CN110224601B - 一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器及其工作方法 - Google Patents

一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器及其工作方法，包括Boost升压单元、辅助升压单元、倍压单元和低纹波单元，Boost升压单元包括一次绕组、第一开关管、第二开关管和串联连接的第四电容与第五电容，电源的正极连接第一绕组的异名端，一次绕组的同名端分别连接第一开关管的漏极和第二开关管的源极，第一开关管的源极和第二开关管的漏极分别接在第五电容的两端，电源的负极与第一开关管的源极建立连接；本申请解决了现有技术中Boost变换器效率低的问题。

Description

一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器及其工作 方法
技术领域
本发明属于电力电子变换器领域，特别是涉及一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器的工作方法。
背景技术
太阳能、风能等清洁能源已经成为重要的新能源。光伏组件的输出电压一般不超过50V，为实现光伏能源的并网，需要将光伏组件的输出电压升压到380～400V的直流母线电压。因此，高增益、高效率DC-DC变换器越来越受到国内外研究学者的关注。
国内外研究学者所提出的高增益Boost变换器主要可分为：1)级联型Boost变换器，将前级变换器的输出作为后级变换器的输入，使电压增益呈阶梯式上升，总电压增益为各级增益之积。但是该类变换器具有所用元器件数目较多、效率较低、控制复杂、后级变换器电压应力过高等问题；2)基于开关电容的高增益Boost变换器，开关电容电路的升压增益有限，为获得更高增的益效果，需要使用多个开关电容单元，增加了变换器的复杂度和成本，且在电容充放电模态转换时，会引起较大的电流尖峰，一般只应用于小功率场合。3)基于耦合电感的高增益Boost变换器，通过设计耦合电感匝比使变换器获得高增益，具有易于实现高增益、结构简单等优势。但是为了获得更高的增益，需要较大的耦合电感匝比，导致该类变换器具有较大的输入电流纹波。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器的工作方法，用于解决现有技术中Boost变换器输入电流纹波高、电压应力高、效率低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器，包括Boost升压单元、辅助升压单元、倍压单元和低纹波单元；
所述Boost升压单元包括一次绕组LH1、第一开关管S1、第二开关管S2和串联连接的第四电容C4与第五电容C5，电源的正极连接第一绕组的异名端，一次绕组LH1的同名端分别连接第一开关管S1的漏极和第二开关管S2的源极，第一开关管S1的源极和第二开关管S2的漏极分别接在第五电容C5的两端，电源的负极与第一开关管S1的源极建立连接，所述辅助升压单元的输入端连接一次绕组LH1的同名端，辅助升压单元的输出端并接在第四电容C4两端，所述第一开关管S1两端并接有第一开关二极管Ds1和第一开关电容Cs1，第二开关管S2两端并接有第二开关二极管Ds2和第二开关电容Cs2；
所述倍压单元包括二次绕组LH2，二次绕组LH2的两端并接有第一倍压桥臂和第二倍压桥臂；
所述低纹波单元包括三次绕组LH3；
所述一次绕组LH1的匝数为n1，二次绕组LH2的匝数为n2，三次绕组LH3的匝数为n3，匝比为：N1＝n2∶n1，N2＝n3：n1；
所述第四电容C4通过倍压单元连接负载的一端，负载的另一端连接第五电容C5的负极端，所述低纹波单元并接在电源的两端。
进一步的，所述第一倍压桥臂和第二倍压桥臂结构相同，第一倍压桥臂包括串联的第一二极管D1和第三电容C3，第二倍压桥臂包括串联的第二二极管D2和第二电容C2。
如图所示，本实施例的低纹波单元包括串联连接的第六电容C6和第一电感L1，第六电容C6的正极与电源的正极连接，第一电感L1连接二次绕组LH2的异名端，二次绕组LH2的同名端与电源的负极连接。
