在于，第一箝位电路并联于第一原边绕组L_1a的两端，第二箝位电路并联于第二原边绕组L_2a的两端；如图2b所示，与图1中的原边电路不同之处在于，第一箝位电容C_c1与第二箝位电容C_c2为同一电容C_c；如图2c所示，与图2b中的原边电路不同之处在于，第一箝位电容C_c1与第二箝位电容C_c2为同一电容C_c。

如图3所示，与图1中的副边电路不同之处在于变换器的副边电路采用全波倍压整流电路，第一副边绕组L_1b的一端与第二副边绕组L_2b的一端相连，第一副边绕组L_1b的另一端与第一输出二极管D_o1的阳极及第二输出二极管D_o2的阴极相连，第二副边绕组L_2b的另一端与第一输出电容C_o1的一端及输出电容C_o2的一端相连，第一输出二极管D_o1的阴极与第一输出电容C_o1的另一端相连，第二输出二极管D_o2的阳极与第二输出电容C_o2的另一端相连，在本连接方式中第一输出电容C_o1与第二输出电容C_o2串联后共同构成输出电容。

如图4所示，与图1中的副边电路不同之处在于变换器的副边电路采用全桥整流电路，第一耦合电感的第二绕组L_1b的一端与第二耦合电感的第二绕组L_2b的一端相连，第一耦合电感的第二绕组L_1b的另一端与第一输出二极管D_o1的阳极及第二输出二极管D_o2的阴极相连，第二耦合电感的第二绕组L_2b的另一端与第三输出二极管D_o3的阳极及第四输出二极管D_o4的阴极相连，第一输出二极管D_o1的阴极与第三输出二极管D_o3的阴极及输出电容C_o的一端相连，第二输出二极管D_o2的阳极与第四输出二极管D_o4的阳极及输出电容C_o的另一端相连。

利用本发明变换器升压时，将初始的直流电源接入变换器，然后分别向第一功率开关管、第二功率开关管、第一辅助开关管和第二辅助开关的控制端输入控制信号控制所对应开关管的开通和关断，实现初始直流电源的升压。

其中，第一功率开关管和第二功率开关管的导通时间相等，相位相差180度，第一辅助开关管和第一功率开关管的控制信号互补，并有共同关断的死区时间，第二辅助开关管和第二功率开关管的控制信号互补，并有共同关断的死区时间。

耦合电感实现正反激隔离式有源箝位交错并联升压型变换器存在四种工作过程(图1～图4所示变换器的工作过程基本相同)，即第一功率开关管S₁关断与第一辅助开关管S_c1开通之间的换流过程；第一辅助开关管S_c1关断与第一功率开关管S₁开通之间的换流过程；第二功率开关管S₂关断与第二辅助开关管S_c2开通之间的换流过程；第二辅助开关管S_c2关断与第二功率开关管S₂开通之间的换流过程。以图1为例来说明变换器的工作过程：

第一功率开关管S₁关断与第一辅助开关管S_c1开通之间的换流过程：

换流前，电路处于第一功率开关管S₁导通，第一功率开关管的反并二极管D₁关断，第二功率开关管S₂导通，第二功率开关管的反并二极管D₂关断，第一辅助开关管S_c1及其反并二极管D_c1关断，第二辅助开关管S_c2及其反并二极管D_c2关断，第一输出二极管D_o1与第二输出二极管关断的稳定工作状态。当第一功率开关管S₁关断时，在变换器的原边，由于开关管并联电容C_p1的作用，第一功率开关管S₁的电压从零开始以一定的斜率线性上升，因此第一功率开关管S₁实现了零电压关断。当第一功率开关管S₁的电压超过第一箝位电容C_c1的电压时，第一辅助开关管的反并二极管D_c1导通，第一耦合电感的漏感中的能量转移到第一箝位电容C_c1中，在第一辅助开关管的反并二极管D_c1导通后给出第一辅助开关管S_c1的开通信号，而实现了第一辅助开关管S_c1的零电压开通，第一辅助开关管的反并二极管D_c1退出工作。在此过程中，在变换器的副边，第一输出二极管D_o1开始导通，对于图1示的电路，能量从第一、第二耦合电感及倍压电容C_s中输出到输出电容C_o中，对于图3所示的电路，能量从第一、第二耦合电感中输出到第一输出电容C_o1中，对于图4所示的电路，能量从第一、第二耦合电感中输出到输出电容C_o中，之后，电路进入了第一功率开关管S₁关断，第一辅助开关管S_c1开通，第一输出二极管D_o1开通的稳定工作状态。

