一種包括無(wú)損緩沖電路的交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器的制造方法
【專利摘要】一種包括無(wú)損緩沖電路的交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器，包括電感L1、電感L2、……電感Ln，所述電感L1、電感L2、……電感Ln的輸入端連接輸入電源Vin的正極；所述電感L1、電感L2、……電感Ln的輸出端分別連接二極管D1、二極管D2、……二極管Dn的陽(yáng)極；所述電感L1、電感L2、……電感Ln的輸出端分別連接功率開(kāi)關(guān)管S1、功率開(kāi)關(guān)管S2、……功率開(kāi)關(guān)管Sn的集電極；二極管D1、二極管D2、……二極管Dn的陰極均連接濾波電容C0一端；所述功率開(kāi)關(guān)管S1、功率開(kāi)關(guān)管S2、……功率開(kāi)關(guān)管Sn的發(fā)射極、濾波電容C0另一端均連接入電源Vin的負(fù)極。本實(shí)用新型可以有效降低功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷損耗的輔助電路，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；不改變?cè)儞Q器性能，控制及驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)難度，成本低且無(wú)能量損耗。
【專利說(shuō)明】—種包括無(wú)損緩沖電路的交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器，特別是一種包括無(wú)損緩沖電路的交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的基本Boost變換器,其電路結(jié)構(gòu)包括一個(gè)電感,一個(gè)功率開(kāi)關(guān)管,一個(gè)輸出二極管。其中電感的輸入端連接輸入電源的正極，輸出端接二極管的陽(yáng)極，二極管的陰極接變換器輸出端的正極；在電感和二極管的陽(yáng)極之間接功率開(kāi)關(guān)的漏極，功率開(kāi)關(guān)源極接變換器的負(fù)極。這種基本Boost變換器在應(yīng)用于大功率場(chǎng)合，開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗由于IGBT的電流拖尾效應(yīng)而變的很高，關(guān)斷損耗在整個(gè)變換器的損耗中也占據(jù)了相當(dāng)大的比例。導(dǎo)致變換器所需的散熱器體積較大，開(kāi)關(guān)管的工作頻率也受到了限制，整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的功率密度較低。這對(duì)于一些對(duì)電源體積和重量要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)極為不利，如電動(dòng)汽車、飛機(jī)中。針對(duì)變換器開(kāi)關(guān)損耗而開(kāi)展的研究早已開(kāi)始，主要是借助于輔助電路來(lái)實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)。但目前多數(shù)方案所針對(duì)的研究對(duì)象，均為使用MOS管的應(yīng)用場(chǎng)合，主要關(guān)注的是降低開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通損耗而非關(guān)斷損耗，這在以使用IGBT為主的大功率應(yīng)用場(chǎng)合難以直接應(yīng)用，同時(shí)多數(shù)方案均含有有源開(kāi)關(guān)管，使得變換器的控制和驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)難度較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種包括無(wú)損緩沖電路的交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器，可以有效降低功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷損耗的輔助電路，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；不改變?cè)儞Q器性能，控制及驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)難度，成本低且無(wú)能量損耗。
[0004]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:一種包括無(wú)損緩沖電路的交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器，包括電感L1、電感L2、……電感Ln，所述電感L1、電感L2、……電感Ln的輸入端連接輸入電源Vin的正極；所述電感U、電感L2、……電感Ln的輸出端分別連接二極管D1、二極管D2、……二極管Dn的陽(yáng)極；所述電感L1、電感L2、……電感Ln的輸出端分別連接功率開(kāi)關(guān)管S1、功率開(kāi)關(guān)管S2、......功率開(kāi)關(guān)管Sn的集電極；二極管D1、二極管D2、......二極管Dn的陰極均連接濾波電容C0 一端;所述功率開(kāi)關(guān)管S1、功率開(kāi)關(guān)管S2、……功率開(kāi)關(guān)管Sn的發(fā)射極、濾波電容Ctl另一端均連接入電源Vin的負(fù)極；二極管D2陽(yáng)極連接輔助電容Cal —端，輔助電容Cal另一端連接輔助二極管D al陽(yáng)極，輔助二極管D al陰極連接二極管D2陰極；輔助二極管D a2陰極連接輔助二極管D al陽(yáng)極，輔助二極管D a2陽(yáng)極連接二極管D1陽(yáng)極；該交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器中每?jī)上嘀g均含有一個(gè)無(wú)損緩沖電路；
[0005]依次類推:二極管Dn陽(yáng)極連接輔助電容Calri —端，輔助電容Calri另一端連接輔助二極管D a (2n-3)陽(yáng)極，輔助二極管D a (2n_3)陰極連接二極管Dn陰極；輔助二極管D a (2n_2)陰極連接輔助二極管D a (2n_3)陽(yáng)極，輔助二極管D a (2n_2)陽(yáng)極連接二極管D 陽(yáng)極；
[0006]所述功率開(kāi)關(guān)管S1、功率開(kāi)關(guān)管S2、……功率開(kāi)關(guān)管Sn的柵極均連接各自獨(dú)立的控制器；
[0007]所述功率開(kāi)關(guān)管S1、功率開(kāi)關(guān)管S2、……功率開(kāi)關(guān)管Sn STGBT管或者M(jìn)OSFET管。
[0008]本實(shí)用新型一種包括無(wú)損緩沖電路的交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器，有益效果如下:
[0009]I)、該輔助電路可以有效降低功率開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗，且不影響原變換器的性能、控制和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方式。
[0010]2)、可以直接應(yīng)用于多相交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器中，同時(shí)降低所有功率開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗。
[0011]3)、與現(xiàn)有的解決方案相比，本實(shí)用新型電路拓?fù)浜?jiǎn)單，不改變?cè)儞Q器的工作性能和參數(shù)設(shè)計(jì)，不增加有源開(kāi)關(guān)管，且特別適合于釆用IGBT作為功率開(kāi)關(guān)的大功率應(yīng)用場(chǎng)口 O

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施方式中2相交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器中的電路原理圖。
[0013]圖2是本實(shí)用新型η相交錯(cuò)并聯(lián)型Boost電路的實(shí)施原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖2所示，一種包括零電壓關(guān)斷輔助電路的交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器，每一個(gè)無(wú)損緩沖電路均含有I個(gè)輔助電容和2個(gè)輔助二極管，η相交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器需要η-1個(gè)無(wú)損緩沖電路，因此包含η-1個(gè)輔助電容和2n-2個(gè)輔助電容；其中電路的具體連接情況如下:
[0015]原交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器的連接情況不變，電感U、L2,…、Ln的輸入端接輸入電源Vin的正極，電感U、L2、…、Ln的輸出端接各自Boost單元二極管的陽(yáng)極和所述功率開(kāi)關(guān)管的集電極，功率開(kāi)關(guān)若采用MOS管則為漏極，二極管DpD2、…、Dn的陰極接輸出濾波電容C0的一端，該結(jié)點(diǎn)即為輸出端Vrat的正極；各相功率開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極，若采用MOS管則為源極和濾波電容C0的另一端均與輸入電源Vin的負(fù)極相連。
[0016]交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器中每?jī)上嘀g均含有一個(gè)所提無(wú)損緩沖電路，其具體連接方式如下:第一個(gè)輔助單元居于第一相與第二相之間，其中輔助電容Cal的一端與電感L2的輸出端、二極管D2的陽(yáng)極及功率開(kāi)關(guān)管S2的源極相連，功率開(kāi)關(guān)若采用MOS管則為漏極，輔助電容Cal的另一端與輔助二極管Dal的陽(yáng)極及輔助二極管Da2的陰極相連，輔助二極管Dal的陰極與二極管Dp D2,…、Dn的陰極及濾波電容的C0 一端相連，輔助二極管Da2的陽(yáng)極與電感L1的輸出端、二極管D1的陽(yáng)極及功率開(kāi)關(guān)管S1的源極相連，功率開(kāi)關(guān)若采用MOS管則為漏極；第二個(gè)輔助單兀居于第二相與第三相之間，其中輔助電容Ca2的一端與電感L3的輸出端、二極管D3的陽(yáng)極及功率開(kāi)關(guān)管S3的源極相連，功率開(kāi)關(guān)若采用MOS管則為漏極，輔助電容Ca2的另一端與輔助二極管Da3的陽(yáng)極及輔助二極管Da4的陰極相連，輔助二極管Da3的陰極與二極管Dp D2,…、Dn的陰極及濾波電容G的一端相連，輔助二極管Da4的陽(yáng)極與電感匕2的輸出端、二極管D2的陽(yáng)極及功率開(kāi)關(guān)管S2的源極相連，功率開(kāi)關(guān)若采用MOS管則為漏極。依次類推，第η-1個(gè)輔助單元居于第η-1相與第η相之間，其中輔助電容Ca(n_D的一端與電感Ln的輸出端、二極管Dn的陽(yáng)極及功率開(kāi)關(guān)管Sn的源極相連，功率開(kāi)關(guān)若采用MOS管則為漏極，輔助電容Ca(n_D的右端與輔助二極管Da (2n_3)的陽(yáng)極及輔助二極管Da (2n_2)的陰極相連，輔助二極管Da (2n_3)的陰極與二極管Dp D2,…、Dn的陰極及濾波電容C0的一端相連，輔助二極管Da (2n_2)的陽(yáng)極與電感Llri的輸出端、二極管Dlri的陽(yáng)極及功率開(kāi)關(guān)管Slri的源極相連，功率開(kāi)關(guān)若采用MOS管則為漏極。所述功率開(kāi)關(guān)管的柵極分別接各自的控制器。
[0017]實(shí)施例:
[0018]如圖1所示，一種具有零電壓關(guān)斷能力的2相交錯(cuò)并聯(lián)Boost升壓變換器，由2相交錯(cuò)并聯(lián)基本Boost變換器和I個(gè)所提無(wú)損緩沖電路組成；該變換器與普通的2相交錯(cuò)Boost變換器相比具有零電壓關(guān)斷能力，可以大幅降低由功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)電流拖尾效應(yīng)而引起的損耗。所述直流-直流變換器包含兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)SpS2，兩個(gè)輸出二極管DpD2，一個(gè)輔助電容Cal,兩個(gè)輔助二極管Dal、Da2,兩個(gè)電感Lp L2,—個(gè)輸出濾波電容Ctl ；
[0019]電感Lp L2的輸入端接輸入電源的正極，輸出端接各自Boost單元二極管的陽(yáng)極和功率開(kāi)關(guān)管的集電極，二極管DpD2的陰極接輸出濾波電容Ctl的一端，該結(jié)點(diǎn)即為輸出端Vout的正極；功率開(kāi)關(guān)管SpS2的發(fā)射極和濾波電容Ctl的下端均與輸入電源Vin的負(fù)極相連；
[0020]輔助單兀居于第一相與第二相之間，其中輔助電容Cal的一端與電感L2的輸出端、二極管D2的陽(yáng)極及功率開(kāi)關(guān)管S2的源極相連，輔助電容Cal的另一端與輔助二極管Dal的陽(yáng)極及輔助二極管Da2的陰極相連，輔助二極管Dal的陰極與二極管Dp D2的陰極及輸出濾波電容Ctl的一端相連，輔助二極管Da2的陽(yáng)極與電感L1的輸出端、二極管D1的陽(yáng)極及功率開(kāi)關(guān)管S1的源極相連；
[0021]據(jù)開(kāi)關(guān)管狀態(tài)的不同，可以將電路分為2種工作狀態(tài):
[0022]I)、控制器控制功率開(kāi)關(guān)S1關(guān)斷，在功率開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷時(shí)，由于輔助電容Cal上的電壓為0，所以功率開(kāi)關(guān)管S1的端電壓被箝位在0，當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷后，電感電流必須首先經(jīng)過(guò)輔助二極管Da2,功率開(kāi)關(guān)管S1向輔助電容Cal充電，直到輔助電容Cal上的電壓上升至輸出電壓U0之后二極管Dl導(dǎo)通，顯然在此過(guò)程之中功率開(kāi)關(guān)管S1實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷，由于輔助電容Cal的值較小，該過(guò)程持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，所以不會(huì)對(duì)變換器的性能產(chǎn)生大的影響。
[0023]2)、控制器控制功率開(kāi)關(guān)管S2關(guān)斷，在功率開(kāi)關(guān)管S2關(guān)斷時(shí)，由于輔助電容Cal的電壓箝位在輸出電壓Ua上，所以功率開(kāi)關(guān)管S2的端電壓被箝位在0，當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷后，電感電流必須首先經(jīng)過(guò)輔助電容Cal，輔助二極管Dal向?yàn)V波電容Ctl和負(fù)載供電，直到輔助電容Cal上的能量完全放完之后二極管D2導(dǎo)通，顯然在此過(guò)程之中功率開(kāi)關(guān)管S2實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷，且輔助電容Cal上的能量完全輸送到了輸出端，實(shí)現(xiàn)了無(wú)損緩沖。
[0024]值得注意的是，上述過(guò)程必須保證功率開(kāi)關(guān)管在S1關(guān)斷時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管S2處于導(dǎo)通狀態(tài)。在占空比大于0.5時(shí)，僅需采取常用的交錯(cuò)并聯(lián)控制策略就可以滿足要求，但在占空比小于0.5時(shí)，則需根據(jù)開(kāi)關(guān)具體工作頻率，設(shè)置功率開(kāi)關(guān)管S2的開(kāi)通時(shí)間略延遲于開(kāi)關(guān)管S1的開(kāi)通時(shí)間，以保證在功率開(kāi)關(guān)管S1關(guān)斷時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管S2處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0025]在本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】中，功率開(kāi)關(guān)根據(jù)系統(tǒng)中所需直流母線電壓的不同，而選擇不同電壓應(yīng)力的開(kāi)關(guān)器件。本實(shí)用新型使用的功率開(kāi)關(guān)可以為IGBT，也可以為MOSFET或其它可控的開(kāi)關(guān)管。
[0026]綜上所述，該電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以有效降低功率開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷損耗，適合應(yīng)用于一些功率較大的場(chǎng)合。
【權(quán)利要求】
1.一種包括無(wú)損緩沖電路的交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器，包括電感L1、電感L2、……電感Ln，所述電感L1、電感L2、……電感Ln的輸入端連接輸入電源Vin的正極； 所述電感1^、電感L2、……電感Ln的輸出端分別連接二極管D1、二極管D2、……二極管Dn的陽(yáng)極；所述電感L1、電感L2>......電感Ln的輸出端分別連接功率開(kāi)關(guān)管S1、功率開(kāi)關(guān)管S2、……功率開(kāi)關(guān)管Sn的集電極；二極管D1、二極管D2、……二極管Dn的陰極均連接濾波電容Ctl 一端；所述功率開(kāi)關(guān)管S1、功率開(kāi)關(guān)管S2、……功率開(kāi)關(guān)管Sn的發(fā)射極、濾波電容Ctl另一端均連接入電源Vin的負(fù)極；其特征在于，二極管D2陽(yáng)極連接輔助電容Cal —端，輔助電容Cal另一端連接輔助二極管D al陽(yáng)極，輔助二極管D al陰極連接二極管D2陰極；輔助二極管D a2陰極連接輔助二極管D al陽(yáng)極，輔助二極管D a2陽(yáng)極連接二極管D1陽(yáng)極；該交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器中每?jī)上嘀g均含有一個(gè)無(wú)損緩沖電路； 依次類推:二極管Dn陽(yáng)極連接輔助電容Calri —端，輔助電容Calri另一端連接輔助二極管D a(2n_3)陽(yáng)極，輔助二極管D a(2n_3)陰極連接二極管0?陰極；輔助二極管D a(2n_2)陰極連接輔助二極管D a (2n_3)陽(yáng)極，輔助二極管D a (2n_2)陽(yáng)極連接二極管D 陽(yáng)極； 所述功率開(kāi)關(guān)管S1、功率開(kāi)關(guān)管S2、……功率開(kāi)關(guān)管Sn的柵極均連接各自獨(dú)立的控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種包括無(wú)損緩沖電路的交錯(cuò)并聯(lián)Boost變換器，其特征在于，功率開(kāi)關(guān)管S1、功率開(kāi)關(guān)管S2、……功率開(kāi)關(guān)管Sn為IGBT管或者M(jìn)OSFET管。
【文檔編號(hào)】H02M3/155GK204013220SQ201420365195
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】邾玢鑫, 楊玉良, 黃悅?cè)A, 譚超, 陳晨 申請(qǐng)人:三峽大學(xué)