如图所示，本实施例的辅助升压单元包括串联连接的第一电容C1、第二电感L2和由第三二极管D3和第四二极管D4构成的箝位电路，第一电容C1的负极连接一次绕组LH1的同名端，箝位电路的两端并接在第四电容C4两侧。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器的工作方法，将三绕组耦合电感等效为一、二、三次绕组匝数比为N1＝n2∶n1，N2＝n3：n1的理想变压器和励磁电感LM并联后再和漏感Lk串联；
包括以下工作模态：
工作模态1[t0～t1]：在t0时刻触发第一开关管，则第一开关管实现零电压导通，在此模态中，第一开关管S1、第一二极管D1、第四二极管导通D4，第二开关管S2、第二二极管D2、第三二极管关断D3、第一开关二极管Ds1和第二开关二极管Ds2关断，一次绕组LH1流出的电流iLk、流经励磁电感LM的电流iLm和流经第一二极管D1的电流iD1线性上升，流经第一电感L1的电流iL1和流经第二电感L2的电流iL2线性下降，电流iL1下降斜率与iLk上升斜率相等，t1时刻，电感电流iL2降为0，第四二极管D4实现零电流关断；
工作模态2[t1～t2]：t1时刻，第三二极管D3导通，电流iLk、iLm、iD1线性上升，电流iL1线性下降，电感电流iL1下降斜率与iLk上升斜率相等，所述电流iLk、iLm、iD1线性上升的斜率等于工作模态1时电流iLk、iLm、iD1上升的斜率，电感电流iL1下降斜率等于工作模态1时电流iL1下降的斜率，电感电流iL2从零开始线性下降，所述电感电流iL2下降斜率小于模态1时电感电流iL2下降斜率，所述t2时刻，关断第一开关管S1；
模态3[t2～t3]：t2时刻，关断第一开关管S1，t3时刻，电流is1降为0；
模态4[t3～t4]：t3时刻，流经第一开关管S1的电流is1降至0，第一开关电容CS1和第二开关电容Cs2完成充放电，第二开关二极管Ds2导通，在此模态中，第一开关管S1两端电压被钳位至VC5，漏感Lk储存的能量开始向第一电容C1和电感L2释放，电流iLm线性上升，电流iLm线性上升的斜率等于工作模态1时电流iLm上升的斜率，电流iL1线性下降，电流iL1下降斜率等于工作模态1时电流iL1下降的斜率，电流iLk、iD1线性下降，电流iL2线性上升，t4时刻，触发第二开关管S2，第二开关管S2实现零电压导通，同时电流iD1降为0；
模态5[t4～t5]：t4时刻，第二开关管S2、第二二极管D2导通，在此模态中，电流iLk、iLm线性下降，电流iL1、iL2、iD2线性上升，电流iL2线性上升的斜率与工作模态4时电流iL2线性上升的斜率相同，电流iLk下降斜率与iL1上升斜率相等，t5时刻，电流iL2上升至0，第三二极管D3实现零电流关断；
模态6[t5～t6]：t5时刻，第四二极管D4导通，电流iLk、iLm线性下降，电流iL1、iD2线性上升，电流iLk、iLm线性下降的斜率与模态5时电流iLk、iLm线性下降的斜率相同，电流iL1、iD2线性上升的斜率与工作模态5时电流iL1、iD2线性上升的斜率相同，电感电流iL2从零开始线性上升，电流iL2上升的斜率小于模态5时电流iL2上升的斜率，t6时刻，关断第二开关管S2；
模态7[t6～t7]：t6时刻，关断第二开关管S2，t7时刻，电流is2降为0；
模态8[t7～t8]：t7时刻，电流is2降至0，第二开关电容Cs2和第一开关电容Cs1完成充放电，在此模态中，电流iLm线性下降，电流iLm线性下降的斜率与模态5时电流iLm线性下降的斜率相同，电流iL1线性上升，电流iL1线性上升的斜率与工作模态5时电流iL1线性上升的斜率相同，电流iLk线性上升，电流iD2、iL2线性下降，t8时刻，触发第一开关管S1，第一开关管实现零电压导通，同时电流iD2降为0，第二二极管实现零电流关断，模态8结束，变换器进入下一个开关周期。
进一步的，工作模态1中，电流iL1下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000031
式中，Vin为电源的输入电压，VC3为第三电容C3两端的电压；
电流iL2下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000041
式中，VC1、VC4和VC5分别为第一电容C1、第四电容C4和第五电容C5两端的电压；电流iLm上升的斜率为：
Figure BDA0002127584040000042
电流iD1为：
Figure BDA0002127584040000043
