專利名稱：磁集成dc/dc變換升壓型傳輸比擴展電路及高升壓電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路，由線性電感和二極管的組合擴展構(gòu)成，利用該升壓型傳輸比擴展電路可構(gòu)成兩類升壓型傳輸比拓展的電路。
背景技術(shù)：
目前，公知的DC/DC變換技術(shù)中，能夠?qū)崿F(xiàn)升壓型傳輸?shù)碾娐钒˙oost變換器、Buck-Boost變換器、Cuck變換器等；以及由變壓器實現(xiàn)隔離和升壓傳輸?shù)恼?、反激、橋式、半橋及推挽型電路等?br> 為了提高電路的升壓型傳輸比(傳輸比定義為輸出端的電壓平均值Vo與輸入端的電壓平均值Vin之比，即M＝Vo/Vin)，無變壓器升壓電路就需要盡可能的提高功率管的占空比D(D定義為開關(guān)導通時間Ton與開關(guān)周期Ts之比，即D＝Ton/Ts)。以Boost變換器為例，在D＝0.8時，電路傳輸比為5；在D＝0.9時，傳輸比為10。但是在實際電路中，功率開關(guān)的占空比一般都只能做到0.9左右。
提高帶變壓器電路的傳輸比就要求變壓器的原副邊具有較高的匝數(shù)比，當變壓器的原副邊的工作電壓相差較大時，原邊就工作在低壓、大電流狀態(tài)；而副邊則工作在高壓、小電流狀態(tài)，這給變壓器的設計增加難度，而且變壓器雜散參數(shù)對電路運行影響相對也會較大。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免高匝數(shù)比變壓器的設計難度和變壓器雜散參數(shù)的影響，同時也為了提高占空比D受限的無變壓器電路的傳輸比，本發(fā)明提供一種DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路，該發(fā)明由線性電感和二極管的組合擴展構(gòu)成，并將該升壓型傳輸比擴展電路應用于傳統(tǒng)Boost變換器和Buck-Boost變換器中構(gòu)成兩類升壓型傳輸比拓展的電路；采用磁集成多繞組的耦合電感可以實現(xiàn)升壓型傳輸比擴展電路中多個電感的磁集成。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是利用線性電感和二極管的組合構(gòu)成升壓型傳輸比擴展電路，當擴展級數(shù)n＝2時，將其視為二端口網(wǎng)絡AB，內(nèi)部節(jié)點分別定義為E2和F2，其中A為電感L1和二極管D21陽極的交點；B為電感L2和二極管D23陰極的交點；內(nèi)部節(jié)點E2為電感L1和二極管D22、D23陽極的交點，內(nèi)部節(jié)點F2為電感L2和二極管D21、D22陰極的交點；當擴展級數(shù)n＝3時，將其視為二端口網(wǎng)絡AB，內(nèi)部節(jié)點分別定義為E2、E3和F2、F3，其中A為電感L1和二極管D21、D31陽極的交點；B為電感L3和二極管D23、D33陰極的交點；內(nèi)部節(jié)點E2為電感L1和二極管D22、D23陽極的交點；E3為電感L2和二極管D32、D33陽極的交點；內(nèi)部節(jié)點F2為電感L2和二極管D21、D22陰極的交點；F3為電感L3和二極管D31、D32陰極的交點；當擴展級數(shù)為n(2≤n≤500)時，將其視為二端口網(wǎng)絡AB，內(nèi)部節(jié)點分別定義為E2、E3……En和F2、F3……Fn，其中A為電感L1和二極管Dx1陽極的交點；B為電感Ln和二極管Dx3陰極的交點；內(nèi)部節(jié)點Ex為電感Lx-1、和二極管Dx2、Dx3陽極的交點，內(nèi)部節(jié)點Fx為電感Lx和二極管Dx1和Dx2陰極的交點(其中x＝2、3……n)；
