專利名稱：隔離型有源箝位交錯并聯(lián)升壓型變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流一直流變換器，具體說是隔離型有源箝位交錯并聯(lián)升壓型 變換器。
技術(shù)背景常規(guī)的反激型(Flyback)交錯并聯(lián)直流一直流變換器，包括兩個耦合電感，兩 個續(xù)流二極管，兩個功率開關(guān)管， 一個輸出電容，兩個耦合電感分別具有兩個 繞組，第一功率開關(guān)管的漏極與第一耦合電感的第一繞組的一端相連，第二功 率開關(guān)管的漏極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 繞組的另一端與第二耦合電感的第一繞組的另一端相連，第一耦合電感的第二 繞組的一端與第一續(xù)流二極管的陽極相連，第二耦合電感的第二繞組的一端與 第二續(xù)流二極管的陽極相連，第一續(xù)流二極管的陰極與第二續(xù)流二極管的陰極 及輸出電容的一端相連，第一耦合電感的第二繞組的另一端與第二耦合電感的 第二繞組的另 一端及輸入電容的另 一端相連。這種反激型交錯并聯(lián)直流一直流變換器為硬開關(guān)工作，開關(guān)損耗大，能夠 實現(xiàn)輸入電壓的寬范圍調(diào)節(jié)，但是輸出電壓增益不夠大，漏感能量導致第一功 率開關(guān)管、第二功率開關(guān)管的電壓尖峰，效率較低。近年來，相繼研究了一些 隔離型高增益升壓型拓撲，其中一種拓撲在電流型橋式電路的基礎(chǔ)上，增加由 輔助功率開關(guān)管和電容組成的串聯(lián)電路實現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)，但是該拓撲 需要的功率開關(guān)管數(shù)量多，功率開關(guān)管的電流應(yīng)力較大，另一種是諧振式變換 拓撲，該拓撲能夠?qū)崿F(xiàn)軟開關(guān)，但是流過諧振電容的電流很大。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供功率開關(guān)管數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且無能量損 耗的隔離型有源箝位交錯并聯(lián)升壓型變換器。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，隔離型有源箝位交錯并聯(lián)升壓型變換器包括兩 個功率開關(guān)管，兩個續(xù)流二極管， 一個輔助功率開關(guān)管， 一個箝位電容， 一個 輸出電容和兩個耦合電感，第一耦合電感有三個繞組，第二耦合電感有三個繞 組，第一功率開關(guān)管的漏極與第一耦合電感的第一繞組的一端相連，第一功率 開關(guān)管的源極與第二耦合電感的第一繞組的一端相連，第二功率開關(guān)管的源極 與第二耦合電感的第一繞組的另一端相連，第二功率開關(guān)管的漏極與第一耦合 電感的第一繞組的另一端相連，第一耦合電感的第二繞組的一端與第二耦合電感的第三繞組的一端相連，第二耦合電感的第二繞組的一端與第一耦合電感的 第三繞組的一端相連，第一耦合電感的第二繞組的另一端和第二耦合電感的第 二繞組的另一端共同與輸出電容的負端相連，，第一耦合電感的第三繞組的另一 端與第二續(xù)流二極管的陽極相連，第二耦合電感的第三繞組的另一端與第一續(xù) 流二極管的陽極相連，第一續(xù)流二極管的陰極與第二續(xù)流二極管的陰極及輸出 電容的正端相連，在第二功率開關(guān)管的源極與第一功率開關(guān)管的漏極之間接入 由輔助功率開關(guān)管與箝位電容組成的串聯(lián)電路，且輔助開關(guān)管的漏極與第二功 率開關(guān)管的源極相連。工作時，利用兩個耦合電感的第三繞組拓展了電路的電壓增益；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；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)移到輸入端，實現(xiàn)了箝位 電路的無損吸收。在整個開關(guān)周期中，通過控制第一功率開關(guān)管、第二功率開 關(guān)管、輔助開關(guān)管的門極脈沖，可使第一、第二功率開關(guān)管、輔助開關(guān)管實現(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)明的隔離型有源箝位交錯并聯(lián)升壓型變換器，利用兩個耦合電感的第 三繞組拓展了電路的電壓增益，利用輔助開關(guān)管與箝位電容組成的串聯(lián)電路無 損的吸收和轉(zhuǎn)移了兩個耦合電感的漏感能量，并實現(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)管和輔助開關(guān)管的門極安排， 實現(xiàn)了輔助開關(guān)管的零電壓開通和零電壓關(guān)斷，無需額外的電感元件，利用在 輸出電容上的交錯并聯(lián)工作，減小了輸出電流的紋波和提高了輸出功率的等級。 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) 斷時無電壓過沖，續(xù)流二極管關(guān)斷時無電流過沖。