进一步的，工作模态2的电流iL2下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000044
进一步的，工作模态4的电流iLk下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000045
电流iL2线性上升的斜率为：
Figure BDA0002127584040000046
进一步的，工作模态5时电流iL1线性上升的斜率为：
Figure BDA0002127584040000047
电流iLm线性下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000048
电流iD2为：
Figure BDA0002127584040000049
进一步的，工作模态8时电流iLk线性上升的斜率为：
Figure BDA0002127584040000051
电流iL2线性下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000052
如上所述，本发明提供一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器及其控制方法，使三绕组耦合电感在整个周期内均参与能量传输，提高了磁芯利用效率；通过倍压单元能使变换器在低占空比下获得高增益，减小开关管的电压应力；通过低纹波单元有效降低了变换器的输入电流纹波，因此可以选取低电压等级和低导通电阻的开关器件来提高变换器的效率，并且在其工作周期内，所有第一开关管和第二开关管均实现零电压导通，所有二极管均实现零电流关断，进一步提高了变换器的效率。
附图说明
图1为本发明一具体实施例的电路原理图；
图2为本发明一具体实施例的等效电路原理图；
图3为本发明一具体实施例的变换器稳定工作时主要工作波形图；
图4为本发明一具体实施例的工作模态1示意图；
图5为本发明一具体实施例的工作模态2示意图；
图6为本发明一具体实施例的工作模态3示意图；
图7为本发明一具体实施例的工作模态4示意图；
图8为本发明一具体实施例的工作模态5示意图；
图9为本发明一具体实施例的工作模态6示意图；
图10为本发明一具体实施例的工作模态7示意图；
图11为本发明一具体实施例的工作模态8示意图；
图12为现有对比例1的电路原理图；
图13为现有对比例2的电路原理图；
图14本发明实施例与对比例1和对比例2的电压增益波形对比图；
图15为本发明实施例与对比例1和对比例2取Vin＝40V，N＝2时的开关管电压应力对比图；
图16为本发明实施例与对比例1和对比例2的输入电流纹波对比。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例的为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器，包括Boost升压单元、辅助升压单元、倍压单元和低纹波单元；
所述Boost升压单元包括一次绕组LH1、第一开关管S1、第二开关管S2和串联连接的第四电容C4与第五电容C5，一次绕组LH1的同名端分别连接第一开关管S1的漏极和第二开关管S2的源极，第一开关管S1的源极和第二开关管S2的漏极分别接在第五电容C5的两端，电源的负极与第一开关管S1的源极建立连接，所述辅助升压单元的输入端连接一次绕组LH1的同名端，辅助升压单元的输出端并接在第四电容C4两端，所述第一开关管S1两端并接有第一开关二极管Ds1和第一开关电容Cs1，第二开关管S2两端并接有第二开关二极管Ds2和第二开关电容Cs2；
所述倍压单元包括二次绕组LH2，二次绕组LH2的两端并接有第一倍压桥臂和第二倍压桥臂；
所述低纹波单元包括三次绕组LH3；
所述第四电容C4通过倍压单元连接负载的一端，负载的另一端连接第五电容C5的负极端，所述低纹波单元并接在电源的两端。
进一步的，所述第一倍压桥臂和第二倍压桥臂结构相同，第一倍压桥臂包括串联的第一二极管D1和第三电容C3，第二倍压桥臂包括串联的第二二极管D2和第二电容C2。
所述低纹波单元包括串联连接的第六电容C6和第一电感L1，第六电容C6的正极与电源的正极连接，第一电感L1连接二次绕组LH2的异名端，二次绕组LH2的同名端与电源的负极连接。
