CN113258774A - 一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器 - Google Patents
一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113258774A CN113258774A CN202110546441.1A CN202110546441A CN113258774A CN 113258774 A CN113258774 A CN 113258774A CN 202110546441 A CN202110546441 A CN 202110546441A CN 113258774 A CN113258774 A CN 113258774A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- capacitor
- diode
- zero
- inductor
- port
- 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.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
- H02M3/1582—Buck-boost converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Abstract
一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，该变换器包括主电路、辅助电路；所述主电路包括Boost变换器、至少一个外衣单元。所述Boost变换器包含主电感L1、功率开关管S1、二极管D1、电容C1。所述辅助电路包括零电流电感Lr、辅助电感Ls、零电压电容Cr、辅助电容Cs、二极管D2、D3、D4。本发明变换器实现了功率开关管的零电压关断和零电流导通，消除了功率开关管S1上的开关损耗，并将功率开关管S1上的开通损耗和关断损耗转移到了后面主电路中，实现了软开关无损的目的。从而可以提高功率开关管S1的开关频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流-直流变换器，具体涉及一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器。
背景技术
在现有的开关电源技术中，Boost外衣电路很好的实现了高电压增益。然而，在随着电力电子技术的发展，开关电源朝着小型化的方向发展。这就要求电路器件体积更小，开关频率更高。随着开关频率的提高，开关损耗成为电路的主要损耗方式。解决开关损耗最有效的方式就是使用软开关技术，而其中无源无损软开关电路具有结构简单，易于控制，可靠性高等特点。
发明内容
本发明提供一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，通过辅助电路使得功率开关管的开关损耗在功率开关管工况发生改变时，将能量转移回了主电路中，降低了电路中功率开关管上的开关损耗。
本发明采取的技术方案为：
方案一：一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，该变换器包括主电路、辅助电路；
所述主电路包括Boost变换器、一个外衣单元；
所述Boost变换器包含主电感L1、功率开关管S1、二极管D1、电容C1；
主电感L1一端连接输入电源正极，主电感L1另一端分别连接功率开关管S1漏极、二极管D1阳极，功率开关管S1源极连接输入电源负极，二极管D1阴极连接电容C1一端，电容C1另一端连接输入电源负极；
如图10所示，所述外衣单元包含电容C11、电容C12、电感L11、二极管D11，外衣单元包含五端口：端口①、端口②、端口③、端口④、端口⑤；
电容C11一端连接端口①，电容C11另一端分别连接电感L11一端、二极管D11阳极，电感L11另一端连接端口②，二极管D11阴极连接电容C12一端，电容C12另一端连接端口③；二极管D11阳极为端口④，二极管D11阴极为端口⑤；
端口①连接到Boost变换器中二极管D1阳极，端口②连接到Boost变换器中二极管D1的阴极，端口③连接到输入电源负极；
所述辅助电路包括零电流电感Lr、辅助电感Ls、零电压电容Cr、辅助电容Cs、二极管D2、D3、D4；
零电流电感Lr一端分别连接外衣单元中的电容C11的另一端、电感L11一端；
零电流电感Lr另一端连接外衣单元中的二极管D11阳极；
二极管D2阳极分别连接辅助电容Cs一端、功率开关管S1漏极，
二极管D2阴极分别连接零电压电容Cr一端、辅助电感Ls一端；
辅助电感Ls另一端连接二极管D3阳极，二极管D3阴极分别连接辅助电容Cs另一端、二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接主电路的电容C1一端、二极管D1阴极；
零电压电容Cr另一端分别连接功率开关管S1源极、电容C1另一端。
方案二：一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，该变换器包括主电路、辅助电路；
