專利名稱：一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無損緩沖電路，具體說是一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路。
背景技術：
基本Boost變換器,包括一個電感,一個輸出二極管和一個功率開關管，功率開關管通常采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或MOSFET。其中電感的輸入端連接輸入電源的正極，輸出端接輸出二極管的陽極，輸出二極管的陰極接變換器輸出端的正極，在電感輸出端和輸出二極管陽極的連接節(jié)點上接功率開關管的集電極(功率開關管若采用MOSFET管則為漏極)，功率開關管的發(fā)射極(功率開關若采用MOSFET管則為源極)接變換器輸出端的負極，也即是接地。這種基本Boost變換器在應用于大功率場合時，由于IGBT的電流拖尾效應使得功率開關管的關斷損耗變的很高，其在整個變換器的損耗中也占據了相當大的比例，由此導致變換器散熱器的體積較大，功率開關管的工作頻率難以提高，整個開關電源的功率密度較低?；谝陨显颍綛oost變換器在一些對電源體積和重量要求較高的應用場合，如插入式混合動力車和純電動汽車等，難以得到推廣應用。為了降低變換器開關損耗，目前主要是借助于輔助電路來實現功率開關管的軟開關工作狀態(tài)，但此種改進措施所針對的往往是采用MOSFET管功率開關管的變換器，且其主要目的是降低功率開關管的開通損耗而非關斷損耗；而對于采用IGBT作為功率開關管的變換器在現有技術中還是一個空白。

發(fā)明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發(fā)明旨在提供一種可以有效降低Boost變換器功率開關管關斷損耗，且具有結構簡單、不改變原變換器性能、成本低和無能量損耗等優(yōu)點的輔助電路。為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路，其特征在于，包含輔助電感La，輔助功率開關Sa，兩個輔助二極管Da、Dal以及輔助電容Cal ;所述輔助功率開關Sa為絕緣柵雙極型晶體管；
其電路連接關系為:輔助電感La的一端與基本Boost變換器輸入電源Vin的正極相連，另一端與第一輔助二極管Da的陽極相連，連接節(jié)點記為節(jié)點a ；
第一輔助二極管Da的陰極與第二輔助二極管Dal的陽極相連，連接節(jié)點記為節(jié)點b，第二輔助二極管Da的陰極與基本Boost變換器輸出端Vout的正極相連；
輔助電容Cal的正極連接于節(jié)點b，輔助電容Cal的負極與功率開關管SI的集電極相連并通過電感LI連接到基本Boost變換器輸入電源Vin的正極；
輔助功率開關Sa，其具有柵極、集電極和源極，其柵極與控制器控制信號Ga相連接，其集電極與節(jié)點a相連接，其發(fā)射極接地。進一步，所述輔助二極管Dal以及輔助電容Cal的數量均為n，n為自然數，n的取值范圍n≥2 ;
n個相同的無損緩沖電路與η相交錯并聯型基本Boost變換器交錯并聯使用。相比現有技術，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明可以有效降低Boost變換器中功率開關管的關斷損耗，且不影響原變換器的性能。2、本發(fā)明可以直接應用于多相交錯并聯Boost變換器中，同時降低所有交錯并聯相的功率開關管的關斷損耗。3、本發(fā)明電路拓撲簡單，不改變原變換器的工作性能和參數設計，特別適合于采用IGBT作為功率開關的大功率應用場合。


圖1是本發(fā)明應用于基本Boost電路的實施原理 圖中，1是本發(fā)明一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路；
圖2是本發(fā)明應用于交錯并聯型Boost電路的實施原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。參見圖1,基本Boost變換器,包括一個電感LI, 一個輸出二極管Dl和一個功率開關管SI，功率開關管SI通常采用絕IGBT或M0SFET。其中電感LI的輸入端連接輸入電源Vin的正極，輸出端接輸出二極管Dl的陽極，輸出二極管Dl的陰極接變換器輸出端Vout的正極，在電感LI輸出端和輸出二極管Dl陽極的連接節(jié)點上接功率開關管的集電極(功率開關管若采用MOSFET管則為漏極)，功率開關管的發(fā)射極(功率開關若采用MOSFET管則為源極)接變換器輸出端Vout的負極，也即是接地。為了有效降低Boost變換器中功率開關管的關斷損耗，且不影響原變換器的性能，本發(fā)明公開了一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路(如圖1中的方框I所示)，包含一個輔助電感La，一個輔助功率開關Sa，兩個輔助二極管Da、Dal以及一個輔助電容Cal ；所述輔助功率開關Sa為IGBT ；
