CN103337973B - 一种boost-buck-boost无桥变换器 - Google Patents

一种boost-buck-boost无桥变换器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种BOOST-BUCK-BOOST无桥变换器，包括输入交流电源、第一开关管、第二开关管、电感、第一二极管、第二二极管、第三二极管、电容和负载，所述第一开关管的源极分别与第二二极管的阳极、输入交流电源的一端连接，第一开关管的漏极分别与负载的一端、电容的一端、电感的一端、第二开关管的漏极连接，电感的另一端分别与第二二极管的阴极、第一二极管的阴极连接，第三二极管的阳极分别与负载的另一端、电容的另一端连接，第三二极管的阴极分别与第二开关管的源极、第一二极管的阳极、输入交流电源的另一端连接。本发明结构简单，效率高，控制电路容易实现，功率密度高，电路可靠性高，成本低。

Description

一种BOOST-BUCK-BOOST无桥变换器
技术领域
本发明涉及AC/DC变换器领域，具体涉及一种BOOST-BUCK-BOOST无桥变换器。
背景技术
目前常用的AC/DC变换器主要有单级结构和两级结构两大类，其中单级结构通常为无桥AC/DC变换器，两级结构一般由二极管整流电路和DC/DC变换器构成。现有的无桥AC/DC变换器存在共模电流大和电磁干扰强的缺陷，而两级结构变换器效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种BOOST-BUCK-BOOST无桥变换器。
本发明采用如下技术方案：
一种BOOST-BUCK-BOOST无桥变换器，包括输入交流电源、第一开关管S1、第二开关管S2、电感L、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、电容C和负载，所述第一开关管S1的源极分别与第二二极管D2的阳极、输入交流电源的一端连接，第一开关管S1的漏极分别与负载的一端、电容C的一端、电感L的一端、第二开关管S2的漏极连接，电感L的另一端分别与第二二极管D2的阴极、第一二极管D1的阴极连接，第三二极管D3的阳极分别与负载的另一端、电容C的另一端连接，第三二极管D3的阴极分别与第二开关管S2的源极、第一二极管D1的阳极、输入交流电源的另一端连接。
由所述第二开关管S2、电感L和第二二极管D2构成BOOST电路环节，由所述第一开关管S1、电感L和第一二极管D1构成BUCK-BOOST电路环节，由所述负载、电容C和第三二极管D3构成输出电路环节。
所述BUCK-BOOST电路环节和BOOST电路环节交替工作时，电感L的电流方向不变。
与现有技术相比，本发明具有的优势为：
将BOOST电路环节与BUCK-BOOST电路环节整合构成，且BUCK-BOOST电路环节和BOOST电路环节共用电感L，两种电路交替工作时流过电感L的电流方向不变，不仅减小了电路的体积，而且降低了电路中的di/dt，此外，本发明结构简单，效率高，控制电路容易实现，功率密度高，电路可靠性高，成本低。
附图说明
图1是本发明的一种BOOST-BUCK-BOOST无桥变换器结构图；
图2是本发明实施例在电感电流断续模式下输入电压一个周期内输入电流iin和电感电流iL的波形图；
图3是本发明实施例在电感电流连续模式下输入电压一个周期内输入电流iin和电感电流iL的波形图；
图4a～图4e分别是本发明的工作过程图，其中图4a为开关管S2导通，开关管S1关断时的等效电路图；图4b为开关管S1和开关管S2均关断且二极管D2导通，二极管D1断开时的等效电路图；图4c为所有半导体器件均关断时的等效电路图；图4d为开关管S1导通，开关管S2关断时的等效电路图；图4e为开关管S1和开关管S2均关断且二极管D1导通，二极管D2断开时的等效电路图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种BOOST-BUCK-BOOST无桥变换器，包括BOOST电路环节、BUCK-BOOST电路环节和输出电路环节。所述BOOST电路环节由第二开关管S2、电感L和第二二极管D2构成，所述BUCK-BOOST电路环节由第一开关管S1、电感L和第一二极管D1构成，所述输出电路环节由负载、电容C和第三二极管D3构成。
在输入电压正半周，电路工作于BOOST模式，在输入电压负半周，电路工作于BUCK-BOOST模式，BUCK-BOOST电路环节和BOOST电路环节共用电感L，且两种电路交替工作时流过电感L的电流方向不变，降低了电路中的di/dt。输出电路环节中的第三二极管D3用于阻断输入电压正半周电流反方向流入输出电路环节。
具体电路连接：所述第一开关管S1的源极分别与第二二极管D2的阳极、输入交流电源的一端连接，第一开关管S1的漏极分别与负载的一端、电容C的一端、电感L的一端、第二开关管S2的漏极连接，电感L的另一端分别与第二二极管D2的阴极、第一二极管D1的阴极连接，第三二极管D3的阳极分别与负载的另一端、电容C的另一端连接，第三二极管D3的阴极分别与第二开关管S2的源极、第一二极管D1的阳极、输入交流电源的另一端连接。