所述主电路包括Boost变换器、n个外衣单元；
所述Boost变换器包含主电感L1、功率开关管S1、二极管D1、电容C1；
主电感L1一端连接输入电源正极，主电感L1另一端分别连接功率开关管S1漏极、二极管D1阳极，功率开关管S1源极连接输入电源负极，二极管D1阴极连接电容C1一端，电容C1另一端连接输入电源负极；
所述n个外衣单元中，任意一个外衣单元均包含五端口：端口①、端口②、端口③、端口④、端口⑤；
第一个外衣单元包含电容C11、电容C12、电感L11、二极管D11；
第二个外衣单元包含电容C21、电容C22、电感L21、二极管D21；
第三个外衣单元包含电容C31、电容C32、电感L31、二极管D31；
......依次类推，
如图9所示，第n个外衣单元包含电容Cn1、电容Cn2、电感Ln1、二极管Dn1，n为自然数，且n≥1；
其中：
电容C11一端连接端口①，电容C11另一端分别连接电感L11一端、二极管D11阳极，电感L11另一端连接端口②，二极管D11阴极连接电容C12一端，电容C12另一端连接端口③；二极管D11阳极为端口④，二极管D11阴极为端口⑤；
端口①连接到Boost变换器中二极管D1阳极，端口②连接到Boost变换器中二极管D1的阴极，端口③连接到输入电源负极；
n个外衣单元中连接关系如下：
第二个外衣单元的端口①连接到第一个外衣单元中的端口④，
第二个外衣单元的端口②连接到第一个外衣单元中的端口⑤，
第二个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；
第三个外衣单元的端口①连接到第二个外衣单元中的端口④，
第三个外衣单元的端口②连接到第二个外衣单元中的端口⑤，
第三个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；
......依次类推，
第n个外衣单元的端口①连接到第n-1个外衣单元中的端口④，
第n个外衣单元的端口②连接到第n-1个外衣单元中的端口⑤，
第n个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；
电容Cn2两端分别连接负载RL两端。
所述辅助电路包括零电流电感Lr、辅助电感Ls、零电压电容Cr、辅助电容Cs、二极管D2、D3、D4；
零电流电感Lr一端分别连接第一个外衣单元中的电容C11的另一端、电感L11一端；
零电流电感Lr另一端连接第一个外衣单元中的二极管D11阳极；
二极管D2阳极分别连接辅助电容Cs一端、功率开关管S1漏极，
二极管D2阴极分别连接零电压电容Cr一端、辅助电感Ls一端；
辅助电感Ls另一端连接二极管D3阳极，二极管D3阴极分别连接辅助电容Cs另一端、二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接主电路的电容C1一端、二极管D1阴极；
零电压电容Cr另一端分别连接功率开关管S1源极、电容C1另一端。
所述功率开关管S1栅极连接控制器。
本发明一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，如下有益效果：
1)、在功率开关管S1导通时，由于零电流电感Lr的作用，使得功率开关管S1在零电流条件下导通，消除了功率开关管S1的开通损耗。
2)、在功率开关管S1关断时，由于零电压电容Cr的作用，使得功率开关管S1在零电压条件下关断，消除了功率开关管S1的关断损耗。
3)、本发明中采用了无源无损软开关技术为主电路中功率开关管S1实现软开关。在功率开关管S1的整个开关周期内，通过辅助电路的作用将功率开关管S1的开通关断损耗转移到了电路的输出端，降低了电路中功率开关管S1上的开关损耗。
附图说明
图1是本发明变换器的原理总图
图2是本发明含有三个外衣单元的变换器的原理图。
图3是本发明含有三个外衣单元的变换器电路模态一的原理图；
图4是本发明含有三个外衣单元的变换器电路模态二的原理图；
图5是本发明含有三个外衣单元的变换器电路模态三的原理图；
图6是本发明含有三个外衣单元的变换器电路模态四的原理图；
图7是本发明含有三个外衣单元的变换器电路模态五的原理图；
图8是本发明含有三个外衣单元的变换器电路模态六的原理图；
图9是本发明的第n个外衣单元的结构图；
图10是本发明的第一个外衣单元的原理图。
图11为功率开关管S1的驱动控制信号、输入电源Uin、输出电压Uo的仿真波形图。
图12(1)为功率开关管S1的驱动、开关管上的电流Is、开关管上的电压Us仿真波形图(零电流导通)；
图12(2)为功率开关管S1的驱动、开关管上的电流Is、开关管上的电压Us仿真波形图(零电压关断)。
具体实施方式
如图1所示，一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，该变换器包括主电路、辅助电路；
所述主电路包括Boost变换器、n个外衣单元；
所述Boost变换器包含主电感L1、功率开关管S1、二极管D1、电容C1；
主电感L1一端连接输入电源正极，主电感L1另一端分别连接功率开关管S1漏极、二极管D1阳极，功率开关管S1源极连接输入电源负极，二极管D1阴极连接电容C1一端，电容C1另一端连接输入电源负极；