其電路連接關系為:輔助電感La的一端與基本Boost變換器輸入電源Vin的正極相連，另一端與第一輔助二極管Da的陽極相連，連接節(jié)點記為節(jié)點a ；
第一輔助二極管Da的陰極與第二輔助二極管Dal的陽極相連，連接節(jié)點記為節(jié)點b，第二輔助二極管Da的陰極與基本Boost變換器輸出端Vout的正極相連；
輔助電容Cal的正極連接于節(jié)點b，輔助電容Cal的負極與功率開關管SI的集電極相連并通過電感LI連接到基本Boost變換器輸入電源Vin的正極； 輔助功率開關Sa，其具有柵極、集電極和源極，其柵極與控制器控制信號Ga相連接，其集電極與節(jié)點a相連接，其發(fā)射極接地。根據開關管導通狀態(tài)的不同，圖1所示電路有3種工作狀態(tài):
(I)控制功率開關管SI導通，輔助功率開關Sa導通，此時輸入電源Vin通過功率開關管SI向電感LI充電，同時輸入電源Vin通過輔助功率開關Sa向輔助電感La充電；輸出二極管Dl和地第二輔助二極管Dal均關斷。(2)控制器控制功率開關管SI導通，輔助功率開關Sa關斷，此時輸入電源Vin通過功率開關管SI向電感LI充電，輔助電感La通過第一輔助二極管Da和功率開關管SI向輔助電容Cal充電；由于輔助電容Cal容值設定較小，因此其兩端電壓將會很快上升到輸出電壓uo，此時第二輔助二極管Dal導通，輔助電感La中剩余的能量將通過輔助二極管Da和Dal傳輸到輸出濾波電容Co和負載上。上述過程必須在功率開關管SI關斷之前結束。在此過程中，輔助功率開關Sa和輸出二極管Dl均關斷。(3)控制器控制功率開關管SI關斷，輔助功率開關Sa關斷，在功率開關管SI關斷時，由于輔助電容Cal的電壓被箝位在輸出電壓uo，所以功率開關管SI的端電壓被箝位在OV0當功率開關管SI關斷后，電感LI上的電流必須首先經過輔助電容Cal和第二輔助二極管Dal向輸出濾波電容Co和負載供電,直到輔助電容Cal上的能量完全放完后,第二輔助二極管Dal截止，輸出二極管Dl導通，電感LI上的電流經輸出二極管Dl向輸出濾波電容CO和負載供電。顯然在此過程中功率開關管SI實現了零電壓關斷，且輔助電容Cal上存儲的能量完全輸送到了輸出端Vout，實現了無損緩沖。進一步地，如圖2所示，所述的基本Boost變換器可以替換為多相交錯并聯型Boost變換器，多相交錯并聯型Boost變換器的交錯并聯相數為η，η為自然數，η的取值范圍為η > 2 ;與交錯并聯相數為η的多相交錯并聯型Boost變換器相匹配的無損緩沖電路的輔助二極管以及輔助電容的數量均為n，例如當η為自然數3時，適用于Boost變換器的無損緩沖電路則包括三個輔助二極管Dal、Da2和Da3，三個輔助電容Cal、Ca2和Ca3。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路，其特征在于，包含輔助電感La，輔助功率開關Sa，兩個輔助二極管Da、Dal以及輔助電容Cal ;所述輔助功率開關Sa為絕緣柵雙極型晶體管； 其電路連接關系為:輔助電感La的一端與基本Boost變換器輸入電源Vin的正極相連，另一端與第一輔助二極管Da的陽極相連，連接節(jié)點記為節(jié)點a ； 第一輔助二極管Da的陰極與第二輔助二極管Dal的陽極相連，連接節(jié)點記為節(jié)點b，第二輔助二極管Da的陰極與基本Boost變換器輸出端Vout的正極相連； 輔助電容Cal的正極連接于節(jié)點b，輔助電容Cal的負極與功率開關管SI的集電極相連并通過電感LI連接到基本Boost變換器輸入電源Vin的正極； 輔助功率開關Sa，其具有柵極、集電極和源極，其柵極與控制器控制信號Ga相連接，其集電極與節(jié)點a相連接，其發(fā)射極接地。
2.根據權利要求1所述適用于Boost變換器的無損緩沖電路，其特征在于，所述輔助二極管Dal以及輔助電容Cal的數量均為η, η為自然數，η的取值范圍為η > I ; η個相同的無損緩沖電路與η相交錯并聯型Boost變換器交錯并聯使用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路，包含輔助電感La，輔助功率開關Sa，兩個輔助二極管Da、Da1以及一個輔助電容Ca1；所述輔助功率開關Sa為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。本發(fā)明提出的一種適用于Boost變換器的無損緩沖電路可以有效降低Boost變換器功率開關管關斷損耗，且具有結構簡單、不改變原變換器性能、成本低和無能量損耗等優(yōu)點，本發(fā)明還可以直接應用于多相交錯并聯Boost變換器中，可同時降低所有交錯并聯相的功率開關管的關斷損耗。
文檔編號H02M3/155GK103095114SQ20131001919
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權日2013年1月18日
發(fā)明者孫鵬菊, 邾玢鑫, 羅全明, 周雒維 申請人:重慶大學