进一步的，所述辅助升压单元包括串联连接的第一电容C1、第二电感L2和由第三二极管D3和第四二极管D4构成的箝位电路，第一电容C1的负极连接一次绕组LH1的同名端，箝位电路的两端并接在第四电容C4两侧。
所述一次绕组LH1的匝数为n1，二次绕组LH2的匝数为n2，三次绕组LH3的匝数为n3；
本发明提供一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器的工作方法，将三绕组耦合电感等效为一、二、三次绕组匝数比为N1＝n2∶n1，N2＝n3：n1的理想变压器和励磁电感LM并联后再和漏感Lk串联，如图2所示，励磁电感LM并接在一次绕组LH1的两端，电源的正极通过漏感Lk连接第一绕组的异名端。
包括以下工作模态：
如图4所示，工作模态1[t0～t1]：由于在t0时刻前二极管Ds1已经导通，将第一开关管S1两端电压钳位至零，在t0时刻触发第一开关管S1，则第一开关管实现零电压导通，在此模态中，第一开关管S1、第一二极管D1、第四二极管导通D4，第二开关管S2、第二二极管D2、第三二极管关断D3、第一开关二极管Ds1和第二开关二极管Ds2关断，一次绕组LH1流出的电流iLk、流经励磁电感LM的电流iLm和流经第一二极管D1的电流iD1线性上升，流经第一电感L1的电流iL1和流经第二电感L2的电流iL2线性下降，电流iL1下降斜率与iLk上升斜率相等，t1时刻，电感电流iL2降为0，第四二极管D4实现零电流关断；
本工作模态中，电流iL1下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000071
式中，Vin为电源的输入电压，VC3为第三电容C3两端的电压；
电流iL2下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000072
式中，VC1、VC4和VC5分别为第一电容C1、第四电容C4和第五电容C5两端的电压；
电流iLm上升的斜率为：
Figure BDA0002127584040000073
电流iD1为：
Figure BDA0002127584040000074
如图5所示，工作模态2[t1～t2]：t1时刻，第三二极管D3导通，电流iLk、iLm、iD1线性上升，电流iL1线性下降，电感电流iL1下降斜率与iLk上升斜率相等，所述电流iLk、iLm、iD1线性上升的斜率等于工作模态1时电流iLk、iLm、iD1上升的斜率，电感电流iL1下降斜率等于工作模态1时电流iL1下降的斜率，电感电流iL2从零开始线性下降，所述电感电流iL2下降斜率小于模态1时电感电流iL2下降斜率，所述t2时刻，关断第一开关管S1；
本工作模态的电流iL2下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000081
如图6所示，模态3[t2～t3]：t2时刻，关断第一开关管S1，电流iLk与电流iL2之差在给电容CS1充电的同时也抽走电容CS2上的电荷。由于此模态时间很短，模态2中的各电流可以认为基本不变，t3时刻，电流is1降为0；
如图7所示，模态4[t3～t4]：t3时刻，流经第一开关管S1的电流is1降至0，第一开关电容CS1和第二开关电容Cs2完成充放电，第二开关二极管Ds2导通，为开关管S2实现ZVS提供了条件，在此模态中，第一开关管S1两端电压被钳位至VC5，漏感Lk储存的能量开始向第一电容C1和电感L2释放，有效降低了开关管关断时漏感所引起的开关管电压尖峰，电流iLm线性上升，电流iLm线性上升的斜率等于工作模态1时电流iLm上升的斜率，电流iL1线性下降，电流iL1下降斜率等于工作模态1时电流iL1下降的斜率，电流iLk、iD1线性下降，电流iL2线性上升，由于此模态中电流iLk和iL1都线性下降，所以输入电流iin也线性下降，但是此模态时间很短，输入电流iin下降极少，t4时刻，触发第二开关管S2，由于二极管DS2已经导通，将第二开关管S2两端电压钳位至零，第二开关管S2实现零电压导通，同时电流iD1降为0；
工作模态4的电流iLk下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000082
电流iL2线性上升的斜率为：
Figure BDA0002127584040000083