所述n个外衣单元中，任意一个外衣单元均包含五端口：端口①、端口②、端口③、端口④、端口⑤；
第一个外衣单元包含电容C11、电容C12、电感L11、二极管D11；
第二个外衣单元包含电容C21、电容C22、电感L21、二极管D21；
第三个外衣单元包含电容C31、电容C32、电感L31、二极管D31；
......依次类推，
第n个外衣单元包含电容Cn1、电容Cn2、电感Ln1、二极管Dn1，n为自然数，且n≥1；
其中：
电容C11一端连接端口①，电容C11另一端分别连接电感L11一端、二极管D11阳极，电感L11另一端连接端口②，二极管D11阴极连接电容C12一端，电容C12另一端连接端口③；二极管D11阳极为端口④，二极管D11阴极为端口⑤；
端口①连接到Boost变换器中二极管D1阳极，端口②连接到Boost变换器中二极管D1的阴极，端口③连接到输入电源负极；
n个外衣单元中连接关系如下：
第二个外衣单元的端口①连接到第一个外衣单元中的端口④，
第二个外衣单元的端口②连接到第一个外衣单元中的端口⑤，
第二个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；
第三个外衣单元的端口①连接到第二个外衣单元中的端口④，
第三个外衣单元的端口②连接到第二个外衣单元中的端口⑤，
第三个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；
......依次类推，
第n个外衣单元的端口①连接到第n-1个外衣单元中的端口④，
第n个外衣单元的端口②连接到第n-1个外衣单元中的端口⑤，
第n个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；
电容Cn2两端分别连接负载RL两端。
所述辅助电路包括零电流电感Lr、辅助电感Ls、零电压电容Cr、辅助电容Cs、二极管D2、D3、D4；
零电流电感Lr一端分别连接第一个外衣单元中的电容C11的另一端、电感L11一端；
零电流电感Lr另一端连接第一个外衣单元中的二极管D11阳极；
二极管D2阳极分别连接辅助电容Cs一端、功率开关管S1漏极，
二极管D2阴极分别连接零电压电容Cr一端、辅助电感Ls一端；
辅助电感Ls另一端连接二极管D3阳极，二极管D3阴极分别连接辅助电容Cs另一端、二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接主电路的电容C1一端、二极管D1阴极；
零电压电容Cr另一端分别连接功率开关管S1源极、电容C1另一端。
所述功率开关管S1栅极连接PWM控制器。
实施例：
如图2所示，以包含三个外衣单元为例：
一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，包含一个传统的Boost变换器、三个外衣单元和一个辅助电路。其中，传统的Boost变换器包含一个主电感L1、一个功率开关管S1、一个二极管D1和一个电容C1。第一个外衣单元包含一个电感L11、两个电容C11、C12和一个二极管D11。第二个外衣单元包含一个电感L21、两个电容C21、C22和一个二极管D21。第三个外衣单元包含一个电感L31、两个电容C31、C32和一个二极管D31。辅助电路部分包含一个零电流辅助电感Lr、一个辅助电感Ls、一个零电压辅助电容Cr、一个辅助电容Cs、以及三个二极管D2、D3、D4。其电路连接关系为：
传统的Boost变换器部分的电感L1一端连接输入电源的正极，另一端连接功率开关管S1的漏极和二极管D1的阳极，功率开关管S1的源极连接到输入电源的负极，功率开关管S1的栅极连接到控制器。二极管D1的阴极连接到电容C1，电容C1的另一端与输入电源的负极相连。
外衣单元如图10所示，是一个由两个电容C11和C12、一个电感L11、一个二极管D11组成的五端口的单元。电容C11的左端连接到端口①，右端与电感L11的上端以及二极管D11的阳极连接。电感L11的下端连接到端口②。二极管D11的阴极与第二个电容C12的上端连接。电容C12的下端连接到端口③。二极管D11的阳极为端口④，阴极为端口⑤。第一个外衣单元的端口①连接到Boost变换器中二极管D1的阳极，端口②连接到二极管D1的阴极，端口③连接到输入电源的负极。第二个外衣单元的端口①连接到第一个外衣单元中二极管的阳极，端口②连接到第一个外衣单元中二极管的阴极，端口③连接到输入电源负极。第三个外衣单元的连接与第二个外衣单元的连接一致。
辅助电路部分中：零电流电感Lr连接在第一个外衣单元中的电容C11的左端与二极管D11阳极之间。二极管D2的阳极连接在功率开关管S1的漏极，二极管D2的阴极连接在零电压电容Cr的上端，同时连接到辅助电感Ls的左端。零电压电容Cr的下端连接在功率开关管S1的源极。辅助电感Ls的右端连接在二极管D3的阳极。二极管D3的阴极与辅助电容Cs的右端相连，并同时与二极管D4的阳极相连。二极管D4的阴极与主电路中电容C1的上端与二极管D1的阴极相连。辅助电容Cs的左端连接在功率开关管S1的漏极。
根据功率开关管S1以及二极管导通情况的不同，可以将电路的工作过程分为9个工作模态，具体情况如下：