本发明分别工作在电感电流断续模式和电感电流连续模式，所述图4a～图4e中实现部分表示处于工作状态的部分，实线电路图表示工作时候的等效电路图，具体过程如下：
（1）电感电流断续模式：
首先考虑变换器工作在输入电压正半周的情况；
在输入电压正半周，第一开关管S1一直关闭，第一二极管D1一直承受反向电压截止，第二开关管S2、第二二极管D2和第三二极管D3工作，此时电路工作于BOOST模式，如图4a、图4b、图4c所示。
当第二开关管S2导通时，变换器等效电路图如图4a所示。此时，电源给电感L充电，电感L中电流开始上升，输出电路环节被短路，电容C向负载释放能量。当第二开关管S2断开时，变换器等效电路图如图4b所示。此时，电源和电感同时向负载供电，并给电容C充电，电容C储能，电感中电流开始下降。当电感中电流下降到零时，变换器等效电路图如图4c所示，此时所有半导体器件均不工作，电容C向负载释放能量。
此过程中输入电流iin和电感电流iL的波形图如图2中时间段所示。
当变换器工作在输入电压负半周时；
在输入电压负半周，第二开关管S2一直关闭，第二二极管D2一直承受反向电压截止，第一开关管S1、第一二极管D1和第三二极管D3工作，此时电路工作于BUCK-BOOST模式，如图4d、图4e、图4c所示。
当第一开关管S1导通时，变换器等效电路图如图4d所示。此时，电源给电感L充电，电感L中电流开始上升，输出电路环节被短路，电容C向负载释放能量，第三二极管D3阻碍电流反方向流入输出电路环节。当第一开关管S1断开时，变换器等效电路图如图4e所示。此时，电感通过第一二极管D1续流，同时向负载供电并给电容C充电，电容C储能，电感中电流开始下降。当电感中电流下降到零时，变换器等效电路图如图4c所示，此时所有半导体器件均不工作，电容C向负载释放能量。
此过程中输入电流iin和电感电流iL的波形图如图2中时间段所示。
（2）变换器工作在电感电流连续模式；
变压器工作在输入电压正半周时：第一开关管S1一直关闭，第一二极管D1一直承受反向电压截止，第二开关管S2、第二二极管D2和第三二极管D3工作，此时电路工作于BOOST模式，如图4a、图4b所示。
当第二开关管S2导通时，变换器等效电路图如图4a所示。此时，电源给电感充电，电感中电流开始上升，输出电路环节被短路，电容C向负载释放能量。当第二开关管S2断开时，变换器等效电路图如图4b所示。此时，电源和电感同时向负载供电，并给电容C充电，电容C储能，电感中电流开始下降。
此过程中输入电流iin和电感电流iL的波形图如图3中时间段所示。
变压器工作在输入电压负半周时：
第二开关管S2一直关闭，第二二极管D2一直承受反向电压截止。第一开关管S1、第一二极管D1和第三二极管D3工作，此时电路工作于BUCK-BOOST模式，如图4d、图4e所示。
当第一开关管S1导通时，变换器等效电路图如图4d所示。此时，电源给电感充电，电感中电流开始上升，输出电路环节被短路，电容C向负载释放能量，第三二极管D3阻碍电流反方向流入输出电路环节。当第一开关管S1断开时，变换器等效电路图如图4e所示。此时，电感通过第一二极管D1续流，同时向负载供电并给电容C充电，电容C储能，电感中电流开始下降。
此过程中输入电流iin和电感电流iL的波形图如图3中时间段所示。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种BOOST-BUCK-BOOST无桥变换器，其特征在于，包括输入交流电源、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、电感(L)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、电容(C)和负载，所述第一开关管(S1)的源极分别与第二二极管(D2)的阳极、输入交流电源的一端连接，第一开关管(S1)的漏极分别与负载的一端、电容(C)的一端、电感(L)的一端、第二开关管(S2)的漏极连接，电感(L)的另一端分别与第二二极管(D2)的阴极、第一二极管(D1)的阴极连接，第三二极管(D3)的阳极分别与负载的另一端、电容(C)的另一端连接，第三二极管(D3)的阴极分别与第二开关管(S2)的源极、第一二极管(D1)的阳极、输入交流电源的另一端连接；
由所述第二开关管(S2)、电感(L)和第二二极管(D2)构成BOOST电路环节，由所述第一开关管(S1)、电感(L)和第一二极管(D1)构成BUCK-BOOST电路环节，由所述负载、电容(C)和第三二极管(D3)构成输出电路环节；
所述BUCK-BOOST电路环节和BOOST电路环节交替工作时，电感(L)的电流方向不变；
所述输出电路环节中的第三二极管(D3)用于阻断输入电压正半周电流反方向流入输出电路环节。
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