CN103095114A - 一种适用于Boost变换器的无损缓冲电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供 一种适用于 Boost 变换器的无损缓冲电路，包含辅助电感 La ，辅助功率开关 Sa ，两个辅助二极管 Da 、 Da1 以及一个辅助电容 Ca1 ；所述辅助功率开关 Sa 为绝缘栅双极型晶体管（ IGBT ） 。 本发明提出的一种 适用于 Boost 变换器的无损缓冲电路 可以有效降低 Boost 变换器功率开关管关断损耗，且具有结构简单、不改变原变换器性能、成本低和无能量损耗等优点， 本发明还可以直接应用于多相交错并联 Boost 变换器中，可同时降低所有交错并联相的功率开关管的关断损耗。

Description

一种适用于Boost变换器的无损缓冲电路
技术领域
本发明涉及一种无损缓冲电路，具体说是一种适用于Boost变换器的无损缓冲电路。
  
背景技术
基本Boost变换器，包括一个电感，一个输出二极管和一个功率开关管，功率开关管通常采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）或MOSFET。其中电感的输入端连接输入电源的正极，输出端接输出二极管的阳极，输出二极管的阴极接变换器输出端的正极，在电感输出端和输出二极管阳极的连接节点上接功率开关管的集电极（功率开关管若采用MOSFET管则为漏极），功率开关管的发射极（功率开关若采用MOSFET管则为源极）接变换器输出端的负极，也即是接地。
这种基本Boost变换器在应用于大功率场合时，由于IGBT的电流拖尾效应使得功率开关管的关断损耗变的很高，其在整个变换器的损耗中也占据了相当大的比例，由此导致变换器散热器的体积较大，功率开关管的工作频率难以提高，整个开关电源的功率密度较低。基于以上原因，基本Boost变换器在一些对电源体积和重量要求较高的应用场合，如插入式混合动力车和纯电动汽车等，难以得到推广应用。
为了降低变换器开关损耗，目前主要是借助于辅助电路来实现功率开关管的软开关工作状态，但此种改进措施所针对的往往是采用MOSFET管功率开关管的变换器,且其主要目的是降低功率开关管的开通损耗而非关断损耗；而对于采用IGBT作为功率开关管的变换器在现有技术中还是一个空白。
  
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明旨在提供一种可以有效降低Boost变换器功率开关管关断损耗，且具有结构简单、不改变原变换器性能、成本低和无能量损耗等优点的辅助电路。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于Boost变换器的无损缓冲电路，其特征在于，包含辅助电感La，辅助功率开关Sa，两个辅助二极管Da、Da1以及辅助电容Ca1；所述辅助功率开关Sa为绝缘栅双极型晶体管；
其电路连接关系为：辅助电感La的一端与基本Boost变换器输入电源Vin的正极相连，另一端与第一辅助二极管Da的阳极相连，连接节点记为节点a；
第一辅助二极管Da的阴极与第二辅助二极管Da1的阳极相连，连接节点记为节点b，第二辅助二极管Da的阴极与基本Boost变换器输出端Vout的正极相连；
辅助电容Ca1的正极连接于节点b，辅助电容Ca1的负极与功率开关管S1的集电极相连并通过电感L1连接到基本Boost变换器输入电源Vin的正极；
辅助功率开关Sa，其具有栅极、集电极和源极，其栅极与控制器控制信号Ga相连接，其集电极与节点a相连接，其发射极接地。
进一步，所述辅助二极管Da1以及辅助电容Ca1的数量均为n，n为自然数，n的取值范围为n≥2；
n个相同的无损缓冲电路与n相交错并联型基本Boost变换器交错并联使用。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明可以有效降低Boost变换器中功率开关管的关断损耗，且不影响原变换器的性能。
 2、本发明可以直接应用于多相交错并联Boost变换器中，同时降低所有交错并联相的功率开关管的关断损耗。
 3、本发明电路拓扑简单，不改变原变换器的工作性能和参数设计，特别适合于采用IGBT作为功率开关的大功率应用场合。
  
附图说明
图1是本发明应用于基本Boost电路的实施原理图；
图中，1是本发明一种适用于Boost变换器的无损缓冲电路；
图2是本发明应用于交错并联型Boost电路的实施原理图。
  
