CN112701911A - 一种组合式直流变换器及其拓扑电路 - Google Patents

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屈莉莉
高广祯
邓紫嫣
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Abstract

本发明公开了一种组合式直流变换器及其拓扑电路，该拓扑电路包括前级电路以及后级电路，所述前级电路是BOOST升压变换器，所述前级电路的电压增益为
Figure DDA0002868139380000011
所述后级电路是Zeta直流变换器，所述后级电路的电压增益为
Figure DDA0002868139380000012
所述前级电路与所述后级电路相连接。本技术方案利用BOOST升压变换器作为前级电路，前级电路的电压增益为
Figure DDA0002868139380000013
利用Zeta直流变换器作为后级电路，后级电路的电压增益为
Figure DDA0002868139380000014
将前级电路以及后级电路连接在一起构成直流变换器，从而提高直流变换器的电压增益倍数，且本技术方案电路结构简单，易于实现。

Description

一种组合式直流变换器及其拓扑电路
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，更具体地说涉及一种组合式Zeta直流变换器及其拓扑电路。
背景技术
传统的Zeta直流变换器，由于其电路拓扑结构的限制，导致了Zeta直流变换器的电压增益较小。为了解决此技术问题，现有技术中通过级联型Zeta变换器予以提高其电压增益，但是其电路结构较为复杂，而且输出电压的纹波成份较高，导致了直流变换器的稳定性欠佳。
发明内容
本发明目的在于提供一种组合式直流变换器及其拓扑电路，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
一种组合式直流变换器的拓扑电路，包括：
前级电路，所述前级电路是BOOST升压变换器，所述前级电路的电压增益为
Figure BDA0002868139360000011
其中D1表示控制所述前级电路中开关管的PWM驱动信号的占空比；
后级电路，所述后级电路是Zeta直流变换器，所述后级电路的电压增益为
Figure BDA0002868139360000012
其中D2控制表示所述后级电路中开关管的PWM驱动信号的占空比；
所述前级电路的输入端作为所述组合式直流变换器的输入端，所述前级电路的输出端与所述后级电路的输入端相连接，所述后级电路的输出端作为所述组合式直流变换器的输出端。
作为上述方案的进一步改进，本技术方案还包括电容C1，所述前级电路的输出端通过所述电容C1与所述后级电路的输入端相连接。
作为上述方案的进一步改进，所述前级电路的电压增益
Figure BDA0002868139360000021
中的占空比D1，与所述后级电路的电压增益
Figure BDA0002868139360000022
中的占空比D2，数值是相同的。
作为上述方案的进一步改进，所述前级电路包括第一接入点、第二接入点、第一输出点、第二输出点、电感L1、电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及开关管Q1，所述电感L1以及所述电感L2组成一互感器，所述第一接入点以及所述第二接入点组成所述前级电路的输入端，所述第一输出点以及所述第二输出点组成所述前级电路的输出端；
所述第一接入点通过所述电感L1与所述二极管D2的正极相连接，所述二极管D2的负极与所述第一输出点相连接，所述第一接入点与所述二极管D1的正极相连接，所述二极管D1的负极通过所述电感L2与所述第一输出点相连接，所述二极管D3的正极与所述二极管D2的正极相连接，所述二极管D3的负极与所述二极管D1的负极相连接，所述开关管Q1的漏极与所述第一输出点相连接，所述开关管Q1的源极分别与所述第二接入点以及所述第二输出点相连接。
作为上述方案的进一步改进，所述后级电路包括第三接入点、第四接入点、第三输出点、第四输出点、电容C2、电容C3、电容C4、电感L3、电感L4、电感L5、二极管D4、二极管D5以及开关管Q2，所述第三接入点以及所述第四接入点组成所述后级电路的输入端，所述第三输出点以及所述第四输出点组成所述后级电路的输出端；