(1)、模态一：
如图3所示，功率开关管S1导通，二极管D1、D11、D21、D31导通，主电感L1、电感L11、L21、L31放电，电容C11、C21、C31放电，电容C1、C12、C22、C32充电。由于零电流电感Lr上的电流大小与方向不能够突变，因此电感L11和电容C11上的电流也不能够发生突变，从而使得电感L1、二极管D1和电容C1上的电流暂时不能发生突变。因此，在功率开关管S1导通的瞬间是没有电流流过的，从而实现了零电流导通。在该工作过程中主电感L1和零电流电感Lr线性减小。当辅助电容Cr开始释放能量时，该模态结束。
(2)、模态二：
如图4所示，在该模态下，辅助电路中二极管D3导通，零电压电容Cr由于功率开关管S1断开时，其上面有电压而储存的能量会在功率开关管S1导通后经由回路Cr→Ls→D3→Cs→S释放能量，将Cr中储存的能量传递到辅助电容Cs中。零电流电感Lr逐渐减小并开始反向。二极管D1、D11、D21、D31截止，主电路中电感L1开始充电，电流线性增加。电容C1、C12、C22开始放电并分别对电感L11、L21、L31和电容C11、C21、C31充电。当辅助电路中零电压电容Cr两端的电压下降为零时,二极管D2导通，该模态结束。
(3)、模态三：
如图5所示，在该模态中，辅助电路中的二极管D2、D3导通。由于在电容Cr对电容Cs充电过程中，电感Ls上流过电流会有能量储存。当电容Cr上电压降为零的时候，电感Ls上电流会继续流过对电容Cs充电。主电路中元器件的工作状态和上一模态相同。当电感Ls电流降为零，二极管D2、D3截止时，该模态结束。
(4)、模态四：
如图6所示，在该模态下，辅助电路中二极管D2、D3截止，辅助电路停止动作。主电路中，主电路中电感L1开始充电，电流线性增加。电容C1、C12、C22开始放电并分别对电感L11、L21、L31和电容C11、C21、C31充电。负载由C32继续供电。在功率开关管S1关断时，该模态结束。
(5)、模态五：
如图7所示，当功率开关管S1关断时，由于辅助电路中零电压电容等于零，所以S1两端电压不会立即升高，从而实现了零电压关断。主电路中之前流过开关管的电流开始分为两条路径：一条经过二极管D2对零电压电容Cr充电，使得电容Cr两端电压逐渐升高；另一条经由电容Cs和二极管D4将电容Cs中的能量释放到后面的主电路中。在该过程进行的同时，零电流电感上的电流逐步减小并开始反向。当二极管D1、D11、D21、D31导通时，该模态结束。
(6)模态六：
如图8所示，二极管D1、D11、D21、D31导通，辅助电路中二极管D2和D4截止。电容C1、C12、C22、C32开始充电，电容C11、C21、C31开始放电。电感L1上的电流开始线性减小。当功率开关管S1导通的时候，该模态结束。
仿真参数：
开关频率f为50k，输入电源Uin为20V，输出电压Uo为200V，功率开关管S1的占空比为0.6923，额定功率Po为200W。
图11为功率开关管S1的驱动控制信号、输入电源Uin、输出电压Uo的仿真波形图。可以看到，上述电路实现了设计所需要的高增益要求。
图12(1)、图12(2)为功率开关管S1的驱动、开关管上的电流Is、功率开关管S1上的电压Us仿真波形图。从仿真波形中可以看出，辅助电路实现了功率开关管零电流导通和零电压关断的功能。
本发明实现了功率开关管的零电压关断和零电流导通，消除了功率开关管S1上的开关损耗，并将功率开关管S1上的开通损耗和关断损耗转移到了后面主电路中，实现了软开关无损的目的。从而可以提高功率开关管S1的开关频率。
Claims (5)
1.一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，其特征在于:该变换器包括主电路、辅助电路；
所述主电路包括Boost变换器、一个外衣单元；
所述Boost变换器包含主电感L1、功率开关管S1、二极管D1、电容C1；
主电感L1一端连接输入电源正极，主电感L1另一端分别连接功率开关管S1漏极、二极管D1阳极，功率开关管S1源极连接输入电源负极，二极管D1阴极连接电容C1一端，电容C1另一端连接输入电源负极；
所述外衣单元包含电容C11、电容C12、电感L11、二极管D11，外衣单元包含五端口：端口①、端口②、端口③、端口④、端口⑤；
电容C11一端连接端口①，电容C11另一端分别连接电感L11一端、二极管D11阳极，电感L11另一端连接端口②，二极管D11阴极连接电容C12一端，电容C12另一端连接端口③；二极管D11阳极为端口④，二极管D11阴极为端口⑤；
端口①连接到Boost变换器中二极管D1阳极，端口②连接到Boost变换器中二极管D1的阴极，端口③连接到输入电源负极；
所述辅助电路包括零电流电感Lr、辅助电感Ls、零电压电容Cr、辅助电容Cs、二极管D2、D3、D4；
零电流电感Lr一端分别连接外衣单元中的电容C11的另一端、电感L11一端；
零电流电感Lr另一端连接外衣单元中的二极管D11阳极；
二极管D2阳极分别连接辅助电容Cs一端、功率开关管S1漏极，
二极管D2阴极分别连接零电压电容Cr一端、辅助电感Ls一端；