如图8所示，模态5[t4～t5]：t4时刻，第二开关管S2、第二二极管D2导通，在此模态中，电流iLk、iLm线性下降，电流iL1、iL2、iD2线性上升，电流iL2线性上升的斜率与工作模态4时电流iL2线性上升的斜率相同，电流iLk下降斜率与iL1上升斜率相等，t5时刻，电流iL2上升至0，第三二极管D3实现零电流关断；
本工作模态时的电流iL1线性上升的斜率为：
Figure BDA0002127584040000091
电流iLm线性下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000092
电流iD2为：
Figure BDA0002127584040000093
如图9所示，模态6[t5～t6]：t5时刻，第四二极管D4导通，电流iLk、iLm线性下降，电流iL1、iD2线性上升，电流iLk、iLm线性下降的斜率与模态5时电流iLk、iLm线性下降的斜率相同，电流iL1、iD2线性上升的斜率与工作模态5时电流iL1、iD2线性上升的斜率相同，电感电流iL2从零开始线性上升，电流iL2上升的斜率小于模态5时电流iL2上升的斜率，t6时刻，关断第二开关管S2；
本模态的电流iL2上升概率为：
Figure BDA0002127584040000094
如图10所示，模态7[t6～t7]：t6时刻，关断第二开关管S2，t7时刻，电流is2降为0；
如图11所示，模态8[t7～t8]：t7时刻，电流is2降至0，第二开关电容Cs2和第一开关电容Cs1完成充放电，在此模态中，电流iLm线性下降，电流iLm线性下降的斜率与模态5时电流iLm线性下降的斜率相同，电流iL1线性上升，电流iL1线性上升的斜率与工作模态5时电流iL1线性上升的斜率相同，电流iLk线性上升，电流iD2、iL2线性下降，t8时刻，触发第一开关管S1，第一开关管实现零电压导通，同时电流iD2降为0，第二二极管实现零电流关断，模态8结束，变换器进入下一个开关周期。
本工作模态时的电流iLk线性上升的斜率为：
Figure BDA0002127584040000095
电流iL2线性下降的斜率为：
Figure BDA0002127584040000101
本实施例的变换器输出电压为Boost升压单元、辅助升压单元、倍压单元输出端串联，所以输出电压为：
V0＝VC2+VC3+VC4+VC5
忽略漏感LK和死区时间的影响，由电感LK+Lm的伏秒平衡可得：
Figure BDA0002127584040000102
其中D为第一开关管S1导通时的占空比。
当第一开关管S1导通，第二开关管S2关断时，第三电容C3上的电压为：
VC3＝N2Vin；
当第二开关管S2导通，第一开关管S1关断时，电容C2上的电压为
VC2＝N2(VC5-Vin)；
联立可得变换器电压增益M为
Figure BDA0002127584040000103
可以看出，电压增益不仅与占空比D有关，还与耦合电感匝比N2有关，当占空比一定时，通过增加匝比N2，也能获得高增益，从而避免极限占空比的情况。
为了提高电压增益，现有技术中提出一种带软开关的高增益Boost变换器，其结构示意图如图12所示，但该变换器的电压增益仅是传统Boost变换器的2倍，且输入电流纹波很大，影响新能源并网发电系统的使用寿命和发电效率，图12中，S1`、S2`均为开关管,L1`和L2`均为电感，C1`、C2`、C3`均为电容，D1`、D2`为二极管，Vi`为电源，Ro`为负载。
为了提高Boost变换器的电压增益，如图13所示，在Boost变换器中引入耦合电感，使得电压增益为传统Boost变换器的1+N倍(N为耦合电感匝比)，除了调整占空比，通过设置耦合电感的匝比也能达到高增益的目的，但随着匝比的升高，漏感会引起更大的输入电流纹波；图13中，图中Vs为电源，R0``为负载，S1``、S2``为开关管，VD1``、VD2``和VD3``为二极管，C1``、C2``、C3``和C4``分别为电容，Lk``为漏感，Lm``为励磁电感。
针对于现有技术中存在的不足，本发明提出的一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器，通过引入低纹波电路、辅助升压单元、桥式倍压单元使得该变换器的电压增益为传统Boost变换器的2+N倍(N为耦合电感匝比)，且有效降低了输入电流纹波。由于上述变换器中开关管的电压应力均为
