一種內(nèi)置開(kāi)關(guān)耦合電感的升壓-反激變換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種內(nèi)置開(kāi)關(guān)耦合電感的升壓-反激變換器，包括一個(gè)升壓模塊和一個(gè)反激模塊；升壓模塊中直流電源正極端與第一繞組同名端相連，負(fù)極端與功率開(kāi)關(guān)管的源極、輸出電容的負(fù)極端和負(fù)載的一端相連，第一繞組異名端與功率開(kāi)關(guān)管的漏極、鉗位二極管陽(yáng)極和第三繞組的一端相連，第三繞組另一端與續(xù)流二極管陽(yáng)極相連，續(xù)流二極管陰極與鉗位二極管陰極、輸出電容正極和反激模塊相連，反激模塊中第二繞組同名端與輸出電容負(fù)極和升壓模塊相連，異名端與續(xù)流二極管陽(yáng)極相連，續(xù)流二極管陰極與輸出電容正極和負(fù)載的另一端相連；其電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，安全可靠，成本低，環(huán)境友好，具有較大的應(yīng)用潛力。
【專利說(shuō)明】—種內(nèi)置開(kāi)關(guān)耦合電感的升壓-反激變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種直流-直流變換器，特別是一種內(nèi)置開(kāi)關(guān)耦合電感的升壓-反激變換器。

【背景技術(shù)】
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[0002]目前，不可再生能源的匱乏嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此對(duì)電能的利用提出了更高的要求。傳統(tǒng)的升壓變換器通過(guò)增加占空比實(shí)現(xiàn)較高電壓增益，但在較高電壓輸出時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管承受的電壓應(yīng)力較大，而且輸出二極管存在反向恢復(fù)問(wèn)題，這將降低變換器的效率，因此升壓變換器的應(yīng)用受到了一定的限制。在現(xiàn)有技術(shù)中，反激變換器一般采用反激變壓器技術(shù)實(shí)現(xiàn)較高電壓增益，但這種技術(shù)的變壓器繞組的漏感在功率開(kāi)關(guān)管上容易引起電壓尖峰，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷損耗較大，導(dǎo)致變換器效率降低，因此，這種技術(shù)一般只應(yīng)用于降壓型中小功率場(chǎng)合。而現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)中的集成升壓-反激變換器是將反激變壓器和升壓變換器結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)高升壓比，但這種方法在占空比一定的情況下，要實(shí)現(xiàn)較大的電壓增益，反激變壓器初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的電感量及漏感將倍增，這會(huì)降低變換器的效率；同時(shí)反激變壓器初級(jí)側(cè)將會(huì)承受較高電流增益，從而增加開(kāi)關(guān)管和二極管的電流應(yīng)力，造成變換器成本的上升。因此尋求一種不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高升壓比和高效率，而且二極管反向恢復(fù)問(wèn)題小的變換器一直是行業(yè)內(nèi)專家和科研人員探討的任務(wù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，尋求設(shè)計(jì)提供一種內(nèi)置開(kāi)關(guān)耦合電感的升壓-反激變換器，實(shí)現(xiàn)電壓增益的拓展，同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)通和軟關(guān)斷，并改善二極管的反向恢復(fù)問(wèn)題，從而提高變換器的效率并降低系統(tǒng)成本。