所述开关管Q2的漏极与所述第三接入点相连接，所述开关管Q2的源极依次通过所述电容C2以及电感L3与所述第三输出点相连接，所述开关管Q2的源极通过所述电感L4与所述第四接入点相连接，所述电容C4的一端与所述开关管Q2的源极相连接，所述电容C4的另一端与所述二极管D5的负极相连接，所述二极管D5的正极与所述第四接入点相连接，所述电感L5的一端与所述二极管D5的负极相连接，所述电感L5的另一端与所述二极管D4的正极相连接，所述二极管D4的负极接在所述电容C2与所述电感L3的连接点，所述电容C5的一端与所述二极管D4的正极相连接，所述电容C5的另一端与所述第四接入点相连接，所述电容C3的一端与所述二极管D4的正极相连接，所述电容C3的另一端与所述第三输出点相连接，所述第四接入点与所述第四输出点相连接。
本发明同时还公开了一种组合式直流变换器，包括控制器以及以上所述的拓扑电路，所述控制器分别与所述前级电路中开关管的栅极，以及所述后级电路中开关管的栅极相连接。
本发明的有益效果是：本技术方案利用BOOST升压变换器作为前级电路，前级电路的电压增益为
Figure BDA0002868139360000031
利用Zeta直流变换器作为后级电路，后级电路的电压增益为
Figure BDA0002868139360000032
将前级电路以及后级电路连接在一起构成直流变换器，从而提高直流变换器的电压增益倍数，且本技术方案电路结构简单，易于实现。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，本申请公开了一种组合式直流变换器的拓扑电路，其第一实施例，包括：
前级电路，所述前级电路是BOOST升压变换器，所述前级电路的电压增益为
Figure BDA0002868139360000041
其中D1表示控制所述前级电路中开关管的PWM驱动信号的占空比；
后级电路，所述后级电路是Zeta直流变换器，所述后级电路的电压增益为
Figure BDA0002868139360000042
其中D2控制表示所述后级电路中开关管的PWM驱动信号的占空比；
所述前级电路的输入端作为所述组合式直流变换器的输入端，所述前级电路的输出端与所述后级电路的输入端相连接，所述后级电路的输出端作为所述组合式直流变换器的输出端。
具体地，本实施例中利用BOOST升压变换器作为前级电路，前级电路的电压增益为
Figure BDA0002868139360000043
利用Zeta直流变换器作为后级电路，后级电路的电压增益为
Figure BDA0002868139360000044
将前级电路以及后级电路连接在一起构成直流变换器，从而提高直流变换器的电压增益倍数，且本实施例电路结构简单，易于实现。
进一步作为优选的实施方式，本实施例还包括电容C1，所述前级电路的输出端通过所述电容C1与所述后级电路的输入端相连接。
进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述前级电路的电压增益
Figure BDA0002868139360000051
中的占空比D1，与所述后级电路的电压增益
Figure BDA0002868139360000052
中的占空比D2，数值是相同的，即本实施例所述的直流变换器的电压增益为
Figure BDA0002868139360000053
其中D表示同时控制所述前级电路中开关管的PWM驱动信号的占空比，以及所述后级电路中开关管的PWM驱动信号的占空比。
进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述前级电路包括第一接入点、第二接入点、第一输出点、第二输出点、电感L1、电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及开关管Q1，所述电感L1以及所述电感L2组成一互感器，所述第一接入点以及所述第二接入点组成所述前级电路的输入端，所述第一输出点以及所述第二输出点组成所述前级电路的输出端；
所述第一接入点通过所述电感L1与所述二极管D2的正极相连接，所述二极管D2的负极与所述第一输出点相连接，所述第一接入点与所述二极管D1的正极相连接，所述二极管D1的负极通过所述电感L2与所述第一输出点相连接，所述二极管D3的正极与所述二极管D2的正极相连接，所述二极管D3的负极与所述二极管D1的负极相连接，所述开关管Q1的漏极与所述第一输出点相连接，所述开关管Q1的源极分别与所述第二接入点以及所述第二输出点相连接。
具体地，本实施例中，通过所述电感L1与所述电感L2之间的耦合，大大地降低了本实施例输出电压中的纹波成份。
进一步作为优选的实施方式，本实施例中，所述后级电路包括第三接入点、第四接入点、第三输出点、第四输出点、电容C2、电容C3、电容C4、电感L3、电感L4、电感L5、二极管D4、二极管D5以及开关管Q2，所述第三接入点以及所述第四接入点组成所述后级电路的输入端，所述第三输出点以及所述第四输出点组成所述后级电路的输出端；