辅助电感Ls另一端连接二极管D3阳极，二极管D3阴极分别连接辅助电容Cs另一端、二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接主电路的电容C1一端、二极管D1阴极；
零电压电容Cr另一端分别连接功率开关管S1源极、电容C1另一端。
2.一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，其特征在于:该变换器包括主电路、辅助电路；
所述主电路包括Boost变换器、n个外衣单元；
所述Boost变换器包含主电感L1、功率开关管S1、二极管D1、电容C1；
主电感L1一端连接输入电源正极，主电感L1另一端分别连接功率开关管S1漏极、二极管D1阳极，功率开关管S1源极连接输入电源负极，二极管D1阴极连接电容C1一端，电容C1另一端连接输入电源负极；
所述n个外衣单元中，任意一个外衣单元均包含五端口：端口①、端口②、端口③、端口④、端口⑤；
第一个外衣单元包含电容C11、电容C12、电感L11、二极管D11；
第二个外衣单元包含电容C21、电容C22、电感L21、二极管D21；
第三个外衣单元包含电容C31、电容C32、电感L31、二极管D31；
......依次类推，
第n个外衣单元包含电容Cn1、电容Cn2、电感Ln1、二极管Dn1，n为自然数，且n≥1；
其中：
电容C11一端连接端口①，电容C11另一端分别连接电感L11一端、二极管D11阳极，电感L11另一端连接端口②，二极管D11阴极连接电容C12一端，电容C12另一端连接端口③；二极管D11阳极为端口④，二极管D11阴极为端口⑤；
端口①连接到Boost变换器中二极管D1阳极，端口②连接到Boost变换器中二极管D1的阴极，端口③连接到输入电源负极；
n个外衣单元中连接关系如下：
第二个外衣单元的端口①连接到第一个外衣单元中的端口④，
第二个外衣单元的端口②连接到第一个外衣单元中的端口⑤，
第二个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；
第三个外衣单元的端口①连接到第二个外衣单元中的端口④，
第三个外衣单元的端口②连接到第二个外衣单元中的端口⑤，
第三个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；
......依次类推，
第n个外衣单元的端口①连接到第n-1个外衣单元中的端口④，
第n个外衣单元的端口②连接到第n-1个外衣单元中的端口⑤，
第n个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；
所述辅助电路包括零电流电感Lr、辅助电感Ls、零电压电容Cr、辅助电容Cs、二极管D2、D3、D4；
零电流电感Lr一端分别连接第一个外衣单元中的电容C11的另一端、电感L11一端；
零电流电感Lr另一端连接第一个外衣单元中的二极管D11阳极；
二极管D2阳极分别连接辅助电容Cs一端、功率开关管S1漏极，
二极管D2阴极分别连接零电压电容Cr一端、辅助电感Ls一端；
辅助电感Ls另一端连接二极管D3阳极，二极管D3阴极分别连接辅助电容Cs另一端、二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接主电路的电容C1一端、二极管D1阴极；
零电压电容Cr另一端分别连接功率开关管S1源极、电容C1另一端。
3.根据权利要求2所述一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，其特征在于：所述功率开关管S1栅极连接控制器。
4.根据权利要求1或2所述一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，其特征在于：
在功率开关管S1导通时，由于零电流电感Lr的作用，使得功率开关管S1在零电流条件下导通，消除了功率开关管S1的开通损耗；
在功率开关管S1关断时，由于零电压电容Cr的作用，使得功率开关管S1在零电压条件下关断，消除了功率开关管S1的关断损耗。
5.根据权利要求2所述一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，其特征在于，包含三个外衣单元时，电路的工作过程分为9个工作模态：
模态一：
功率开关管S1导通，二极管D1、D11、D21、D31导通，主电感L1、电感L11、L21、L31放电，电容C11、C21、C31放电，电容C1、C12、C22、C32充电；由于零电流电感Lr上的电流大小与方向不能够突变，因此电感L11和电容C11上的电流也不能够发生突变，从而使得电感L1、二极管D1和电容C1上的电流暂时不能发生突变，因此，在功率开关管S1导通的瞬间是没有电流流过的，从而实现了零电流导通；在该工作过程中主电感L1和零电流电感Lr线性减小，当辅助电容Cr开始释放能量时，该模态结束；
模态二：
在该模态下，辅助电路中二极管D3导通，零电压电容Cr由于功率开关管S1断开时，其上面有电压而储存的能量会在功率开关管S1导通后经由回路Cr→Ls→D3→Cs→S释放能量，将Cr中储存的能量传递到辅助电容Cs中；零电流电感Lr逐渐减小并开始反向；二极管D1、D11、D21、D31截止，主电路中电感L1开始充电，电流线性增加；电容C1、C12、C22开始放电并分别对电感L11、L21、L31和电容C11、C21、C31充电；当辅助电路中零电压电容Cr两端的电压下降为零时,二极管D2导通，该模态结束；