Figure BDA0002127584040000104
当所需电压增益和耦合电感匝比都相同的情况下，占空比最小的变换器的开关管电压应力最小，具体对比如图14、图15和图16所示。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器，其特征在于：包括Boost升压单元、辅助升压单元、倍压单元和低纹波单元；
所述Boost升压单元包括一次绕组LH1、第一开关管S1、第二开关管S2和串联连接的第四电容C4与第五电容C5，电源的正极连接第一绕组的异名端，一次绕组LH1的同名端分别连接第一开关管S1的漏极和第二开关管S2的源极，第一开关管S1的源极和第二开关管S2的漏极分别接在第五电容C5的两端，电源的负极与第一开关管S1的源极建立连接，所述辅助升压单元的输入端连接一次绕组LH1的同名端，辅助升压单元的输出端并接在第四电容C4两端，所述第一开关管S1两端并接有第一开关二极管Ds1和第一开关电容Cs1，第二开关管S2两端并接有第二开关二极管Ds2和第二开关电容Cs2；
所述倍压单元包括二次绕组LH2，二次绕组LH2的两端并接有第一倍压桥臂和第二倍压桥臂；
所述低纹波单元包括三次绕组LH3；
所述第四电容C4通过倍压单元连接负载的一端，负载的另一端连接第五电容C5的负极端，所述低纹波单元并接在电源的两端。
2.根据权利要求1所述一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器，其特征在于：所述第一倍压桥臂和第二倍压桥臂结构相同，第一倍压桥臂包括串联的第一二极管D1和第三电容C3，第二倍压桥臂包括串联的第二二极管D2和第二电容C2。
3.根据权利要求1所述一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器，其特征在于：所述低纹波单元包括串联连接的第六电容C6和第一电感L1，第六电容C6的正极与电源的正极连接，第一电感L1连接二次绕组LH2的异名端，二次绕组LH2的同名端与电源的负极连接。
4.根据权利要求1所述一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器，其特征在于：所述辅助升压单元包括串联连接的第一电容C1、第二电感L2和由第三二极管D3和第四二极管D4构成的箝位电路，第一电容C1的负极连接一次绕组LH1的同名端，箝位电路的两端并接在第四电容C4两侧。
5.一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器的工作方法，其特征在于：基于权利要求1-4任一权利要求所述基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器实现，将三绕组耦合电感等效为一、二、三次绕组匝数比为N1＝n2∶n1，N2＝n3：n1的理想变压器和励磁电感LM并联后再和漏感Lk串联；
所述Boost变换器一个工作周期内包括以下工作模态：
工作模态1[t0～t1]：在t0时刻触发第一开关管，则第一开关管实现零电压导通，在此模态中，第一开关管S1、第一二极管D1、第四二极管导通D4，第二开关管S2、第二二极管D2、第三二极管关断D3、第一开关二极管Ds1和第二开关二极管Ds2关断，一次绕组LH1流出的电流iLk、流经励磁电感LM的电流iLm和流经第一二极管D1的电流iD1线性上升，流经第一电感L1的电流iL1和流经第二电感L2的电流iL2线性下降，电流iL1下降斜率与iLk上升斜率相等，t1时刻，电感电流iL2降为0，第四二极管D4实现零电流关断；
工作模态2[t1～t2]：t1时刻，第三二极管D3导通，电流iLk、iLm、iD1线性上升，电流iL1线性下降，电感电流iL1下降斜率与iLk上升斜率相等，所述电流iLk、iLm、iD1线性上升的斜率等于工作模态1时电流iLk、iLm、iD1上升的斜率，电感电流iL1下降斜率等于工作模态1时电流iL1下降的斜率，电感电流iL2从零开始线性下降，所述电感电流iL2下降斜率小于模态1时电感电流iL2下降斜率，所述t2时刻，关断第一开关管S1；
模态3[t2～t3]：t2时刻，关断第一开关管S1，t3时刻，电流is1降为0；