所述开关管Q2的漏极与所述第三接入点相连接，所述开关管Q2的源极依次通过所述电容C2以及电感L3与所述第三输出点相连接，所述开关管Q2的源极通过所述电感L4与所述第四接入点相连接，所述电容C4的一端与所述开关管Q2的源极相连接，所述电容C4的另一端与所述二极管D5的负极相连接，所述二极管D5的正极与所述第四接入点相连接，所述电感L5的一端与所述二极管D5的负极相连接，所述电感L5的另一端与所述二极管D4的正极相连接，所述二极管D4的负极接在所述电容C2与所述电感L3的连接点，所述电容C5的一端与所述二极管D4的正极相连接，所述电容C5的另一端与所述第四接入点相连接，所述电容C3的一端与所述二极管D4的正极相连接，所述电容C3的另一端与所述第三输出点相连接，所述第四接入点与所述第四输出点相连接。
本申请同时还公开了一种组合式直流变换器，其第一实施例，包括控制器以及以上所述拓扑电路的第一实施例，所述控制器分别与所述前级电路中开关管的栅极，以及所述后级电路中开关管的栅极相连接。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种组合式直流变换器的拓扑电路，其特征在于：包括：
前级电路，所述前级电路是BOOST升压变换器，所述前级电路的电压增益为
Figure FDA0002868139350000011
其中D1表示控制所述前级电路中开关管的PWM驱动信号的占空比；
后级电路，所述后级电路是Zeta直流变换器，所述后级电路的电压增益为
Figure FDA0002868139350000012
其中D2控制表示所述后级电路中开关管的PWM驱动信号的占空比；
所述前级电路的输入端作为所述组合式直流变换器的输入端，所述前级电路的输出端与所述后级电路的输入端相连接，所述后级电路的输出端作为所述组合式直流变换器的输出端。
2.根据权利要求1所述的一种组合式直流变换器的拓扑电路，其特征在于：还包括电容C1，所述前级电路的输出端通过所述电容C1与所述后级电路的输入端相连接。
3.根据权利要求1所述的一种组合式直流变换器的拓扑电路，其特征在于：所述前级电路的电压增益
Figure FDA0002868139350000013
中的占空比D1，与所述后级电路的电压增益
Figure FDA0002868139350000014
中的占空比D2，数值是相同的。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种组合式直流变换器的拓扑电路，其特征在于：所述前级电路包括第一接入点、第二接入点、第一输出点、第二输出点、电感L1、电感L2、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及开关管Q1，所述电感L1以及所述电感L2组成一互感器；
所述第一接入点通过所述电感L1与所述二极管D2的正极相连接，所述二极管D2的负极与所述第一输出点相连接，所述第一接入点与所述二极管D1的正极相连接，所述二极管D1的负极通过所述电感L2与所述第一输出点相连接，所述二极管D3的正极与所述二极管D2的正极相连接，所述二极管D3的负极与所述二极管D1的负极相连接，所述开关管Q1的漏极与所述第一输出点相连接，所述开关管Q1的源极分别与所述第二接入点以及所述第二输出点相连接。
5.根据权利要求4所述的一种组合式直流变换器的拓扑电路，其特征在于：所述后级电路包括第三接入点、第四接入点、第三输出点、第四输出点、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电感L3、电感L4、电感L5、二极管D4、二极管D5以及开关管Q2；
所述开关管Q2的漏极与所述第三接入点相连接，所述开关管Q2的源极依次通过所述电容C2以及电感L3与所述第三输出点相连接，所述开关管Q2的源极通过所述电感L4与所述第四接入点相连接，所述电容C4的一端与所述开关管Q2的源极相连接，所述电容C4的另一端与所述二极管D5的负极相连接，所述二极管D5的正极与所述第四接入点相连接，所述电感L5的一端与所述二极管D5的负极相连接，所述电感L5的另一端与所述二极管D4的正极相连接，所述二极管D4的负极接在所述电容C2与所述电感L3的连接点，所述电容C5的一端与所述二极管D4的正极相连接，所述电容C5的另一端与所述第四接入点相连接，所述电容C3的一端与所述二极管D4的正极相连接，所述电容C3的另一端与所述第三输出点相连接，所述第四接入点与所述第四输出点相连接。
6.一种组合式直流变换器，其特征在于：包括控制器以及权利要求1至5任一项所述的拓扑电路，所述控制器分别与所述前级电路中开关管的栅极，以及所述后级电路中开关管的栅极相连接。
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