CN204068701U - 一种非隔离型高降压比dc/dc变换器 - Google Patents

一种非隔离型高降压比dc/dc变换器 Download PDF

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Abstract

一种非隔离型高降压比DC/DC变换器，包含电感L1、L2，二极管D1、D2，开关管S1、降压模块；第一电感L1的一端、第二电感L2的一端分别接第一二极管D1阴极、第二二极管D2的阴极；第一电感L1另一端、第二电感L2的另一端同时接变换器输出端u0的正极，第一二极管D1、第二二极管D2的阳极接输入电源uin的负极；变换器输出端u0的负极与输入电源uin的负极相连；变换器输出端uin的正极和负极之间还接有输出滤波电容Co。本实用新型一种非隔离型高降压比DC/DC变换器，不含有变压器和耦合电感，EMI特性好，电路拓扑简单。

Description

一种非隔离型高降压比DC/DC变换器
技术领域
本实用新型涉及一种直流-直流变换器，具体说是一种非隔离型高降压比DC/DC变换器。
背景技术
在现有技术中，基本的降压型(Buck)变换器在理论上当占空比D趋于零时，变换器的降压比也趋于零，但在实际应用中存在以下问题：①、器件电压、电流应力大；②、开关损耗损耗大，导致变换效率低；③、dv/dt大，导致EMI严重；④、抗输入电压扰动能力及动态性能差。在一些输入输出电压差较大的场合，其输入输出降压能力难以满足要求，如；计算机中CPU的供电电源，水下潜航器直流供电系统等。
目前实现高降压比变换的方式通常有两种：①、借助于变压器：如反激变换器、单端正激变换器、半桥变换器、全桥变换器等，但与Buck变换器相比，拓扑结构复杂，变压器漏感导致器件应力增加、电磁干扰严重等问题。②、利用耦合电感：这类方案拓扑结构简单，但由于漏感的存在，同样导致器件应力大、电磁干扰问题突出。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本实用新型解决现有非隔离型降压变换器存在降压能力不够，工作效率及功率密度不高等问题；提供一种具备高降压能力的非隔离型直流-直流变换器。
本实用新型采取的技术方案为：
一种非隔离型高降压比DC/DC变换器，包含电感L1、L2，二极管D1、D2，开关管S1、降压模块； 第一电感L1的一端、第二电感L2的一端分别接第一二极管D1阴极、第二二极管D2的阴极；第一电感L1另一端、第二电感L2的另一端同时接变换器输出端u0的正极，第一二极管D1、第二二极管D2的阳极接输入电源uin的负极；变换器输出端u0的负极与输入电源uin的负极相连；变换器输出端uin的正极和负极之间还接有输出滤波电容Co；第一电感L1的另一端接降压模块的第二接口，第二电感L2的另一端接降压模块的第三接口，降压模块的第一接口通过第一功率开关S1接输入电源uin的正极；其中降压模块的第一接口与第一功率开关S1的源极相连，第一功率开关S1的漏极与输入电源uin的正极相连；
开关管S1的栅极接控制器。
所述降压模块由多个降压单元组成，所述降压单元是由一个开关管和一个电容构成的具有三个端口的单元，其中电容的一端作为第二端口，电容的另一端与开关管漏极的节点作为第一端口，开关管的源极作为第三端口。
所述降压模块为n个降压单元组合而成；n个降压单元按顺序交错接入，即：第n个降压单元的第一端口接第n－1个降压单元的第三端口，第n个降压单元的第三端口接第n－1个降压单元的第二端口，以此类推，一直到n个降压单元；n为自然数，取值范围为                                                。
相比现有技术，本实用新型一种非隔离型高降压比DC/DC变换器，技术效果如下：
1）、本实用新型利用所提降压模块可以实现高降压变换，且降压模块中降压单元数可根据实际应用场合的需要进行调节，应用范围广。
2）、本实用新型电路中开关器件的电压应力低，可以选择成本低，开关性能好的低耐压开关器件，提高电路工作性能。
3）、与现有的高降压变换器相比，不含有变压器和耦合电感，EMI特性好，电路拓扑简单。
附图说明
图1是本实用新型非隔离型高降压比直流变换器一实施例的电路原理图。
图2是本实用新型所述降压模块电路图。
图3是本实用新型所述降压模块的单个降压单元电路图。
具体实施方式
如图1所示，一种非隔离型高降压比DC/DC变换器，由高压输入电源和DC/DC降压模块组成；该变换器包含两个电感L1、L2，两个二极管D1、D2，一个开关管S1和降压模块：3个开关管S2、S3、S4； 3个电容：C2、C3、C4构成。
第一电感L1的一端、第二电感L2的一端分别接第一二极管D1阴极、第二二极管D2的阴极。第一电感L1另一端、第二电感L2的另一端同时接变换器输出端u0的正极，第一二极管D1、第二二极管D2的阳极接输入电源uin的负极；变换器输出端u0的负极与输入电源uin的负极相连；变换器输出端uin的正极和负极之间还接有输出滤波电容Co。