模态三：
在该模态中，辅助电路中的二极管D2、D3导通；由于在电容Cr对电容Cs充电过程中，电感Ls上流过电流会有能量储存；当电容Cr上电压降为零的时候，电感Ls上电流会继续流过对电容Cs充电；主电路中元器件的工作状态和上一模态相同；当电感Ls电流降为零，二极管D2、D3截止时，该模态结束；
模态四：
在该模态下，辅助电路中二极管D2、D3截止，辅助电路停止动作；主电路中，主电路中电感L1开始充电，电流线性增加；电容C1、C12、C22开始放电并分别对电感L11、L21、L31和电容C11、C21、C31充电；负载由C32继续供电；在功率开关管S1关断时，该模态结束；
模态五：
当功率开关管S1关断时，由于辅助电路中零电压电容等于零，所以S1两端电压不会立即升高，从而实现了零电压关断；主电路中之前流过开关管的电流开始分为两条路径：一条经过二极管D2对零电压电容Cr充电，使得电容Cr两端电压逐渐升高；另一条经由电容Cs和二极管D4将电容Cs中的能量释放到后面的主电路中；在该过程进行的同时，零电流电感上的电流逐步减小并开始反向；当二极管D1、D11、D21、D31导通时，该模态结束；
模态六：
二极管D1、D11、D21、D31导通，辅助电路中二极管D2和D4截止；电容C1、C12、C22、C32开始充电，电容C11、C21、C31开始放电；电感L1上的电流开始线性减小；当功率开关管S1导通的时候，该模态结束。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110546441.1A CN113258774B (zh) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | 一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110546441.1A CN113258774B (zh) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | 一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113258774A true CN113258774A (zh) | 2021-08-13 |
| CN113258774B CN113258774B (zh) | 2022-05-06 |
Family
ID=77182859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110546441.1A Active CN113258774B (zh) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | 一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113258774B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113595392A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-02 | 南通大学 | 一种具有较高升压能力的三端口变换器及其控制方法 |
| CN113691126A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 三峡大学 | 一种高增益软开关Boost变换器 |
| CN113691123A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 三峡大学 | 一种零电压关断零电流开通高增益Zeta变换器 |
| CN113691125A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 三峡大学 | 一种零电压关断零电流开通的高增益Sepic变换器 |
| CN113691124A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 三峡大学 | 一种零电压关断零电流开通高增益Cuk变换器 |
| CN113746324A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-12-03 | 三峡大学 | 一种高增益软开关Buck-Boost变换器 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07241072A (ja) * | 1994-02-25 | 1995-09-12 | Sanken Electric Co Ltd | 昇圧型ｄｃ−ｄｃコンバータ |
| CN1299179A (zh) * | 2000-12-21 | 2001-06-13 | 深圳市华为电气技术有限公司 | 直流变换器功率开关管的软开关方法和软开关直流变换器 |
