專利名稱：有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流-直流變換器。具體說是有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器。
背景技術(shù)：
常規(guī)的升壓型(Boost)交錯(cuò)并聯(lián)直流-直流變換器，包括兩個(gè)電感，兩個(gè)續(xù)流二極管，兩個(gè)功率開關(guān)管，第一功率開關(guān)管的漏極與第一二極管的陽極及第一電感的一端相連，第二功率開關(guān)管的漏極與第二二極管的陽極及第二電感的一端相連，第一電感的另一端與第二電感的另一端相連。這種升壓型交錯(cuò)并聯(lián)直流-直流變換器輸出電壓增益較小，功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力較大，功率開關(guān)管為硬開關(guān)工作，開關(guān)損耗較大，續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流較大，反向恢復(fù)損耗較大。近年來，相繼研究了一些軟開關(guān)電路，主要有兩種一種是通過附加有源功率開關(guān)和無源電感、電容等器件實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)；另一種是通過附加二極管和無源電感、電容等器件實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)。這兩種方法雖然可以實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)，但是外加電路復(fù)雜，而且不能降低功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力，也不能實(shí)現(xiàn)變換器的高增益功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供輸出電壓增益高，輸入電流紋波小，輸出電流紋波小，結(jié)構(gòu)簡單，且無能量損耗的有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器包括兩個(gè)功率開關(guān)管，兩個(gè)續(xù)流二極管、兩個(gè)耦合電感和兩個(gè)箝位開關(guān)管及兩個(gè)箝位電容，兩個(gè)耦合電感分別有三個(gè)繞組，第一耦合電感的第一繞組的一端與第二耦合電感的第一繞組的一端相連，第一耦合電感的第一繞組的另一端與第一功率開關(guān)管的漏極、第一耦合電感的第二繞組的一端及第一箝位開關(guān)管的源極相連，第一箝位開關(guān)管的漏極與第一箝位電容的一端相連，第一耦合電感的第二繞組的另一端與第二耦合電感的第三繞組的一端相連，第二耦合電感的第三繞組的另一端與第一續(xù)流二極管陽極相連，第二耦合電感的第一繞組的另一端與第二功率開關(guān)管的漏極、第二耦合電感的第二繞組的一端及第二箝位開關(guān)管的源極相連，第二箝位開關(guān)管的漏極與第二箝位電容的一端相連，第二耦合電感的第二繞組的另一端與第一耦合電感的第三繞組的一端相連，第一耦合電感的第三繞組的另一端與第二續(xù)流二極管陽極相連，第一續(xù)流二極管的陰極與第二續(xù)流二極管的陰極相連，第一箝位電容和第二箝位電容的另一端共同與第一功率開關(guān)管及第二功率開關(guān)管的源極相連，或者共同與第一耦合電感的第一繞組及第二耦合電感的第一繞組的接點(diǎn)相連，或者共同與第一續(xù)流二極管及第二續(xù)流二極管的陰極共接。
工作時(shí)，利用兩個(gè)耦合電感的第二、第三繞組實(shí)現(xiàn)了電路的高增益，由于第一功率開關(guān)管漏、源極間的并聯(lián)電容、第二功率開關(guān)管漏、源極間的并聯(lián)電容的存在，實(shí)現(xiàn)了第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷；第一、第二箝位電容收集第一耦合電感、第二耦合電感的漏感能量，并最終轉(zhuǎn)移到輸出端，實(shí)現(xiàn)了箝位電路的無損吸收。在整個(gè)開關(guān)周期中，通過控制第一功率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管、第一箝位開關(guān)管、第二箝位開關(guān)管的門極脈沖，可使第一、第二功率開關(guān)管、第一、第二箝位開關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓開通和零電壓關(guān)斷。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器，利用第一、第二耦合電感的第二、第三繞組實(shí)現(xiàn)了變換器的高增益輸出，利用第一、第二箝位開關(guān)管與第一、第二箝位電容組成的串聯(lián)電路分別無損的吸收和轉(zhuǎn)移了第一、第二耦合電感的漏感能量，并實(shí)現(xiàn)了第一、第二功率開關(guān)管的零電壓開通，利用第一、第二功率開關(guān)管的并聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)了第一、第二功率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷，利用第一、第二功率開關(guān)管和第一、第二箝位開關(guān)管的門極安排，實(shí)現(xiàn)了第一、第二箝位開關(guān)管的零電壓開通和零電壓關(guān)斷，無需額外的電感元件，從而附加元件少，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，無需額外的檢測電路，電路中無能量損耗元件，可提高變換器的輸出增益與電路效率，且換流過程中，功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)無電壓過沖，續(xù)流二極管關(guān)斷時(shí)無電流過沖。


圖1是一種有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器的電路圖；圖2是第二種有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器的電路圖；圖3是第三種有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器的電路圖；圖4是有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器的靜態(tài)工作波形圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，本發(fā)明的有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器，包括兩個(gè)功率開關(guān)管S1、S2，兩個(gè)箝位開關(guān)管Sc1、Sc2，兩個(gè)箝位電容Cc1、Cc2，兩個(gè)續(xù)流二極管Do1、Do2和兩個(gè)耦合電感，第一耦合電感有三個(gè)繞組L1a、L1b、L1c，第二耦合電感有三個(gè)繞組L2a、L2b、L2c，第一耦合電感的第一繞組L1a的一端與第二耦合電感的第一繞組L2a的一端相連，第一耦合電感的第一繞組L1a的另一端與第一功率開關(guān)管S1的漏極、第一箝位開關(guān)管Sc1的源極及第一耦合電感的第二繞組L1b的一端相連，第一箝位開關(guān)管Sc1的漏極與第一箝位電容Cc1的一端相連，第一耦合電感的第二繞組L1b的另一端與第二耦合電感的第三繞組L2c的一端相連，第二耦合電感的第三繞組L2c的另一端與第一續(xù)流二極管Do1陽極相連，第二耦合電感的第一繞組L2a的另一端與第二功率開關(guān)管S2的漏極、第二箝位開關(guān)管Sc2的源極及第二耦合電感的第二繞組L2b的一端相連，第二箝位開關(guān)管Sc2的漏極與第二箝位電容Cc2的一端相連，第二耦合電感的第二繞組L2b的另一端與第一耦合電感的第三繞組L1c的一端相連，第一耦合電感的第三繞組L1c的另一端與第二續(xù)流二極管Do2陽極相連，第一續(xù)流二極管Do1的陰極與第二續(xù)流二極管Do2的陰極相連，圖1所示具體實(shí)例中，第一箝位電容Cc1和第二箝位電容Cc2的另一端共同與第一功率開關(guān)管S1及第二功率開關(guān)管S2的源極相連。
或者也可以如圖2所示，第一、第二箝位電容Cc1、Cc2的另一端共同與第一耦合電感的第一繞組L1a及第二耦合電感的第一繞組L2a的接點(diǎn)相連。
或者也可以如圖3所示，第一、第二箝位電容Cc1、Cc2的另一端共同與第一續(xù)流二極管Do1及第二續(xù)流二極管Do2的陰極共接。
有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器存在四種工作過程(圖1～圖3所示變換器的工作過程相同)，第一功率開關(guān)管S1關(guān)斷與第一箝位開關(guān)管Sc1開通之間的換流和第一箝位開關(guān)管Sc1關(guān)斷與第一開關(guān)管S1開通之間的換流；第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷與第二箝位開關(guān)管Sc2開通之間的換流和第二箝位開關(guān)管Sc2關(guān)斷與第二功率開關(guān)管S2開通之間的換流。由于電路的對稱性，僅以第一功率開關(guān)管S1與第一箝位開關(guān)管Sc1之間的換流過程為例分析如下，靜態(tài)工作波形參見圖4。
第一功率開關(guān)管S1關(guān)斷，第一箝位開關(guān)管Sc1開通的換流過程換流之前，電路處于第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2開通，第一續(xù)流二極管Do1、第二續(xù)流二極管Do2關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)管S1關(guān)斷時(shí)，由于第一功率開關(guān)管S1上并聯(lián)電容的存在，第一功率開關(guān)管S1的電壓vds1從零開始以一定斜率線性上升，即第一功率開關(guān)管S1實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。第一功率開關(guān)管S1的電壓vds1上升到一定值時(shí)，第一箝位開關(guān)管Sc1的體內(nèi)二極管開通，第一箝位開關(guān)管Sc1的電壓vdsc1為零，第一耦合電感的漏感能量轉(zhuǎn)移到第一箝位電容Cc1上，第一箝位開關(guān)管Sc1的體內(nèi)二極管開通后，給出第一箝位開關(guān)Sc1的門極信號，實(shí)現(xiàn)了第一箝位開關(guān)管Sc1的零電壓開通。在這個(gè)過程，第一續(xù)流二極管Do1導(dǎo)通，耦合電感能量開始向電路的輸出端轉(zhuǎn)移。之后，電路進(jìn)入第一功率管S1關(guān)斷，第一箝位開關(guān)管Sc1開通，第一續(xù)流二極管Do1開通的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