模态4[t3～t4]：t3时刻，流经第一开关管S1的电流is1降至0，第一开关电容CS1和第二开关电容Cs2完成充放电，第二开关二极管Ds2导通，在此模态中，第一开关管S1两端电压被钳位至VC5，漏感Lk储存的能量开始向第一电容C1和电感L2释放，电流iLm线性上升，电流iLm线性上升的斜率等于工作模态1时电流iLm上升的斜率，电流iL1线性下降，电流iL1下降斜率等于工作模态1时电流iL1下降的斜率，电流iLk、iD1线性下降，电流iL2线性上升，t4时刻，触发第二开关管S2，第二开关管S2实现零电压导通，同时电流iD1降为0；
模态5[t4～t5]：t4时刻，第二开关管S2、第二二极管D2导通，在此模态中，电流iLk、iLm线性下降，电流iL1、iL2、iD2线性上升，电流iL2线性上升的斜率与工作模态4时电流iL2线性上升的斜率相同，电流iLk下降斜率与iL1上升斜率相等，t5时刻，电流iL2上升至0，第三二极管D3实现零电流关断；
模态6[t5～t6]：t5时刻，第四二极管D4导通，电流iLk、iLm线性下降，电流iL1、iD2线性上升，电流iLk、iLm线性下降的斜率与模态5时电流iLk、iLm线性下降的斜率相同，电流iL1、iD2线性上升的斜率与工作模态5时电流iL1、iD2线性上升的斜率相同，电感电流iL2从零开始线性上升，电流iL2上升的斜率小于模态5时电流iL2上升的斜率，t6时刻，关断第二开关管S2；
模态7[t6～t7]：t6时刻，关断第二开关管S2，t7时刻，电流is2降为0；
模态8[t7～t8]：t7时刻，电流is2降至0，第二开关电容Cs2和第一开关电容Cs1完成充放电，在此模态中，电流iLm线性下降，电流iLm线性下降的斜率与模态5时电流iLm线性下降的斜率相同，电流iL1线性上升，电流iL1线性上升的斜率与工作模态5时电流iL1线性上升的斜率相同，电流iLk线性上升，电流iD2、iL2线性下降，t8时刻，触发第一开关管S1，第一开关管实现零电压导通，同时电流iD2降为0，第二二极管实现零电流关断，模态8结束，变换器进入下一个开关周期。
6.根据权利要求5所述一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器的工作方法，其特征在于：工作模态1中，电流iL1下降的斜率为：
Figure FDA0002872282880000031
式中，Vin为电源的输入电压，VC3为第三电容C3两端的电压；
电流iL2下降的斜率为：
Figure FDA0002872282880000032
式中，VC1、VC4和VC5分别为第一电容C1、第四电容C4和第五电容C5两端的电压；
电流iLm上升的斜率为：
Figure FDA0002872282880000033
电流iD1为：
Figure FDA0002872282880000034
7.根据权利要求5所述一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器的工作方法，其特征在于：工作模态2的电流iL2下降的斜率为：
Figure FDA0002872282880000035
8.根据权利要求5所述一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器的工作方法，其特征在于：工作模态4的电流iLk下降的斜率为：
Figure FDA0002872282880000036
电流iL2线性上升的斜率为：
Figure FDA0002872282880000041
9.根据权利要求5所述一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器的工作方法，其特征在于：工作模态5时电流iL1线性上升的斜率为：
Figure FDA0002872282880000042
电流iLm线性下降的斜率为：
Figure FDA0002872282880000043
电流iD2为：
Figure FDA0002872282880000044
10.根据权利要求5所述一种基于三绕组耦合电感的高增益Boost变换器的工作方法，其特征在于：工作模态8时电流iLk线性上升的斜率为：
Figure FDA0002872282880000045
电流iL2线性下降的斜率为：
Figure FDA0002872282880000046
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