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
参见图1，基本Boost变换器，包括一个电感L1，一个输出二极管D1和一个功率开关管S1，功率开关管S1通常采用绝IGBT或MOSFET。其中电感L1的输入端连接输入电源Vin的正极，输出端接输出二极管D1的阳极，输出二极管D1的阴极接变换器输出端Vout的正极，在电感L1输出端和输出二极管D1阳极的连接节点上接功率开关管的集电极（功率开关管若采用MOSFET管则为漏极），功率开关管的发射极（功率开关若采用MOSFET管则为源极）接变换器输出端Vout的负极，也即是接地。
为了有效降低Boost变换器中功率开关管的关断损耗，且不影响原变换器的性能，本发明公开了一种适用于Boost变换器的无损缓冲电路（如图1中的方框1所示），包含一个辅助电感La，一个辅助功率开关Sa，两个辅助二极管Da、Da1以及一个辅助电容Ca1；所述辅助功率开关Sa为IGBT；
其电路连接关系为：辅助电感La的一端与基本Boost变换器输入电源Vin的正极相连，另一端与第一辅助二极管Da的阳极相连，连接节点记为节点a；
第一辅助二极管Da的阴极与第二辅助二极管Da1的阳极相连，连接节点记为节点b，第二辅助二极管Da的阴极与基本Boost变换器输出端Vout的正极相连；
辅助电容Ca1的正极连接于节点b，辅助电容Ca1的负极与功率开关管S1的集电极相连并通过电感L1连接到基本Boost变换器输入电源Vin的正极；
辅助功率开关Sa，其具有栅极、集电极和源极，其栅极与控制器控制信号Ga相连接，其集电极与节点a相连接，其发射极接地。
根据开关管导通状态的不同，图1所示电路有3种工作状态：
（1）控制功率开关管S1导通，辅助功率开关Sa导通，此时输入电源Vin通过功率开关管S1向电感L1充电，同时输入电源Vin通过辅助功率开关Sa向辅助电感La充电；输出二极管D1和地第二辅助二极管Da1均关断。
（2）控制器控制功率开关管S1导通，辅助功率开关Sa关断，此时输入电源Vin通过功率开关管S1向电感L1充电，辅助电感La通过第一辅助二极管Da和功率开关管S1向辅助电容Ca1充电；由于辅助电容Ca1容值设定较小，因此其两端电压将会很快上升到输出电压uo，此时第二辅助二极管Da1导通，辅助电感La中剩余的能量将通过辅助二极管Da和Da1传输到输出滤波电容Co和负载上。上述过程必须在功率开关管S1关断之前结束。在此过程中，辅助功率开关Sa和输出二极管D1均关断。
（3）控制器控制功率开关管S1关断，辅助功率开关Sa关断，在功率开关管S1关断时，由于辅助电容Ca1的电压被箝位在输出电压uo，所以功率开关管S1的端电压被箝位在0V。当功率开关管S1关断后，电感L1上的电流必须首先经过辅助电容Ca1和第二辅助二极管Da1向输出滤波电容Co和负载供电，直到辅助电容Ca1上的能量完全放完后，第二辅助二极管Da1截止，输出二极管D1导通，电感L1上的电流经输出二极管D1向输出滤波电容C0和负载供电。显然在此过程中功率开关管S1实现了零电压关断，且辅助电容Ca1上存储的能量完全输送到了输出端Vout，实现了无损缓冲。
进一步地，如图2所示，所述的基本Boost变换器可以替换为多相交错并联型Boost变换器，多相交错并联型Boost变换器的交错并联相数为n，n为自然数，n的取值范围为n≥2；与交错并联相数为n的多相交错并联型Boost变换器相匹配的无损缓冲电路的辅助二极管以及辅助电容的数量均为n，例如当n为自然数3时，适用于Boost变换器的无损缓冲电路则包括三个辅助二极管Da1、Da2和Da3，三个辅助电容Ca1、Ca2和Ca3。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种适用于Boost变换器的无损缓冲电路，其特征在于，包含辅助电感La，辅助功率开关Sa，两个辅助二极管Da、Da1以及辅助电容Ca1；所述辅助功率开关Sa为绝缘栅双极型晶体管；
其电路连接关系为：辅助电感La的一端与基本Boost变换器输入电源Vin的正极相连，另一端与第一辅助二极管Da的阳极相连，连接节点记为节点a；
第一辅助二极管Da的阴极与第二辅助二极管Da1的阳极相连，连接节点记为节点b，第二辅助二极管Da的阴极与基本Boost变换器输出端Vout的正极相连；
辅助电容Ca1的正极连接于节点b，辅助电容Ca1的负极与功率开关管S1的集电极相连并通过电感L1连接到基本Boost变换器输入电源Vin的正极；
辅助功率开关Sa，其具有栅极、集电极和源极，其栅极与控制器控制信号Ga相连接，其集电极与节点a相连接，其发射极接地。
2.根据权利要求1所述适用于Boost变换器的无损缓冲电路，其特征在于，所述辅助二极管Da1以及辅助电容Ca1的数量均为n，n为自然数，n的取值范围为 n≥1；
n个相同的无损缓冲电路与n相交错并联型Boost变换器交错并联使用。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104113207A (zh) * 2014-07-02 2014-10-22 三峡大学 一种包括零电压关断辅助电路的交错并联Boost变换器
CN104113208A (zh) * 2014-07-02 2014-10-22 三峡大学 一种包括无损缓冲电路的交错并联Boost变换器
CN107086782A (zh) * 2017-05-27 2017-08-22 三峡大学 一种基于倍压单元的相数可调的高升压dc/dc变换器
WO2020011786A1 (en) 2018-07-12 2020-01-16 Berner Fachhochschule, Technik Und Informatik Dc-to-dc power converter
CN111478585A (zh) * 2019-01-23 2020-07-31 模拟设备国际无限公司 多相开关电容器电感器升压转换器技术
WO2023000425A1 (zh) * 2021-07-19 2023-01-26 光华临港工程应用技术研发(上海)有限公司 一种集成缓冲电路的碳化硅功率半导体模块装置
WO2023148134A1 (de) 2022-02-02 2023-08-10 Fronius International Gmbh Verlustarmer gleichspannungswandler und zugehöriges ansteuerungsverfahren

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110649810B (zh) 2019-08-15 2021-09-14 华为技术有限公司 一种直流-直流变换电路

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977754A (en) * 1999-02-01 1999-11-02 Astec International Limited Offset resonance zero volt switching boost converter
CN101136590A (zh) * 2006-08-31 2008-03-05 沃福森微电子有限公司 Dc-dc变换器电路以及包括该电路的方法和设备

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977754A (en) * 1999-02-01 1999-11-02 Astec International Limited Offset resonance zero volt switching boost converter
CN101136590A (zh) * 2006-08-31 2008-03-05 沃福森微电子有限公司 Dc-dc变换器电路以及包括该电路的方法和设备

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K.MARK SMITH，JR.等: "A Comparison of Voltage-Mode Soft-Switching Methods for PWM Convertters", 《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》, vol. 12, no. 2, 31 March 1997 (1997-03-31) *
何茂军等: "一种新型ZVT-PWM软开关BOOST变换器", 《通信电源技术》, no. 2, 30 June 2001 (2001-06-30) *
姚刚等: "一种新型的有源交错并联Boost软开关电路", 《中国电机工程学报》, vol. 25, no. 10, 31 May 2005 (2005-05-31) *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104113207A (zh) * 2014-07-02 2014-10-22 三峡大学 一种包括零电压关断辅助电路的交错并联Boost变换器
CN104113208A (zh) * 2014-07-02 2014-10-22 三峡大学 一种包括无损缓冲电路的交错并联Boost变换器
CN104113208B (zh) * 2014-07-02 2017-02-01 三峡大学 一种包括无损缓冲电路的交错并联Boost变换器
CN107086782A (zh) * 2017-05-27 2017-08-22 三峡大学 一种基于倍压单元的相数可调的高升压dc/dc变换器
CN107086782B (zh) * 2017-05-27 2020-06-09 三峡大学 一种基于倍压单元的相数可调的高升压dc/dc变换器
WO2020011786A1 (en) 2018-07-12 2020-01-16 Berner Fachhochschule, Technik Und Informatik Dc-to-dc power converter
CN111478585A (zh) * 2019-01-23 2020-07-31 模拟设备国际无限公司 多相开关电容器电感器升压转换器技术
WO2023000425A1 (zh) * 2021-07-19 2023-01-26 光华临港工程应用技术研发(上海)有限公司 一种集成缓冲电路的碳化硅功率半导体模块装置
WO2023148134A1 (de) 2022-02-02 2023-08-10 Fronius International Gmbh Verlustarmer gleichspannungswandler und zugehöriges ansteuerungsverfahren

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