| CN102832809A (zh) * | 2012-08-07 | 2012-12-19 | 燕山大学 | 电感调节开关电容式无源箝位软开关高增益升压型变换器 |
| CN103633840A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-12 | 华南理工大学 | 一种单开关高增益升压dc/dc变换器 |
| CN106787701A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-31 | 国网江西省电力公司上饶供电分公司 | 一种零电压零电流转换pwm斩波电路的改进调制电路 |
| CN108448892A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-08-24 | 东南大学 | 一种光伏系统用二次型多倍压单元dc-dc变换器 |
| CN110572030A (zh) * | 2019-10-15 | 2019-12-13 | 无锡威孚高科技集团股份有限公司 | 基于耦合电感的软开关直流变换器 |
| CN112311222A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-02-02 | 江苏大学 | 一种基于复合预测电流控制的改进型无桥dbpfc变换器及控制方法 |
-
2021
- 2021-05-19 CN CN202110546441.1A patent/CN113258774B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07241072A (ja) * | 1994-02-25 | 1995-09-12 | Sanken Electric Co Ltd | 昇圧型ｄｃ−ｄｃコンバータ |
| CN1299179A (zh) * | 2000-12-21 | 2001-06-13 | 深圳市华为电气技术有限公司 | 直流变换器功率开关管的软开关方法和软开关直流变换器 |
| CN102832809A (zh) * | 2012-08-07 | 2012-12-19 | 燕山大学 | 电感调节开关电容式无源箝位软开关高增益升压型变换器 |
| CN103633840A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-12 | 华南理工大学 | 一种单开关高增益升压dc/dc变换器 |
| CN106787701A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-31 | 国网江西省电力公司上饶供电分公司 | 一种零电压零电流转换pwm斩波电路的改进调制电路 |
| CN108448892A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-08-24 | 东南大学 | 一种光伏系统用二次型多倍压单元dc-dc变换器 |
| CN110572030A (zh) * | 2019-10-15 | 2019-12-13 | 无锡威孚高科技集团股份有限公司 | 基于耦合电感的软开关直流变换器 |
| CN112311222A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-02-02 | 江苏大学 | 一种基于复合预测电流控制的改进型无桥dbpfc变换器及控制方法 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113595392A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-02 | 南通大学 | 一种具有较高升压能力的三端口变换器及其控制方法 |
| CN113595392B (zh) * | 2021-08-20 | 2022-04-22 | 南通大学 | 一种具有较高升压能力的三端口变换器及其控制方法 |
| CN113691126A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 三峡大学 | 一种高增益软开关Boost变换器 |
| CN113691123A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 三峡大学 | 一种零电压关断零电流开通高增益Zeta变换器 |
| CN113691125A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 三峡大学 | 一种零电压关断零电流开通的高增益Sepic变换器 |
| CN113691124A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-11-23 | 三峡大学 | 一种零电压关断零电流开通高增益Cuk变换器 |
| CN113746324A (zh) * | 2021-08-23 | 2021-12-03 | 三峡大学 | 一种高增益软开关Buck-Boost变换器 |