第一电感L1的另一端还接降压模块的第二接口②，第二电感L2的另一端还接降压模块的第三接口③，降压模块的第一接口①经过第一功率开关S1接输入电源uin的正极；其中降压模块的第一接口①与第一功率开关S1的源极相连，第一功率开关S1的漏极与输入电源uin的正极相连。其中，降压模块由3个降压单元组成。如图2所示。
如图3所示，所述降压单元是由一个开关管S和一个电容C构成的具有三个端口的单元，其中电容的一端作为第二端口②，电容的另一端与开关管漏极的节点作为第一端口①，开关管的源极作为第三端口③。
所述降压模块为3个单元组合而成，3个降压单元按顺序交错接入，即：第3个降压单元的第一端口接第2个降压单元的第三端口，第3个降压单元的第三端口接第2个降压单元的第二端口，以此类推。
各功率开关的栅极分别接各自的控制器。
本实用新型一种非隔离型高降压比DC/DC变换器，相比于传统的Buck降压变换器具有4倍的降压比。该变换器输入端连接高压电压供电端，输出电压为可控的低压直流电。
根据功率开关状态的不同，可以将电路分为3种工作状态：
（1）、控制器控制功率开关S1、S3导通，功率开关S2、S4关断，此时输入电源uin通过功率开关S1，向电容C2、C4，电感L1及输出滤波电容Co充电，同时也向负载R供电；电容C3通过功率开关S3及二极管D2，向电容C4，电感L1及输出滤波电容Co充电，同时也向负载R供电；电感L2通过二极管D2续流，同时向输出滤波电容Co和负载R供电；在该过程中，电容C2、C4及电感L1处于充电状态，电容C3及电感L2处于放电状态，开关管S2、S4及二极管D1均关断。
（2）、控制器控制功率开关S2、S4导通，功率开关S1、S3关断，此时电容C2、C4通过功率开关S2及二极管D1，向电容C3、电感L2及输出滤波电容Co充电，并向负载R供电；同时电容C4还通过功率开关S4及二极管D1，向电感L2及输出滤波电容Co充电，并向负载R供电；电感L1通过二极管D1续流，同时向输出滤波电容Co和负载R供电；在该过程中，电容C2、C4及电感L1处于放电状态，电容C3及电感L2处于充电状态，开关管S1、S3及二极管D2均关断。
（3）、功率开关均关断，此时电感L1通过二极管D1续流，电感L2通过二极管D2续流，并同时向输出滤波电容Co和负载R供电；功率开关S1、S2、S3、S4均关断，输入电源uin及电容C2、C3、C4上均没有电流流过。
在本实用新型的具体实施方式中，功率开关根据实际系统中的输入电压和降压模块内降压单元的数量而选择不同电压应力的开关器件，相比传统方案具有电压应力低的特点。
本实用新型使用的功率开关为开关器件，功率开关的开启与关闭受到控制器的控制，上述具有4倍于传统Buck变换器降压能力的直流变换器，由控制器控制奇偶次功率开关采用交错控制策略，即序号为奇数的开关和序号为偶数的开关驱动相位之间相差180o，其占空比大小根据输入输出关系决定。
综上所述，该电路拓扑结构简单，降压能力强，适合应用于一些输入输出电压差较大的应用场合。图2中开关管漏源极之间的二极管为开关管自带的体二极管，再此仅只是一个MOS管的例子而已，也可选择其它全控型器件。
本实用新型的上述实施范例仅仅是为说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种非隔离型高降压比DC/DC变换器，包含电感L1、L2，二极管D1、D2，开关管S1、降压模块；其特征在于，第一电感L1的一端、第二电感L2的一端分别接第一二极管D1阴极、第二二极管D2的阴极；第一电感L1另一端、第二电感L2的另一端同时接变换器输出端u0的正极，第一二极管D1、第二二极管D2的阳极接输入电源uin的负极；变换器输出端u0的负极与输入电源uin的负极相连；变换器输出端uin的正极和负极之间还接有输出滤波电容Co；
第一电感L1的另一端接降压模块的第二接口，第二电感L2的另一端接降压模块的第三接口，降压模块的第一接口通过第一功率开关S1接输入电源uin的正极；其中降压模块的第一接口与第一功率开关S1的源极相连，第一功率开关S1的漏极与输入电源uin的正极相连；
开关管S1的栅极接控制器。
2.根据权利要求1所述一种非隔离型高降压比DC/DC变换器，其特征在于，所述降压模块由多个降压单元组成，所述降压单元是由一个开关管和一个电容构成的具有三个端口的单元，其中电容的一端作为第二端口，电容的另一端与开关管漏极的节点作为第一端口，开关管的源极作为第三端口。
3.根据权利要求1所述一种非隔离型高降压比DC/DC变换器，其特征在于，所述降压模块为n个降压单元组合而成；n个降压单元按顺序交错接入，即：第n个降压单元的第一端口接第n－1个降压单元的第三端口，第n个降压单元的第三端口接第n－1个降压单元的第二端口，以此类推，一直到n个降压单元；n为自然数，取值范围为                                                。
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