升壓型傳輸比擴展電路二端口網(wǎng)絡AB實現(xiàn)擴展級數(shù)從n到n+1級，電感和二極管呈有規(guī)律遞增，即增加一個電感Ln+1和三個二極管(D(n+1)1、D(n+1)2、D(n+1)3)，就實現(xiàn)擴展級數(shù)從n到n+1級的擴展，它們和原有的n級升壓型傳輸比擴展電路的連接關(guān)系如下斷開Ln與節(jié)點B的連線，電感Ln和二極管D(n+1)2、D(n+1)3陽極的交點為En+1，電感Ln+1和二極管D(n+1)1、D(n+1)2陰極的交點為Fn+1，D(n+1)1的陽極和節(jié)點A相連，D(n+1)3的陰極和電感Ln+1的另一端與節(jié)點B相連；采用級數(shù)n＝2的升壓型傳輸比擴展電路應用于傳統(tǒng)Boost電路中，構(gòu)成同極性高升壓型傳輸比電路，此時變換器的傳輸比為M=21-D;]]>當升壓型傳輸比擴展電路級數(shù)n＝3時，同極性高升壓型傳輸比變換器的傳輸比將達到M=31-D;]]>當升壓型傳輸比擴展電路級數(shù)為n(2≤n≤500)時，同極性高升壓型傳輸比變換器的傳輸比將達到M=n1-D;]]>采用級數(shù)n＝2的升壓型傳輸比擴展電路應用于傳統(tǒng)Buck-Boost電路中構(gòu)成反極性高升壓型傳輸比電路，此時變換器的傳輸比為M=2D1-D;]]>當升壓型傳輸比擴展電路級數(shù)n＝3時，反極性高升壓型傳輸比變換器的傳輸比為，M=3D1-D;]]>當升壓型傳輸比擴展電路級數(shù)為n(2≤n≤500)時，反極性高升壓型傳輸比變換器的傳輸比為M=-nD1-D.]]>本發(fā)明的有益效果是利用線性電感和二極管的組合擴展構(gòu)成DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路。實現(xiàn)升壓型傳輸比擴展二端口網(wǎng)絡AB級數(shù)從n到n+1級擴展時，電感和二極管呈有規(guī)律遞增，即增加一個電感Ln+1和三個二極管(D(n+1)1、D(n+1)2、D(n+1)3)，就實現(xiàn)擴展級數(shù)從n到n+1級的擴展；而且不管擴展級數(shù)n取多大，二極管Dx1和Dx3耐壓值均為 而二極管Dx2耐壓值為Vin(其中x＝2、3……n)；將擴展級數(shù)為n(2≤n≤500)的DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路應用于傳統(tǒng)Boost變換器時，構(gòu)成同極性高升壓型傳輸比電路，此時傳輸比為M=n1-D;]]>而將擴展級數(shù)為n(2≤n≤500)的DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路應用于傳統(tǒng)Buck-Boost變換器時，構(gòu)成反極性高升壓型傳輸比電路，此時傳輸比為M=nD1-D;]]>采用磁集成多繞組的耦合電感可以實現(xiàn)升壓型傳輸比擴展電路中多個電感的磁集成。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是級數(shù)n＝2時的DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路；圖2是級數(shù)n＝3時的DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路；圖3是級數(shù)為n時的DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路；圖4是升壓型傳輸比擴展電路級數(shù)從n到n+1的擴展電路；圖5是級數(shù)n＝2時的同極性高升壓型傳輸比電路；圖6是級數(shù)n＝3時的同極性高升壓型傳輸比電路；圖7是級數(shù)為n時的同極性高升壓型傳輸比電路；圖8是級數(shù)n＝2時的反極性高升壓型傳輸比電路；圖9是級數(shù)n＝3時的反極性高升壓型傳輸比電路；圖10是級數(shù)為n時的反極性高升壓型傳輸比電路。