第一辅助开关管S_c1关断与第一功率开关管S₁开通之间的换流过程：

换流前，耦合电感的漏感与第一箝位电容C_c1处于谐振状态。当第一辅助开关管S_c1关断时，在变换器原边，第一箝位电容C_c1退出谐振，耦合电感的漏感与开关管的并联电容C_p1开始谐振，随着并联电容C_p1的电压的下降，第一辅助开关管S_c1的电压从零开始上升，即第一辅助开关管S_c1实现了零电压关断。同时第一功率开关管S₁的电压随第一辅助开关管S_c1电压的上升而下降，当第一功率开关管S₁的电压下降到零时，第一功率开关管的反并二极管D₁开始导通，此时给出第一功率开关管S₁的导通信号，实现了第一功率开关管S₁的零电压开通，第一功率开关管的反并二极管退出工作。在变换器副边，第一输出二极管D_o1的电流由某一值开始以一定斜率线性下降，当第一输出二极管D_o1的电流下降到零时，第一输出二极管D_o1关断，即实现了第一输出二极管D_o1的零电流关断，减轻了由于二极管反向恢复而带来的电磁兼容和损耗问题，之后，电路进入了第一功率开关管导通，第一辅助开关管关断，第一输出二极管关断的稳定工作状态。

第二功率开关管S₂关断与第二辅助开关管S_c2开通之间的换流过程：

在第二功率开关管S₂关断与第二辅助开关管S_c2开通之间的换流过程中，由于电路的对称性，变换器原边的换流过程与第一功率开关管S₁关断与第一辅助开关管S_c1开通之间的换流过程相类似。在变换器的副边，第二输出二极管D_o2开始导通，对于图1所示电路，能量从第一、第二耦合电感输出到倍压电容C_s中，对于图3所示电路，能量从第一、第二耦合电感输出到输出第二输出电容C_o2中，对于图4所示电路，能量从第一、第二耦合电感输出到输出电容C_o中，之后，电路进入了第二功率开关管S2关断，第二辅助开关管S_c2开通，第二输出二极管D_o2开通的稳定工作状态。

第二辅助开关管S_c2关断与第二功率开关管S₂开通之间的换流过程：

由于电路的对称性，第二辅助开关管S_c2关断、第二功率开关管S₂开通之间的换流过程与第一辅助开关管S_c1关断、第一功率开关管S₁开通之间的换流过程相类似。

图5是图1中电路工作过程中的部分波形图，图中的i_Lk1、i_Lk2分别为原边第一绕组L_1a、原边第二绕组L_2a中的电流波形，v_ds1、v_ds2分别为第一功率开关管S1、第二功率开关S2管漏极和源极之间的电压波形，i_s1、i_s2分为第一功率开关管S₁、第二功率开关管S₂中的电流波形，v_cc1、v_cc2分别为第一箝位电容C_c1、第二箝位电容C_c2的电压波形，i_cc1、i_cc2分别为第一箝位电容C_c1、第二箝位电容C_c2的电流波形，i_Do1、i_Do2分别为第一输出二极管D_o1、第二输出二极管D_o2的电流波形；图中的t₁至t₁₆表示一个开关周期中的时间点，t₁～t₄时间内是第一功率开关管S₁关断与第一辅助开关管S_c1开通之间的换流过程，t₅～t₈时间内是第一辅助开关管S_c1关断与第一功率开关管S₁开通之间的换流过程，t₉～t₁₂时间内是第二功率开关管S₂关断与第二辅助开关管S_c2开通之间的换流过程，t₁₃～t₁₆时间内是第二辅助开关管S_c2关断与第二功率开关管S₂开通之间的换流过程。

Claims (10)

1.一种耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器，包括原边电路和副边电路，其特征在于，

所述的原边电路包括：

a)与电源并联的第一支路，由第一原边绕组(L_1a)与带反并二极管(D₁)的第一功率开关管(S₁)串联构成；

b)与电源并联的第二支路，由第二原边绕组(L_2a)与带反并二极管(D₂)的第二功率开关管(S₂)串联构成；

c)第一有源箝位电路，并联在第一原边绕组(L_1a)两端或并联在第一功率开关管(S₁)的源极、漏极上，所述的第一有源箝位电路由带反并二极管(D_c1)的第一辅助开关管(S_c1)和第一箝位电容(C_c1)串联构成；

d)第二有源箝位电路，并联在第二原边绕组(L_2a)两端或并联在第二功率开关管(S₂)的源极、漏极上，所述的第二有源箝位电路由带反并二极管(D_c2)的第二辅助开关管(S_c2)和第二箝位电容(C_c2)串联构成；

e)与第一功率开关管(S₁)并联的第一并联电容和/或与第一辅助开关管(S_c1)并联的第二并联电容；

f)与第二功率开关管(S₂)并联的第三并联电容和/或与第二辅助开关管(S_c2)并联的第四并联电容；

所述的副边电路包括：

g)耦合电感串联支路，由第一副边绕组(L_1b)和第二副边绕组(L_2b)串联构成，其中第一副边绕组(L_1b)与所述的第一原边绕组(L_1a)同为一个耦合电感中的两个绕组，其中第二副边绕组(L_2b)与所述的第二原边绕组(L_2a)同为另一个耦合电感中的两个绕组；以第一原边绕组(L_1a)和第二原边绕组(L_2a)中均与电源(V_in)同一极相连的那一端为参照端，第一副边绕组(L_1b)和第二副边绕组(L_2b)中分别与第一原边绕组(L_1a)和第二原边绕组(L_2a)中的参照端的同名端相连；

h)与所述的耦合电感串联支路相连的整流电路。

2.如权利要求1所述的耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器，其特征在于，所述的整流电路为全桥整流电路、半波倍压整流电路或全波倍压整流电路。