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明涉及的一種內(nèi)置開(kāi)關(guān)耦合電感的升壓-反激變換器包括一個(gè)升壓模塊和一個(gè)反激模塊；升壓模塊包括直流電源、第一繞組、第三繞組、功率開(kāi)關(guān)管、續(xù)流二極管、鉗位二極管和第一輸出電容；直流電源正極端與第一繞組的同名端相連，直流電源的負(fù)極端與功率開(kāi)關(guān)管的源極、第一輸出電容的負(fù)極端和負(fù)載的一端相連；第一繞組的異名端與功率開(kāi)關(guān)管的漏極、鉗位二極管的陽(yáng)極和第三繞組的一端相連；第三繞組的另一端與續(xù)流二極管的陽(yáng)極相連；續(xù)流二極管的陰極與鉗位二極管的陰極、第一輸出電容的正極和反激模塊相連；功率開(kāi)關(guān)管為帶有反并二極管的電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET);反激模塊包括第二繞組、續(xù)流二極管和第二輸出電容，第二繞組的同名端與第二輸出電容的負(fù)極和升壓模塊相連，異名端與續(xù)流二極管的陽(yáng)極相連；續(xù)流二極管的陰極與第二輸出電容的正極和負(fù)載的另一端相連；升壓模塊的第一繞組和對(duì)應(yīng)反激模塊的第二繞組組成反激變壓器，升壓模塊中的第一繞組和第三繞組組成耦合電感。
[0005]本發(fā)明與現(xiàn)有的集成升壓-反激變換器相比，通過(guò)引入耦合電感實(shí)現(xiàn)變換器電壓增益的擴(kuò)展，避免電路工作在極限占空比的情況；功率開(kāi)關(guān)管工作在軟開(kāi)關(guān)環(huán)境下，降低開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷損耗；耦合電感的漏感能夠優(yōu)化續(xù)流二極管的反向恢復(fù)特性，減少二極管反向恢復(fù)損耗；其電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，安全可靠，電能損耗少，成本低，功率密度與效率較高，環(huán)境友好，具有較大的應(yīng)用潛力。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
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[0006]圖1是本發(fā)明涉及的變換器的電路結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0007]圖2是本發(fā)明涉及的變換器的等效電路結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0008]圖3是本發(fā)明涉及的變換器的工作不同狀態(tài)電學(xué)原理結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
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[0009]下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0010]實(shí)施例:
[0011]本實(shí)施例的電學(xué)原理示意圖如圖1所示，其構(gòu)成的內(nèi)置開(kāi)關(guān)耦合電感的升壓-反激變換器包括一個(gè)升壓模塊和一個(gè)反激模塊；升壓模塊包括直流電源Vg、第一繞組L1、第三繞組L3、功率開(kāi)關(guān)管S、續(xù)流二極管D1、鉗位二極管D3和第一輸出電容C1 ;直流電源Vg正極端與第一繞組L1的同名端相連，直流電源Vg負(fù)極端與功率開(kāi)關(guān)管S的源極、第一輸出電容C1的負(fù)極端和負(fù)載&的一端相連；第一繞組L1的異名端與功率開(kāi)關(guān)管S的漏極、鉗位二極管D3的陽(yáng)極和第三繞組L3的一端相連；第三繞組L3的另一端與續(xù)流二極管D1的陽(yáng)極相連；續(xù)流二極管D1的陰極與鉗位二極管D3的陰極、第二輸出電容C2的正極和反激模塊相連；功率開(kāi)關(guān)管S為帶有反并二極管的電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET);反激模塊由第二繞組L2、續(xù)流二極管D2和第二輸出電容C2電連接構(gòu)成，第二繞組L2的同名端與第二輸出電容C2的負(fù)極和升壓模塊相連，異名端與續(xù)流二極管D2的陽(yáng)極相連；續(xù)流二極管D2的陰極與第二輸出電容C2的正極和負(fù)載&的另一端相連；升壓模塊的第一繞組L1和對(duì)應(yīng)反激模塊的第二繞組L2組成反激變壓器，升壓模塊中的第一繞組L1和第三繞組L3組成耦合電感。