在上述圖中，Vin為輸入直流平均電壓(或電源電壓)，S為主功率開關(guān)，L1為升壓變換器基本電感，Lx為升壓型傳輸比擴展電路的擴展電感，Dx1、Dx2、Dx3為升壓型傳輸比擴展電路擴展二極管，(其中x＝2、3……n)，DFL為續(xù)流二極管，Co為輸出濾波電容，Z為負載，Vo為輸出平均電壓。
具體實施例方式
實施例1升壓型傳輸比擴展電路擴展級數(shù)n＝2，并將其視為二端口網(wǎng)絡AB，內(nèi)部節(jié)點分別定義為E2和F2(見圖1)，其中A為電感L1和二極管D21陽極的交點；B為電感L2和二極管D23陰極的交點；內(nèi)部節(jié)點E2為電感L1和二極管D22、D23陽極的交點，內(nèi)部節(jié)點F2為電感L2和二極管D21、D22陰極的交點。
實施例2升壓型傳輸比擴展電路擴展級數(shù)n＝3，并將其視為二端口網(wǎng)絡AB，內(nèi)部節(jié)點分別定義為E2、E3和F2、F3(見圖2)，其中A為電感L1和二極管D21、D31陽極的交點；B為電感L3和二極管D23、D33陰極的交點；內(nèi)部節(jié)點E2為電感L1和二極管D22、D23陽極的交點；E3為電感L2和二極管D32、D33陽極的交點；內(nèi)部節(jié)點F2為電感L2和二極管D21、D22陰極的交點；F3為電感L3和二極管D31、D32陰極的交點。
實施例3升壓型傳輸比擴展電路擴展級數(shù)為n(2≤n≤500)，并將其視為二端口網(wǎng)絡AB，內(nèi)部節(jié)點分別定義為E2、E3……En和F2、F3……Fn(見圖3)，其中A為電感L1和二極管Dx1陽極的交點；B為電感Ln和二極管Dx3陰極的交點；內(nèi)部節(jié)點Ex為電感Lx-1、和二極管Dx2、Dx3陽極的交點，內(nèi)部節(jié)點Fx為電感Lx和二極管Dx1和Dx2陰極的交點(其中x＝2、3……n)。
實施例4
升壓型傳輸比擴展電路二端口網(wǎng)絡AB實現(xiàn)擴展級數(shù)從n到n+1級的擴展，電感和二極管呈有規(guī)律遞增，即增加一個電感Ln+1和三個二極管(D(n+1)1、D(n+1)2、D(n+1)3)，就實現(xiàn)擴展級數(shù)從n到n+1級的擴展，它們和原有的n級升壓型傳輸比擴展電路的連接關(guān)系如下斷開Ln與節(jié)點B的連線，電感Ln和二極管D(n+1)2、D(n+1)3陽極的交點為En+1，電感Ln+1和二極管D(n+1)1、D(n+1)2陰極的交點為Fn+1，D(n+1)1的陽極和節(jié)點A相連，D(n+1)3的陰極和電感Ln+1的另一端與節(jié)點B相連(見圖4)。
實施例5將擴展級數(shù)n＝2的升壓型傳輸比擴展電路AB應用于傳統(tǒng)Boost電路中，構(gòu)成級數(shù)n＝2時的同極性高升壓型傳輸比電路。利用二端口AB替代傳統(tǒng)Boost電路中的電感，其中二端口網(wǎng)絡A節(jié)點和輸入直流電壓Vin的正極相連；而B節(jié)點和主功率開關(guān)S的集電極及續(xù)流二極管DFL的陽極相連；續(xù)流二極管DFL的陰極和輸出濾波電容Co及負載Z的一端相連；輸入直流電壓Vin的負極和主功率開關(guān)S的源極、輸出濾波電容Co及負載Z的另一端相連(見圖5)。此時變換器的傳輸比為M=21-D.]]>實施例6將擴展級數(shù)n＝3的升壓型傳輸比擴展電路AB應用于傳統(tǒng)Boost電路中，構(gòu)成級數(shù)n＝3時的同極性高升壓型傳輸比電路。利用二端口AB替代傳統(tǒng)Boost電路中的電感，其中二端口網(wǎng)絡A節(jié)點和輸入直流電壓Vin的正極相連；而B節(jié)點和主功率開關(guān)S的集電極及續(xù)流二極管DFL的陽極相連；續(xù)流二極管DFL的陰極和輸出濾波電容Co及負載Z的一端相連；輸入直流電壓Vin的負極和主功率開關(guān)S的源極、輸出濾波電容Co及負載Z的另一端相連(見圖6)。此時變換器的傳輸比為M=31-D.]]>實施例7將擴展級數(shù)為n(2≤n≤500)的升壓型傳輸比擴展電路AB應用于傳統(tǒng)Boost電路中，構(gòu)成級數(shù)為n的同極性高升壓型傳輸比電路。利用二端口AB替代傳統(tǒng)Boost電路中的電感，其中二端口網(wǎng)絡A節(jié)點和輸入直流電壓Vin的正極相連；而B節(jié)點和主功率開關(guān)S的集電極及續(xù)流二極管(DFL)的陽極相連；續(xù)流二極管DFL的陰極和輸出濾波電容Co及負載Z的一端相連；輸入直流電壓Vin的負極和主功率開關(guān)S的源極、輸出濾波電容Co及負載Z的另一端相連(見圖7)。此時變換器的傳輸比為M=n1-D.]]>實施例8將擴展級數(shù)n＝2的升壓型傳輸比擴展電路AB應用于傳統(tǒng)Buck-Boost電路中，構(gòu)成級數(shù)n＝2時的反極性高升壓型傳輸比電路。利用二端口AB替代傳統(tǒng)Buck-Boost電路中的電感，其中二端口網(wǎng)絡A節(jié)點和主功率開關(guān)S的源極及續(xù)流二極管DFL的陰極相連；而B節(jié)點和輸入直流電壓Vin的負極、輸出濾波電容Co及負載一端相連；輸入直流電壓Vin和主功率開關(guān)S的集電極相連；續(xù)流二極管DFL的陽極和輸出濾波電容Co及負載的另一端相連(見圖8)。此時變換器的傳輸比為M=2D1-D.]]>實施例9將擴展級數(shù)n＝3的升壓型傳輸比擴展電路AB應用于傳統(tǒng)Buck-Boost電路中，構(gòu)成級數(shù)n＝3時的反極性高升壓型傳輸比電路。利用二端口AB替代傳統(tǒng)Buck-Boost電路中的電感，其中二端口網(wǎng)絡A節(jié)點和主功率開關(guān)S的源極及續(xù)流二極管DFL的陰極相連；而B節(jié)點和輸入直流電壓Vin的負極、輸出濾波電容Co及負載一端相連；輸入直流電壓Vin和主功率開關(guān)S的集電極相連；續(xù)流二極管DFL的陽極和輸出濾波電容Co及負載的另一端相連(見圖9)。此時變換器的傳輸比為M=-3D1-D.]]>實施例10將擴展級數(shù)為n(2≤n≤500)升壓型傳輸比擴展電路AB應用于傳統(tǒng)Buck-Boost電路中，構(gòu)成級數(shù)為n反極性高升壓型傳輸比電路。利用二端口AB替代傳統(tǒng)Buck-Boost電路中的電感，其中二端口網(wǎng)絡A節(jié)點和主功率開關(guān)S的源極及續(xù)流二極管DFL的陰極相連；而B節(jié)點和輸入直流電壓Vin的負極、輸出濾波電容Co及負載一端相連；輸入直流電壓Vin和主功率開關(guān)S的集電極相連；續(xù)流二極管DFL的陽極和輸出濾波電容Co及負載的另一端相連(見圖10)。此時變換器的傳輸比為M=-nD1-D.]]>
權(quán)利要求
1.一種DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路，其特征是采用線性電感和二極管的組合擴展，擴展級數(shù)n的取值范圍為2≤n≤500，構(gòu)成升壓型傳輸比擴展電路的二端口網(wǎng)絡AB，其中A為電感L1和二極管Dx1陽極的交點；B為電感Ln和二極管Dx3陰極的交點；將電感Lx1、二極管Dx2陽極和Dx3陽極的交點定義為節(jié)點Ex，電感Lx、二極管Dx-1陰極和Dx2陰極的交點定義為節(jié)點Fx，Ex和Fx為二端口網(wǎng)絡AB的內(nèi)部節(jié)點(其中x＝2、3……n)；實現(xiàn)升壓型傳輸比擴展電路二端口網(wǎng)絡AB從級數(shù)n到n+1擴展時，電感和二極管呈有規(guī)律遞增，即增加一個電感Ln+1和三個二極管(D(n+1)1、D(n+1)2、D(n+1)3)，就實現(xiàn)擴展級數(shù)從n到n+1級的擴展，它們和原有的n級升壓型傳輸比擴展電路的連接關(guān)系如下斷開Ln與節(jié)點B的連接線，電感Ln和二極管D(n+1)2、D(n+1)3陽極的交點為En+1，電感Ln+1和二極管D(n+1)1、D(n+1)2陰極的交點為Fn+1，D(n+1)1的陽極和節(jié)點A相連，D(n+1)3的陰極和電感Ln+1的另一端與節(jié)點B相連；根據(jù)線性電感和二極管所擴展的級數(shù)n的不同，實現(xiàn)升壓型傳輸比的擴展，而且不管擴展級數(shù)n取多大，升壓型傳輸比擴展電路中的各線性電感Lx均與升壓變換器基本電感L1取值相等，即L1＝Lx；二極管Dx1和Dx3耐壓值均為 而二極管Dx2耐壓值為Vin(其中x＝2、3……n)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路，其特征是采用升壓型傳輸比擴展電路二端口網(wǎng)絡AB替代傳統(tǒng)Boost電路中的電感，其中二端口網(wǎng)絡A節(jié)點和輸入直流電壓(Vin)的正極相連；而B節(jié)點和主功率開關(guān)(S)的集電極及續(xù)流二極管(DFL)的陽極相連；續(xù)流二極管(DFL)的陰極和輸出濾波電容(Co)及負載(Z)的一端相連；輸入直流電壓(Vin)的負極和主功率開關(guān)(S)的源極、輸出濾波電容(Co)及負載(Z)的另一端相連；即構(gòu)成了同極性高升壓型傳輸比電路，當升壓型傳輸比擴展電路級數(shù)為n(2≤n≤500)時，電路的傳輸比為M=n1-D.]]>
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路，其特征是采用升壓型傳輸比擴展電路二端口網(wǎng)絡AB替代傳統(tǒng)Buck-Boost電路中的電感，其中二端口網(wǎng)絡A節(jié)點和主功率開關(guān)(S)的源極及續(xù)流二極管(DFL)的陰極相連；而B節(jié)點和輸入直流電壓(Vin)的負極、輸出濾波電容(Co)及負載一端相連；輸入直流電壓(Vin)和主功率開關(guān)(S)的集電極相連；續(xù)流二極管(DFL)的陽極和輸出濾波電容(Co)及負載的另一端相連；即構(gòu)成了反極性高升壓型傳輸比電路，當升壓型傳輸比擴展電路級數(shù)為n(2≤n≤500)時，電路的傳輸比為M=-nD1-D.]]>
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路，其特征是升壓型傳輸比擴展電路中的各線性電感L1、L2……Ln可以按磁集成原理將各電感繞組繞制在同一個磁芯體上，形成磁集成多繞組的線性耦合電感。
全文摘要
一種磁集成DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路及高升壓型傳輸比電路，實現(xiàn)升壓型傳輸比擴展二端口網(wǎng)絡AB級數(shù)從n到n+1級擴展時，電感和二極管呈有規(guī)律遞增，即增加一個電感和三個二極管，就實現(xiàn)從n到n+1級的擴展；將擴展級數(shù)為n(2≤n≤500)的DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路應用于傳統(tǒng)Boost變換器時，構(gòu)成同極性高升壓型傳輸比電路，此時傳輸比為M=n/(1－D)；而將擴展級數(shù)為n(2≤n≤500)的DC/DC變換升壓型傳輸比擴展電路應用于傳統(tǒng)Buck－Boost變換器時，構(gòu)成反極性高升壓型傳輸比電路，此時傳輸比為M=-(nD)/(1－D)；采用磁集成多繞組的耦合電感可以實現(xiàn)升壓型傳輸比擴展電路中多個電感的磁集成。
文檔編號H02M3/08GK1595778SQ20041004917
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月19日
發(fā)明者鄔偉揚, 孫孝峰, 金曉毅 申請人:燕山大學