| CN113691126B (zh) * | 2021-08-23 | 2023-10-27 | 三峡大学 | 一种高增益软开关Boost变换器 |
| CN113691125B (zh) * | 2021-08-23 | 2023-10-27 | 三峡大学 | 一种零电压关断零电流开通的高增益Sepic变换器 |
| CN113691124B (zh) * | 2021-08-23 | 2023-10-27 | 三峡大学 | 一种零电压关断零电流开通高增益Cuk变换器 |
| CN113746324B (zh) * | 2021-08-23 | 2023-10-27 | 三峡大学 | 一种高增益软开关Buck-Boost变换器 |
| CN113691123B (zh) * | 2021-08-23 | 2023-10-27 | 三峡大学 | 一种零电压关断零电流开通高增益Zeta变换器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113258774B (zh) | 2022-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113258774B (zh) | 一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器 | |
| CN111725993B (zh) | 一种高效Sepic软开关变换器及其控制方法 | |
| CN104980037B (zh) | 一种副边调整型定频谐振变换器及其控制方法 | |
| CN103095134A (zh) | 一种有源网络升压变换器 | |
| CN109450260B (zh) | 一种电容串接式交错并联反激电路 | |
| CN112701923B (zh) | 一种高增益Zeta DC-DC变换器 | |
| CN113746324B (zh) | 一种高增益软开关Buck-Boost变换器 | |
| CN114679808B (zh) | 一种宽输入电压的软开关n路均流LED输出电路 | |
| CN106100392B (zh) | 消除工频纹波高效率高功率因素ac/dc电源电路及其供电方法与控制方法 | |
| CN108712070B (zh) | 基于zcs pwm双向dc-dc cuk变换器、变换系统和方法 | |
| CN104113208B (zh) | 一种包括无损缓冲电路的交错并联Boost变换器 | |
| CN110829837B (zh) | 一种低电压应力ZVS高增益Boost变换器 | |
| CN110661424B (zh) | 一种高变压器利用率高增益反激式dc/dc变换器 | |
| CN113691123B (zh) | 一种零电压关断零电流开通高增益Zeta变换器 | |
| CN113691126B (zh) | 一种高增益软开关Boost变换器 | |
| CN109462334B (zh) | Dc/dc双向逆变电路及其控制方法 | |
| CN111682777B (zh) | 一种可避免储能电容反向充电的副边并联lcd正激变换器 | |
| CN113691124B (zh) | 一种零电压关断零电流开通高增益Cuk变换器 | |
| CN113346589A (zh) | 具有双向调压充放电功能的电池管理系统及管理方法 | |
| CN113691125B (zh) | 一种零电压关断零电流开通的高增益Sepic变换器 | |
| CN111900877A (zh) | 一种基于耦合电感和升压电容的软开关高增益直流变换器 | |
| CN110212768A (zh) | 一种高变比双向半桥倍流变换器 | |
| CN116827126B (zh) | 一种高增益升压变换器 | |
| CN204013220U (zh) | 一种包括无损缓冲电路的交错并联Boost变换器 | |
| CN115566903B (zh) | 一种buck半桥软开关多路均流LED输出变换器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20210813 Assignee: NANJING YANXU ELECTRICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: CHINA THREE GORGES University Contract record no.: X2023980039976 Denomination of invention: A High Gain Boost Converter with Zero Voltage Off and Zero Current On Granted publication date: 20220506 License type: Common License Record date: 20230823 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |