CN1976192A - 无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器，包括两个功率开关管，两个箝位二极管，两个箝位电容，两个续流二极管和两个耦合电感，两个耦合电感分别有三个绕组，本发明利用了两个耦合电感的漏感来实现功率开关管的零电流开通，利用箝位二极管和箝位电容组成的无源箝位电路实现了功率开关管的软关断和漏感能量的无损转移，利用两个耦合电感的第二、第三绕组实现了变换器的高增益输出，无需额外的功率开关和电感元件，附件元件少，结构简单，控制方便，电路中无能量损耗元件，可提高升压型交错并联电路的效率，且换流过程中，功率开关管关断时无电压过冲，续流二极管开通时无电流过冲。

Description

无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器
技术领域
本发明涉及一种直流—直流变换器。具体说是无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器。
背景技术
常规的升压型(Boost)交错并联直流—直流变换器，包括两个电感，两个续流二极管，两个功率开关管，第一功率开关管的漏极与第一二极管的阳极及第一电感的一端相连，第二功率开关管的漏极与第二二极管的阳极及第二电感的一端相连，第一电感的另一端与第二电感的另一端相连。这种升压型交错并联直流—直流变换器输出电压增益较小，功率开关管的电压应力较大，功率开关管为硬开关工作，开关损耗较大，续流二极管的反向恢复电流较大，反向恢复损耗较大。近年来，相继研究了一些软开关电路，主要有两种：一种是通过附加有源功率开关和无源电感、电容等器件实现功率开关管的软开关；另一种是通过附加二极管和无源电感、电容等器件实现功率开关管的软开关。这两种方法的虽然可以实现功率开关管的软开关，但是外加电路复杂，而且不能降低功率开关管的电压应力，也不能实现变换器的高增益功能。
发明内容
本发明的目的是提供输出电压增益高，输入电流纹波小，输出电流纹波小，功率开关管数量少，结构简单，且无能量损耗的无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器。
本发明的技术解决方案是：无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器包括两个功率开关管，两个箝位二极管，两个箝位电容，两个续流二极管和两个耦合电感，两个耦合电感分别有三个绕组，第一耦合电感的第一绕组的一端与第二耦合电感的第一绕组的一端相连，第一耦合电感的第一绕组的另一端与第一功率开关管的源极及第一箝位二极管的阳极相连，第一箝位二极管的阴极与第一箝位电容的一端及第一耦合电感的第二绕组的一端相连，第一耦合电感的第二绕组的另一端与第二耦合电感的第三绕组的一端相连，第二耦合电感的第三绕组的另一端与第一续流二极管阳极相连，第二耦合电感的第一绕组的另一端与第二功率开关管的源极及第二箝位二极管的阳极相连，第二箝位二极管的阴极与第二箝位电容的一端及第二耦合电感的第二绕组的一端相连，第二耦合电感的第二绕组的另一端与第一耦合电感的第三绕组的一端相连，第一耦合电感的第三绕组的另一端与第二续流二极管阳极相连，第一续流二极管的阴极与第二续流二极管的阴极相连，第一箝位电容和第二箝位电容的另一端共同与第一功率开关管及第二功率开关管的漏极相连，或者共同与第一耦合电感的第一绕组及第二耦合电感的第一绕组的接点相连，或者共同与第一续流二极管及第二续流二极管的阴极共接。
工作时，利用两个耦合电感的漏感实现第一功率开关管、第二功率开关管的零电流开通以及第一、第二两个续流二极管的软关断；第一功率开关管和第二功率开关管关断时，由于第一箝位二极管、第一箝位电容和第二箝位二极管、第二箝位电容的存在，实现了第一功率开关管和第二功率开关管的软箝位关断。同时，每个开关周期第一箝位电容、第二箝位电容收集第一耦合电感、第二耦合电感的漏感能量，并最终转移到负载，实现了无源箝位电路的无损运行。
本发明的无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器，利用了两个耦合电感的漏感来实现功率开关管的零电流开通，利用箝位二极管和箝位电容组成的无源箝位电路实现了功率开关管的软关断和漏感能量的无损转移，利用两个耦合电感的第二、第三绕组实现了变换器的高增益输出，无需额外的功率开关和电感元件，附件元件少，结构简单，控制方便，电路中无能量损耗元件，可提高升压型交错并联电路的效率，且换流过程中，功率开关管关断时无电压过冲，续流二极管开通时无电流过冲。
附图说明
图1是第一种无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器的电路图；
图2是第二种无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器的电路图；
图3是第三种无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器的电路图；
图4是无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器的静态工作波形图。
具体实施方式
参见图1，本发明的无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器，包括两个功率开关管S1、S2，两个箝位二极管Dc1、Dc2，两个箝位电容Cc1、Cc2，两个续流二极管Do1、Do2和两个耦合电感，第一耦合电感有三个绕组L1a、L1b、L1c，第二耦合电感有三个绕组L2a、L2b、L2c，第一耦合电感的第一绕组L1a的一端与第二耦合电感的第一绕组L2a的一端相连，第一耦合电感的第一绕组L1a的另一端与第一功率开关管S1的源极及第一箝位二极管Dc1的阳极相连，第一箝位二极管Dc1的阴极与第一箝位电容Cc1的一端及第一耦合电感的第二绕组L1b的一端相连，第一耦合电感的第二绕组L1b的另一端与第二耦合电感的第三绕组L2c的一端相连，第二耦合电感的第三绕组L2c的另一端与第一续流二极管Do1阳极相连，第二耦合电感的第一绕组L2a的另一端与第二功率开关管S2的源极及第二箝位二极管Dc2的阳极相连，第二箝位二极管Dc2的阴极与第二箝位电容Cc2的一端及第二耦合电感的第二绕组L2b的一端相连，第二耦合电感的第二绕组L2b的另一端与第一耦合电感的第三绕组L1c的一端相连，第一耦合电感的第三绕组L1c的另一端与第二续流二极管Do2阳极相连，第一续流二极管Do1的阴极与第二续流二极管Do2的阴极相连，图1所示具体实例中，第一、第二箝位电容Cc1、Cc2的另一端共同与第一功率开关管S1的漏极及第二功率开关管S2的漏极相连。
或者也可以如图2所示，第一、第二箝位电容Cc1、Cc2的另一端共同与第一耦合电感的第一绕组L1a及第二耦合电感的第一绕组L2a的接点相连。
或者也可以如图3所示，第一、第二箝位电容Cc1、Cc2的另一端共同与第一续流二极管Do1及第二续流二极管Do2的阴极共接。
无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器存在八种工作过程(图1～图3所示变换器的工作过程相同)，即第一功率开关管S1关断与第一箝位二极管Dc1开通之间的换流；第一续流二极管Do1开通过程；第一箝位二极管Dc1关断过程；第一续流二极管Do1关断与第一功率开关管S1开通之间的换流；第二功率开关管S2关断与第二箝位二极管Dc2开通之间的换流；第二续流二极管Do2开通过程；第二箝位二极管Dc2关断过程；第二续流二极管Do2关断与第二功率开关管S2开通之间的换流。由于电路的对称性，仅以第一功率开关管S1与第一箝位二极管Dc1及第一续流二极管Do1之间的换流过程为例分析如下，静态工作波形参见图4：
第一功率开关管S1关断与第一箝位二极管Dc1开通之间的换流：
换流前，电路处于第一功率开关管S1、第二功率开关管S2导通，第一箝位二极管Dc1、第二箝位二极管Dc2关断，第一续流二极管Do1、第二续流二极管Do2关断的稳定工作状态。当第一功率开关管S1关断时，第一功率开关管S1上电压迅速上升、第一箝位二极管Dc1两端的电压迅速下降至零，第一箝位二极管Dc1开通，由于第一箝位电容Cc1的作用，第一功率开关管S1两端的电压被箝位为一定电压值，实现了第一功率开关管S1的软箝位关断。
第一续流二极管Do1开通过程：
第一箝位二极管Dc1开通后，第一箝位电容Cc1上的电压从一定值以一定斜率线性上升，第一续流二极管Do1两端的电压线性下降到零，第一续流二极管Do1开通。电路进入第一功率开关管S1关断，第一箝位二极管Dc导通，第一续流二极管Do1导通的稳定工作状态。
第一箝位二极管Dc1关断过程：
第一续流二极管Do1导通后，第一耦合电感的能量向负载转移，第一箝位二极管Dc1上的电流以一定的斜率线性下降，当第一箝位二极管Dc1上的电流下降到零时，第一箝位二极管Dc1自然关断。电路进入第一功率开关管S1关断，第一箝位二极管Dc关断，第一续流二极管Do1导通，第一箝位电容Cc1上能量向负载转移的稳定工作状态。
第一续流二极管Do1关断与第一功率开关管S1开通之间的换流过程：
第一续流二极管Do1关断前，第一耦合电感的漏感电流为零，当第一功率开关管S1开通时，第一功率开关管S1的电流从零以一定斜率线性上升，实现了第一功率开关管S1的零电流开通，第一续流二极管Do1的电流以一定的斜率线性下降，当第一续流二极管Do1的电流下降到零时，第一续流二极管Do1关断。这样，减小了第一续流二极管Do1的反向恢复电流，减小了第一续流二极管Do1导致的反向恢复损耗。

Claims (1)

1.无源箝位软开关高增益升压型交错并联变换器，包括两个功率开关管(S1、S2)，两个箝位二极管(Dc1、Dc2)，两个箝位电容(Cc1、Cc2)，两个续流二极管(Do1、Do2)和两个耦合电感，其特征是第一耦合电感有三个绕组(L1a、L1b、L1c)，第二耦合电感有三个绕组(L2a、L2b、L2c)，第一耦合电感的第一绕组(L1a)的一端与第二耦合电感的第一绕组(L2a)的一端相连，第一耦合电感的第一绕组(L1a)的另一端与第一功率开关管(S1)的源极及第一箝位二极管(Dc1)的阳极相连，第一箝位二极管(Dc1)的阴极与第一箝位电容(Cc1)的一端及第一耦合电感的第二绕组(L1b)的一端相连，第一耦合电感的第二绕组(L1b)的另一端与第二耦合电感的第三绕组(L2c)的一端相连，第二耦合电感的第三绕组(L2c)的另一端与第一续流二极管(Do1)阳极相连，第二耦合电感的第一绕组(L2a)的另一端与第二功率开关管(S2)的源极及第二箝位二极管(Dc2)的阳极相连，第二箝位二极管(Dc2)的阴极与第二箝位电容(Cc2)的一端及第二耦合电感的第二绕组(L2b)的一端相连，第二耦合电感的第二绕组(L2b)的另一端与第一耦合电感的第三绕组(L1c)的一端相连，第一耦合电感的第三绕组(L1c)的另一端与第二续流二极管(Do2)阳极相连，第一续流二极管(Do1)的阴极与第二续流二极管(Do2)的阴极相连，第一箝位电容(Cc1)和第二箝位电容(Cc2)的另一端共同与第一功率开关管(S1)及第二功率开关管(S2)的漏极相连，或者共同与第一耦合电感的第一绕组(L1a)及第二耦合电感的第一绕组(L2a)的接点相连，或者共同与第一续流二极管(Do1)及第二续流二极管(Do2)的阴极共接。
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