圖1是隔離型有源箝位交錯并聯(lián)升壓型變換器的電路圖。
具體實施方式
參見圖1，本發(fā)明的隔離型有源箝位交錯并聯(lián)升壓型變換器，包括兩個功率 開關(guān)管S1、 S2，兩個續(xù)流二極管Dol、 Do2， 一個輔助功率開關(guān)管Sc， 一個箝 位電容Cc， 一個輸出電容Co和兩個耦合電感，第一耦合電感有三個繞組Lla、Llb、 Llc，第二耦合電感有三個繞組L2a、 L2b、 L2c，其特征是第一功率開關(guān) 管Sl的漏極與第一耦合電感的第一繞組Lla的一端相連，第一功率開關(guān)管Sl 的源極與第二耦合電感的第一繞組L2a的一端相連，第二功率開關(guān)管S2的源極 與第二耦合電感的第一繞組L2a的另一端相連，第二功率開關(guān)管S2的漏極與第 一耦合電感的第一繞組Lla的另一端相連，第一耦合電感的第二繞組Lib的一 端與第二耦合電感的第三繞組L2c的一端相連，第二耦合電感的第二繞組L2b 的一端與第一耦合電感的第三繞組Llc的一端相連，第一耦合電感的第二繞組 Lib的另一端和第二耦合電感的第二繞組L2b的另一端共同與輸出電容Co的負 端相連，第一耦合電感的第三繞組Llc的另一端與第二續(xù)流二極管Do2的陽極 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的陽極相 連，第一續(xù)流二極管Dol的陰極與第二續(xù)流二極管Do2的陰極及輸出電容Co 的正端相連，在第二功率開關(guān)管S2的源極與第一功率開關(guān)管Sl的漏極之間串 入由輔助功率開關(guān)管Sc與箝位電容Cc組成的串聯(lián)電路，且輔助開關(guān)管Sc的漏 極與第二功率開關(guān)管S2的源極相連，輔助開關(guān)管Sc的源極與箝位電容Cc的一 端相連，箝位電容Cc的另一端與第一功率開關(guān)管Sl的漏極相連。隔離型有源箝位交錯并聯(lián)升壓型變換器存在四種換流情況，即第一功率開 關(guān)管Sl關(guān)斷與輔助開關(guān)管Sc開通之間的換流和輔助開關(guān)管Sc關(guān)斷與第一開關(guān) 管Sl開通之間的換流；第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷與輔助開關(guān)管Sc開通之間的換 流和輔助開關(guān)管Sc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的換流過程為例分析如下第一功率開關(guān)管Sl關(guān)斷，輔助開關(guān)管Sc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Dol、第二續(xù)流二極管Do2關(guān)斷的穩(wěn)定工作狀態(tài)。當?shù)谝还β书_關(guān)管 Sl關(guān)斷時，由于第一功率開關(guān)管Sl上并聯(lián)電容的存在，第一功率開關(guān)管Sl的 電壓從零開始以一定斜率線性上升，即第一功率開關(guān)管S1實現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。 第一功率開關(guān)管Sl的電壓上升到一定值時，輔助開關(guān)管Sc的體內(nèi)二極管開通， 輔助開關(guān)管Sc的電壓為零，第一耦合電感的漏感能量轉(zhuǎn)移到箝位電容Cc上， 輔助開關(guān)管Sc的體內(nèi)二極管開通后，給出輔助開關(guān)Sc的門極信號，實現(xiàn)了輔 助開關(guān)管Sc的零電壓開通。在這個過程，第一續(xù)流二極管Dol導通，耦合電感 能量開始向電路的輸出端轉(zhuǎn)移。之后，電路進入第一功率管Sl關(guān)斷，輔助開關(guān) 管Sc開通，第一續(xù)流二極管Dol開通的穩(wěn)定運行狀態(tài)。輔助開關(guān)管Sc關(guān)斷，第一功率開關(guān)管Sl開通的換流過程輔助開關(guān)管Sc關(guān)斷前，第一耦合電感的漏感與箝位電容Cc諧振，第一續(xù) 流二極管Dol處于導通的穩(wěn)定運行工作狀態(tài)。輔助開關(guān)管Sc關(guān)斷時，由于第一 功率開關(guān)管Sl上并聯(lián)電容的存在，輔助開關(guān)管Sc電壓從零開始以一定斜率線 性上升，即輔助開關(guān)管Sc實現(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Sl上并聯(lián)電容諧振，第一功率開關(guān)管Sl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的電壓從一定值開始以一定斜率下降，當?shù)?一功率開關(guān)管Sl的電壓下降到零時，第一功率開關(guān)管Sl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電流從一定值開 始以一定斜率下降，當?shù)谝焕m(xù)流二極管Dol電流下降到零時，第一續(xù)流二極管 Dol關(guān)斷。這樣，第一續(xù)流二極管Dol的反向恢復電流為零，大大減小了第一 續(xù)流二極管Dol帶來的反向恢復損耗。之后，電路進入第一功率開關(guān)管Sl導通， 第一續(xù)流二極管Dol關(guān)斷的穩(wěn)定運行狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.隔離型有源箝位交錯并聯(lián)升壓型變換器，包括兩個功率開關(guān)管(S1、S2)，兩個續(xù)流二極管(Do1、Do2)，一個輸出電容(Co)和兩個耦合電感，其特征是還包括一個輔助功率開關(guān)管(Sc)和一個箝位電容(Cc)，第一耦合電感有三個繞組(L1a、L1b、L1c)，第二耦合電感有三個繞組(L2a、L2b、L2c)，第一功率開關(guān)管(S1)的漏極與第一耦合電感的第一繞組(L1a)的一端相連，第一功率開關(guān)管(S1)的源極與第二耦合電感的第一繞組(L2a)的一端相連，第二功率開關(guān)管(S2)的源極與第二耦合電感的第一繞組(L2a)的另一端相連，第二功率開關(guān)管(S2)的漏極與第一耦合電感的第一繞組(L1a)的另一端相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的一端與第二耦合電感的第三繞組(L2c)的一端相連，第二耦合電感的第二繞組(L2b)的一端與第一耦合電感的第三繞組(L1c)的一端相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的另一端和第二耦合電感的第二繞組(L2b)的另一端共同與輸出電容(Co)的負端相連，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)的陽極相連，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)的陽極相連，第一續(xù)流二極管(Do1)的陰極與第二續(xù)流二極管(Do2)的陰極及輸出電容(Co)的正端相連，在第二功率開關(guān)管(S2)的源極與第一功率開關(guān)管(S1)的漏極之間接入由輔助功率開關(guān)管(Sc)與箝位電容(Cc)組成的串聯(lián)電路，且輔助開關(guān)管(Sc)的漏極與第二功率開關(guān)管(S2)的源極相連。
全文摘要
本發(fā)明公開的隔離型有源箝位交錯并聯(lián)升壓型變換器包括兩個功率開關(guān)管，兩個續(xù)流二極管，一個輔助功率開關(guān)管，一個箝位電容，一個輸出電容和兩個耦合電感，兩個耦合電感分別有三個繞組。本發(fā)明利用兩個耦合電感的第三繞組拓展了變換器的電壓增益，利用輔助開關(guān)管與箝位電容組成的串聯(lián)電路無損的吸收和轉(zhuǎn)移了兩個耦合電感的漏感能量，并實現(xiàn)了兩個功率開關(guān)管的零電壓開通和零電壓關(guān)斷，輔助開關(guān)管的零電壓開通和零電壓關(guān)斷，利用第一、第二功率開關(guān)管和兩個續(xù)流二極管的交錯并聯(lián)實現(xiàn)了變換器的大功率輸出。附加元件少，結(jié)構(gòu)簡單，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。
文檔編號H02M3/24GK101252319SQ200710160368
公開日2008年8月27日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者何湘寧, 李武華 申請人:浙江大學