第一箝位開關(guān)管Sc1關(guān)斷，第一功率開關(guān)管S1開通的換流過程第一箝位開關(guān)管Sc1關(guān)斷前，第一耦合電感的漏感與第一箝位電容Cc1諧振，第一續(xù)流二極管Do1處于導(dǎo)通的穩(wěn)定運(yùn)行工作狀態(tài)。第一箝位開關(guān)管Sc1關(guān)斷時(shí)，由于第一功率開關(guān)管S1上并聯(lián)電容的存在，第一箝位開關(guān)管Sc1電壓vdsc1從零開始以一定斜率線性上升，即第一箝位開關(guān)管Sc1實(shí)現(xiàn)了零電壓開通。第一耦合電感的漏感與第一功率開關(guān)管S1上并聯(lián)電容諧振，第一功率開關(guān)管S1上并聯(lián)電容能量向第一耦合電感的漏感轉(zhuǎn)移，第一功率開關(guān)管S1的電壓vds1從一定值開始以一定斜率下降，當(dāng)?shù)谝还β书_關(guān)管S1的電壓vds1下降到零時(shí)，第一功率開關(guān)管S1的體內(nèi)二極管開通，第一功率開關(guān)管S1的體內(nèi)二極管開通后，給出第一功率開關(guān)管S1門極信號，實(shí)現(xiàn)了第一功率開關(guān)管S1的零電壓開通。第一續(xù)流二極管Do1電流iDo1從一定值開始以一定斜率下降，當(dāng)?shù)谝焕m(xù)流二極管Do1電流iDo1下降到零時(shí)，第一續(xù)流二極管Do1關(guān)斷。這樣，第一續(xù)流二極管Do1的反向恢復(fù)電流為零，大大減小了第一續(xù)流二極管Do1帶來的反向恢復(fù)損耗。之后，電路進(jìn)入第一功率開關(guān)管S1導(dǎo)通，第一續(xù)流二極管Do1關(guān)斷的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器，包括兩個(gè)功率開關(guān)管(S1、S2)，兩個(gè)續(xù)流二極管(Do1、Do2)和兩個(gè)耦合電感，其特征是還包括兩個(gè)箝位開關(guān)管(Sc1、Sc2)及兩個(gè)箝位電容(Cc1、Cc2)，第一耦合電感有三個(gè)繞組(L1a、L1b、L1c)，第二耦合電感有三個(gè)繞組(L2a、L2b、L2c)，第一耦合電感的第一繞組(L1a)的一端與第二耦合電感的第一繞組(L2a)的一端相連，第一耦合電感的第一繞組(L1a)的另一端與第一功率開關(guān)管(S1)的漏極、第一箝位開關(guān)管(Sc1)的源極及第一耦合電感的第二繞組(L1b)的一端相連，第一箝位開關(guān)管(Sc1)的漏極與第一箝位電容(Cc1)的一端相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的另一端與第二耦合電感的第三繞組(L2c)的一端相連，第二耦合電感的第三繞組(L2c)的另一端與第一續(xù)流二極管(Do1)陽極相連，第二耦合電感的第一繞組(L2a)的另一端與第二功率開關(guān)管(S2)的漏極、第二箝位開關(guān)管(Sc2)的源極及第二耦合電感的第二繞組(L2b)的一端相連，第二箝位開關(guān)管(Sc2)的漏極與第二箝位電容(Cc2)的一端相連，第二耦合電感的第二繞組(L2b)的另一端與第一耦合電感的第三繞組(L1c)的一端相連，第一耦合電感的第三繞組(L1c)的另一端與第二續(xù)流二極管(Do2)陽極相連，第一續(xù)流二極管(Do1)的陰極與第二續(xù)流二極管(Do2)的陰極相連，第一箝位電容(Cc1)和第二箝位電容(Cc2)的另一端共同與第一功率開關(guān)管(S1)及第二功率開關(guān)管(S2)的源極相連，或者共同與第一耦合電感的第一繞組(L1a)及第二耦合電感的第一繞組(L2a)的接點(diǎn)相連，或者共同與第一續(xù)流二極管(Do1)及第二續(xù)流二極管(Do2)的陰極共接。
全文摘要
本發(fā)明公開的有源箝位零電壓軟開關(guān)高增益升壓型交錯(cuò)并聯(lián)變換器包括兩個(gè)功率開關(guān)管，兩個(gè)箝位開關(guān)管，兩個(gè)箝位電容，兩個(gè)續(xù)流二極管和兩個(gè)耦合電感，兩個(gè)耦合電感分別有三個(gè)繞組。本發(fā)明利用兩個(gè)耦合電感的第二、第三繞組實(shí)現(xiàn)了變換器的高增益輸出，利用兩個(gè)箝位開關(guān)管與兩個(gè)箝位電容組成的串聯(lián)電路分別無損的吸收和轉(zhuǎn)移了兩個(gè)耦合電感的漏感能量，并實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功率開關(guān)管的零電壓開通，利用第一、第二功率開關(guān)管的并聯(lián)電容實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功率開關(guān)管的零電壓關(guān)斷，利用第一、第二功率開關(guān)管和第一、第二箝位開關(guān)管的門極安排，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)箝位開關(guān)管的零電壓開通和零電壓關(guān)斷，電路中無能量損耗元件，結(jié)構(gòu)簡單，可提高升壓型交錯(cuò)并聯(lián)電路的效率。
文檔編號H02M3/156GK101022244SQ20071006752
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月5日
發(fā)明者何湘寧, 李武華 申請人:浙江大學(xué)