CN103117645A - Ld网络降压变换器 - Google Patents

Ld网络降压变换器 Download PDF

Info

Publication number
CN103117645A
CN103117645A CN2013100278756A CN201310027875A CN103117645A CN 103117645 A CN103117645 A CN 103117645A CN 2013100278756 A CN2013100278756 A CN 2013100278756A CN 201310027875 A CN201310027875 A CN 201310027875A CN 103117645 A CN103117645 A CN 103117645A
Authority
CN
China
Prior art keywords
inductance
network
power
power diode
buck converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013100278756A
Other languages
English (en)
Inventor
汤雨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN2013100278756A priority Critical patent/CN103117645A/zh
Publication of CN103117645A publication Critical patent/CN103117645A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明涉及LD网络降压变换器，属于电力电子变换器的技术领域。所述LD网络降压变换器包括功率开关管、X型无源网络、输出滤波电容。X型无源网络包括两组串联的电感和功率二极管，两个功率二极管呈X型放置。当功率开关开通时，电源向负载传递能量，X型无源网络中电感电压为输入电压与输出电压差值的一半，当功率开关关断时，电感通过功率二极管续流。所述LD网络降压变换器选用的电感电流小、感值小、体积小，从而减轻了降压变换器的体积和重量，同时运用大占空比的功率开关管实现高转换效率的降压变换。

Description

LD网络降压变换器
技术领域
本发明涉及LD网络降压变换器，属于电力电子变换器的技术领域。
背景技术
LD网络是一种由二极管和电感组成的用于传输电能的X型网络。
降压变换器广泛应用于工业领域，如通信电源、电池充放电管理器、新能源发电、CPU供电电源等场合。传统的降压变换器电路拓扑为Buck电路。
Buck电路结构简单，应用广泛，但也存在如下一些缺陷：（1）降压比跟功率开管占空比成正比，当需要较大的降压比场合，工作占空比很小，因此能量传输模式所占的时间小，导致效率降低；（2）所需的滤波电感大，电感上流过全部的负载电流，电感电流值为负载电流值，同时由于工作占空比小，续流时间长，导致电感电流纹波大，因此电感的体积重量大；（3）功率二极管电压应力较高，为电源电压，需选用较高电压应力的功率二极管，因此功率二极管的通态压降较高，导致续流阶段的损耗大，影响了变换器效率；（4)功率开管和功率二极管导通时流过全部的电感电流，即流过负载电流，其通态损耗大，效率低；（5）由于工作占空比较小，输入电流纹波大，需要选用较大的输入滤波电容，增加了系统的体积重量和成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了LD网络降压变换器。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
LD网络降压变换器，包括：功率开关管、X型无源网络、输出滤波电容；所述X型无源网络包括：第一电感、第二电感、第一功率二极管、第二功率二极管；
其中，所述功率开关管阳极接直流电压源的正极，所述功率开关管的阴极、第一电感的一端分别与第一功率二极管的阴极连接，所述第二电感的一端、第二功率二极管的阳极分别与直流电压源的负极连接，所述第一电感的另一端、第二功率二极管的阴极分别与输出滤波电容的正极连接，第二电感的另一端、第一功率二极管的阳极分别与输出滤波电容的负极连接。
所述LD网络降压变换器中，功率开关管为MOS管或者IGBT管。
所述LD网络降压变换器中，第一、第二电感为分立电感或者耦合电感。
LD网络降压变换器，包括：功率开关管、X型无源网络、输出滤波电容；所述X型无源网络包括：第一电感、第二电感、第一功率二极管、第二功率二极管；
其中：所述第一电感的一端、第一功率二极管的阴极分别与直流电压源的正极连接，所述功率开关管的阴极接直流电压源的负极，所述功率开关管的阴极、第二电感的一端分别与第二功率二极管的阳极连接，所述第一电感的另一端、第二功率二极管的阴极分别与输出滤波电容的正极连接，所述第二电感的另一端、第一功率二极管的阳极分别与输出滤波电容负极连接。
所述LD网络降压变换器中，功率开关管为MOS管或者IGBT管。
所述LD网络降压变换器中，第一。第二电感为分立电感或者耦合电感。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：本发明所述的LD网络降压变换器的整体变换效率高，体积重量小，实现成本低。
附图说明
图1为LD网络降压变换器具体实施例1的电路图。
图2为LD网络降压变换器具体实施例2的电路图。
图3和图4为LD网络降压变换器开关模态等效电路。
图5至图7为具体实施例所述LD网络降压变换器在输入电压Vi=100V，VC为10V，功率开关占空比D=0.2，负载R=2Ω时的实验波形。
图8至图10为输入电压Vi=100V，负载R=2Ω时Buck变换器的实验波形。
图中标号说明：Vi为直流电压源，S为功率开关管，L1为第一电感，L2为第二电感，D1为第一功率二极管，D2为第二功率二极管，C为输出滤波电容，R为负载，iL1、iL2分别为第一电感L1、第二电感L2中流过的电流，VC为输出滤波电容C上的电压。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
具体实施例1：如图1所示的LD降压变换器包括：功率开关管S、X型无源网络、输出滤波电容C。X型无源网络包括：第一电感L1、第二电感L2、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2。
功率开关管S的阳极接直流电压源Vi的正极，功率开关管S的阴极、第一电感L1的一端分别与第一功率二极管D1的阴极连接，第二电感L2的一端、第二功率二极管D2的阳极分别与直流电压源Vi的负极连接，第一电感L1的另一端、第二功率二极管D2的阴极分别与输出滤波电容C的正极连接，第二电感L2的另一端、第一功率二极管D1的阳极分别与输出滤波电容C的负极连接。
具体实施例2：如图2所示的LD降压变换器包括：功率开关管S、X型无源网络、输出滤波电容C。X型无源网络包括：第一电感L1、第二电感L2、第一功率二极管D1、第二功率二极管D2。
第一电感L1的一端、第一功率二极管D2的阴极分别与直流电压源Vi的正极连接。功率开关管S的阴极接直流电压源Vi的负极，功率开关管S的阴极、第二电感L2的一端分别与第二功率二极管D2的阳极连接。第一电感L1的另一端、第二功率二极管D2的阴极分别与输出滤波电容C的正极连接。第二电感L2的另一端、第一功率二极管D1的阳极分别与输出滤波电容C的负极连接。功率开关管的阴极与直流电压源共地，简化了驱动电路的设计，
上述具体实施例中：功率开关管S由MOS管和功率二极管组成，MOS管漏极接功率二极管阴极，MOS管源极接功率二极管阳极；开关管S还可以由IGBT管和功率二极管组成。IGBT管发射极接功率二极管阳极，IGBT管集电极接功率二极管阴极；第一电感L1、第二电感L2为均为分立电感或者耦合电感。
具体实施例1的工作模态如图3和图4所示所示。
当功率开关管S开通时，直流电压源Vi向负载传递能量，此时的工作模态图如图3所示。X型无源网络中第一电感电压uL1、第二电感电压uL2为输入电压Vi与输出电压（即为输出滤波电容上电压VC）差值的一半，此时电感电压如式（1）所示：
u L 1 = u L 2 = V i - V C 2 - - - ( 1 ) ;
当功率开关管S关断时，电感电流通过功率二极管续流，同时向负载提供能量，此时的工作模态图如图4所示，电感电压如式（2）所示：
uL1=uL2=-VC    （2）；
功率开关管占空比为D，则根据电感电压的伏秒平衡，可得式（3）：
V C V i = D 2 - D - - - ( 3 ) ;
因此，该电路具有高降压比。
图5至图7为具体实施例1的实验波形图，图中为输入电压Vi=100V，VC为10V，功率开关占空比D=0.2，负载R=2Ω时功率二极管电压VD、第一电感电流iL1以及输出滤波电容电压VC的波形。从图中可以看到功率二极管电压应力为55V，第一电感电流iL1的波形在2.7A至3.0A之间波动，VC大约为10V。图8至图10为输入电压Vi=100V，负载R=2Ω时，Buck变换器功率二极管电压、电感电流、输出滤波电容电压的波形，功率开关管占空比为0.11，从图中可以看到功率二极管电压应力为100V，电感电流的波形在4.9A至5.3A之间波动。
与Buck变换器相比，本发明所示的LD网络降压变换器具有如下优点：
（1）LD网络降压变换器功率开关占空比比Buck变换器大，因此能量传输模式所占的时间大，效率高；
（2）所需的滤波电感小，电感上仅流过部分的负载电流，电感电流值小于负载电流值，同时由于工作占空比大，续流时间短，电感电流纹波小，因此电感的体积重量相比Buck变换器小；
（3）功率二极管电压应力为55V，Buck电路中功率二极管电压应力为100V，只需选用较低电压应力的功率二极管，因此功率二极管的通态压降小，续流阶段的损耗小，变换器效率高；
（4）功率开管和功率二极管导通时流过的电流小，其通态损耗小，效率高；
（5）由于工作占空大，输入电流纹波小，可选用较小的输入滤波电容，减小了系统的体积重量和成本。

Claims (6)

1.LD网络降压变换器，其特征在于包括：功率开关管、X型无源网络、输出滤波电容；所述X型无源网络包括：第一电感、第二电感、第一功率二极管、第二功率二极管；
其中，所述功率开关管阳极接直流电压源的正极，所述功率开关管的阴极、第一电感的一端分别与第一功率二极管的阴极连接，所述第二电感的一端、第二功率二极管的阳极分别与直流电压源的负极连接，所述第一电感的另一端、第二功率二极管的阴极分别与输出滤波电容的正极连接，第二电感的另一端、第一功率二极管的阳极分别与输出滤波电容的负极连接。
2.根据权利要求1所述的LD网络降压变换器，其特征在于所述功率开关管为MOS管或者IGBT管。
3.根据权利要求1或2所述的LD网络降压变换器，其特征在于所述第一、第二电感为分立电感或者耦合电感。
4.LD网络降压变换器，其特征在于包括：功率开关管、X型无源网络、输出滤波电容；所述X型无源网络包括：第一电感、第二电感、第一功率二极管、第二功率二极管；
       其中：所述第一电感的一端、第一功率二极管的阴极分别与直流电压源的正极连接，所述功率开关管的阴极接直流电压源的负极，所述功率开关管的阴极、第二电感的一端分别与第二功率二极管的阳极连接，所述第一电感的另一端、第二功率二极管的阴极分别与输出滤波电容的正极连接，所述第二电感的另一端、第一功率二极管的阳极分别与输出滤波电容负极连接。
5.根据权利要求4所述的LD网络降压变换器，其特征在于所述功率开关管为MOS管或者IGBT管。
6.根据权利要求4或5所述的LD网络降压变换器，其特征在于所述第一、第二电感为分立电感或者耦合电感。
CN2013100278756A 2013-01-24 2013-01-24 Ld网络降压变换器 Pending CN103117645A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100278756A CN103117645A (zh) 2013-01-24 2013-01-24 Ld网络降压变换器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100278756A CN103117645A (zh) 2013-01-24 2013-01-24 Ld网络降压变换器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103117645A true CN103117645A (zh) 2013-05-22

Family

ID=48415938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013100278756A Pending CN103117645A (zh) 2013-01-24 2013-01-24 Ld网络降压变换器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103117645A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106300970A (zh) * 2015-06-02 2017-01-04 光宝科技股份有限公司 降压转换器及降压转换装置
CN110535340A (zh) * 2019-08-29 2019-12-03 厦门理工学院 一种变结构的宽输入降压电路及装置
CN110880868A (zh) * 2019-11-26 2020-03-13 上海申传电气股份有限公司 一种新型宽增益二次型降压变换器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5636114A (en) * 1995-11-30 1997-06-03 Electronic Measurements, Inc. Lossless snubber circuit for use in power converters
CN1588776A (zh) * 2004-09-17 2005-03-02 浙江大学 单/三相阻抗源升/降电压交/交变换器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5636114A (en) * 1995-11-30 1997-06-03 Electronic Measurements, Inc. Lossless snubber circuit for use in power converters
CN1588776A (zh) * 2004-09-17 2005-03-02 浙江大学 单/三相阻抗源升/降电压交/交变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AXELROD, B. ET AL.: "Switched-Capacitor/Switched-Inductor Structures for Getting Transformerless Hybrid DC–DC PWM Converters", 《IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS I: REGULAR PAPERS》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106300970A (zh) * 2015-06-02 2017-01-04 光宝科技股份有限公司 降压转换器及降压转换装置
CN110535340A (zh) * 2019-08-29 2019-12-03 厦门理工学院 一种变结构的宽输入降压电路及装置
CN110880868A (zh) * 2019-11-26 2020-03-13 上海申传电气股份有限公司 一种新型宽增益二次型降压变换器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101714815B (zh) 耦合电感实现高增益倍压升压型变换器
CN101895223B (zh) 双Cuk升降压输出并联型逆变器
CN103095134A (zh) 一种有源网络升压变换器
CN103490628B (zh) 一种单相高增益升压变换器
CN103457506B (zh) 一种宽输入单级双向升降压逆变器
CN103490622B (zh) 一种单开关高增益升压变换器
CN104506039A (zh) 一种双向隔离直流-直流变换器
CN102684482A (zh) 一种单开关高增益直流升压型变换器
CN104734547A (zh) 一种升压单元z源逆变器
CN105391287A (zh) 基于双耦合电感和单开关的零输入电流纹波高增益变换器
CN105515377A (zh) 一种基于耦合电感和倍压电容的软开关高增益直流变换器
CN102497106A (zh) 一种单端正激功率变换器
CN103391001B (zh) 用于光伏逆变器mppt环节的高增益dc/dc变换器
CN102594134A (zh) 单开关高增益boost变换器
CN103560666A (zh) 具有低纹波的四开关升降压变换器及其控制方法
CN102510215A (zh) 一种三电平双向直流变换器及其脉冲宽度控制方法
CN105245105A (zh) 并串转换单管控制高增益直流升压变换电路
CN104104252A (zh) 单级可升降压双Boost逆变器及其控制方法
CN101355305B (zh) 多功能有源箝位变结构型双管正反激直流变流器
CN105490523A (zh) 一种开关准z源型升压变换器
CN102751876A (zh) 一种隔离型基于三端口功率变换器的新能源供电设备
CN106452077B (zh) 带开关电感电容的高升压直流变换器
CN103887987A (zh) 一种基于开关电容的多重倍压高增益高频整流隔离变换器
CN105720826A (zh) 混合桥式倍压整流输出并联单级逆变器
CN103066841A (zh) 一种基于电荷泵电容的倍压型直流变换器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C05 Deemed withdrawal (patent law before 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130522