3.如权利要求2所述的耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器，其特征在于，所述的半波倍压整流电路，包括：

用于与第一副边绕组(L_1b)和第二副边绕组(L_2b)构成第一串联支路的倍压电容(C_s)；

与第一串联支路并联的第二输出二极管(D_o2)；

与第一串联支路并联的由第一输出二极管(D_o1)和输出电容(C_o)构成的第二串联支路，其中所述的第一输出二极管(D_o1)的阳极与第二输出二极管(D_o2)的阴极相连。

4.如权利要求2所述的耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器，其特征在于，所述的全波倍压整流电路中，耦合电感串联支路的第一端与第一输出二极管(D_o1)的阳极及第二输出二极管(D_o2)的阴极相连，耦合电感串联支路的第二端与第一倍压电容(C_s1)的第一端及第二倍压电容(C_s2)的第一端相连，第一输出二极管(D_o1)的阴极与第一倍压电容(C_s1)的第二端相连，第二输出二极管(D_o2)的阳极与第二倍压电容(C_s2)的第二端相连，第一倍压电容(C_s1)与第二倍压电容(C_s2)串联共同构成输出电容。

5.如权利要求2所述的耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器，其特征在于，所述的全桥整流电路中，耦合电感串联支路的第一端与第一输出二极管(D_o1)的阳极及第二输出二极管(D_o2)的阴极相连，耦合电感串联支路的第二端与第三输出二极管(D_o3)的阳极及第四输出二极管(D_o4)的阴极相连，第一输出二极管(D_o1)的阴极与第三输出二极管(D_o3)的阴极及输出电容(C_o)的一端相连，第二输出二极管(D_o2)的阳极与第四输出二极管(D_o4)的阳极及输出电容(C_o)的第二端相连。

6.如权利要求1所述的耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器，其特征在于，所述的：带反并二极管(D₁)的第一功率开关管(S₁)、带反并二极管(D₂)的第二功率开关管(S₂)、带反并二极管(D_c1)的第一辅助开关管(S_c1)和带反并二极管(D_c2)的第二辅助开关管(S_c2)分别由独立开关管和独立二极管反向并联后构成，或由内部自带反并二极管的开关管构成。

7.如权利要求1所述的耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器，其特征在于，所述的第一箝位电容(C_c1)和第二箝位电容(C_c2)为同一电容。

8.如权利要求1所述的耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器，其特征在于，所述的第一功率开关管(S₁)的漏极和第二功率开关管(S₂)的漏极分别与电源(V_in)的正极端相连；第一辅助开关管(S_c1)的源极和第二辅助开关管(S_c2)的源极分别与第一功率开关管(S₁)的漏极和第二功率开关管(S₂)的漏极相连。

9.如权利要求8所述的耦合电感实现正反激隔离式升压型变换器，其特征在于，所述的原边的电路中，第一功率开关管(S₁)与其反向并联二极管(D₁)反向并联，第二功率开关管(S₂)与其反向并联二极管(D₂)反向并联，第一辅助开关管(S_c1)与其反向并联二极管(D_c1)反向并联，第二辅助开关管(S_c2)与其反向并联二极管(D_c2)反向并联；

第一并联电容(C_p1)与第一功率开关管(S₁)并联，第二并联电容(C_p2)与第二功率开关管(S₂)并联；

第一原边绕组(L_1a)的第一端与第二原边绕组(L_2a)的第一端及电源(V_in)的正极端相连，第一原边绕组(L_1a)的第二端与第一功率开关管(S₁)的漏极及第一辅助开关管(S_c1)的源极相连，第一辅助开关管(S_c1)的漏极与第一箝位电容(C_c1)的第一端相连，第二原边绕组(L_2a)的第二端与第二功率开关管(S₂)的漏极及第二辅助开关管(S_c2)的源极相连，第二辅助开关管(S_c2)的漏极与第二箝位电容(C_c2)的第一端相连，第一功率开关管(S₁)的源极、第二功率开关管(S₂)的源极、第一箝位电容(C_c1)的第二端、第二箝位电容(C_c2)的第二端及电源(V_in)的负极端相连。

10.一种耦合电感实现正反激隔离升压方法，其特征在于，将初始的直流电源接入如权利要求1～9任一项所述的变换器，然后分别向第一功率开关管、第二功率开关管、第一辅助开关管和第二辅助开关的控制端输入控制信号控制所对应开关管的开通和关断，实现初始直流电源的升压；

其中，第一功率开关管和第二功率开关管的导通时间相等，相位相差180度，第一辅助开关管和第一功率开关管的控制信号互补，并有共同关断的死区时间，第二辅助开关管和第二功率开关管的控制信号互补，并有共同关断的死区时间。

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