[0012]本實(shí)施例的具體工作過(guò)程如圖3所示，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，共有6種工作模式，其中:圖3中(a)?圖3中(b)為開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通時(shí)的工作狀態(tài)，圖3中(c)?圖3中(f)為開(kāi)關(guān)管S關(guān)斷時(shí)的工作狀態(tài)；如圖3中(a)所示的狀態(tài)，功率開(kāi)關(guān)管S開(kāi)始導(dǎo)通，由于漏感L2k、L3k的存在，續(xù)流二極管D1和D2正向?qū)?，鉗位二極管D3反向截止；升壓模塊中直流電源Vg給第一繞組L1充電,漏感L3k和第一輸出電容C1 一起給負(fù)載Rlj供電；反激模塊漏感L2k給第二輸出電容C2和負(fù)載Rlj供電；如圖3中(b)所不的狀態(tài),功率開(kāi)關(guān)管S仍然導(dǎo)通,漏感L2k、L3k儲(chǔ)存的能量消耗完，續(xù)流二極管DpD2反向截止，鉗位二極管D3仍然反向截止，升壓模塊中直流電源Vg繼續(xù)給第一繞組LI充電，第一輸出電容Cl與反激模塊中的第二輸出電容C2一起給負(fù)載&供電；如圖3中(c)所示的狀態(tài)，功率開(kāi)關(guān)管S開(kāi)始關(guān)斷，續(xù)流二極管Dp D2及鉗位二極管D3仍然反向截止，升壓模塊中直流電源Vg、第一繞組L1給漏源寄生電容Cs恒流充電，寄生電容Cs兩端電壓Uds上升，從而實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)管S零電壓關(guān)斷，升壓模塊中第一輸出電容C1與反激模塊中的第二輸出電容C2繼續(xù)給負(fù)載&供電；如圖3中(d)所示狀態(tài)，功率開(kāi)關(guān)管S仍然關(guān)斷，當(dāng)漏源寄生電容Cs兩端電壓Uds上升到Va+VD時(shí)，鉗位二極管D3開(kāi)始正向?qū)?，同時(shí)續(xù)流二極管D1和D2開(kāi)始導(dǎo)通，升壓模塊中直流電源Vg、第一繞組U、第三繞組L3 —起給第一輸出電容C1充電和給負(fù)載Rlj供電；反激模塊中第二繞組L2和第二輸出電容C2也一起給負(fù)載Rlj供電；其中Va為升壓模塊中第一輸出電容C1兩端電壓，Vd為鉗位二極管D3的導(dǎo)通壓降；如圖3中(e)所示狀態(tài)，功率開(kāi)關(guān)管S仍然關(guān)斷，隨著升壓模塊中第一輸出電容C1兩端電壓Va的上升，漏源寄生電容Cs兩端電壓Uds小于Va+VD，鉗位二極管D3反向截止，續(xù)流二極管D1和D2仍然導(dǎo)通，升壓模塊中直流電源Vg、第一繞組L1和第三繞組L3繼續(xù)給第一輸出電容C1充電和給負(fù)載&供電，反激模塊中第二繞組L2和第二輸出電容C2繼續(xù)給負(fù)載&供電；如圖3中(f)所示狀態(tài)，功率開(kāi)關(guān)管S和鉗位二極管D3仍然關(guān)斷，續(xù)流二極管D1和D2仍然導(dǎo)通，升壓模塊中直流電源Vg、第一繞組L1、第三繞組L3和第一輸出電容C1 一起給反激模塊中的第二輸出電容C2充電和給負(fù)載Rlj供電。
[0013]本實(shí)施例涉及的變換器在實(shí)際電路設(shè)備中應(yīng)用效果優(yōu)良，完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)，達(dá)到了本發(fā)明的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)置開(kāi)關(guān)耦合電感的升壓-反激變換器，其特征在于包括一個(gè)升壓模塊和一個(gè)反激模塊；升壓模塊包括直流電源、第一繞組、第三繞組、功率開(kāi)關(guān)管、續(xù)流二極管、鉗位二極管和第一輸出電容；直流電源正極端與第一繞組的同名端相連，直流電源的負(fù)極端與功率開(kāi)關(guān)管的源極、第一輸出電容的負(fù)極端和負(fù)載的一端相連；第一繞組的異名端與功率開(kāi)關(guān)管的漏極、鉗位二極管的陽(yáng)極和第三繞組的一端相連；第三繞組的另一端與續(xù)流二極管的陽(yáng)極相連；續(xù)流二極管的陰極與鉗位二極管的陰極、第一輸出電容的正極和反激模塊相連；功率開(kāi)關(guān)管為帶有反并二極管的電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管；反激模塊包括第二繞組、續(xù)流二極管和第二輸出電容，第二繞組的同名端與第二輸出電容的負(fù)極和升壓模塊相連，異名端與續(xù)流二極管的陽(yáng)極相連；續(xù)流二極管的陰極與第二輸出電容的正極和負(fù)載的另一端相連；升壓模塊的第一繞組和對(duì)應(yīng)反激模塊的第二繞組組成反激變壓器，升壓模塊中的第一繞組和第三繞組組成耦合電感。
【文檔編號(hào)】H02M1/36GK104242626SQ201410550851
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】丁新平, 王天兵, 王伯榮, 苑紅 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)