一种包括零电压关断辅助电路的交错并联Boost变换器的制造方法
【专利摘要】一种包括零电压关断辅助电路的交错并联Boost变换器，包括电感L1、电感L2、……电感L2n，所述电感L1、电感L2、……电感L2n的输入端连接输入电源Vin的正极。所述电感L1、电感L2、……电感L2n的输出端分别连接二极管D1、二极管D2、……二极管D2n的阳极。所述电感L1、电感L2、……电感L2n的输出端分别连接功率开关管S1、功率开关管S2、……功率开关管S2n的集电极。二极管D1、二极管D2、……二极管D2n的阴极均连接滤波电容C0一端。所述功率开关管S1、功率开关管S2、……功率开关管S2n的发射极、滤波电容C0另一端均连接入电源Vin的负极。本发明变换器，其结构简单，不改变原交错并联Boost变换器性能，控制及驱动电路实现难度，成本低、且无能量损耗。
【专利说明】-种包括零电压关断辅助电路的交错并联Boost变换器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种交错并联Boost变换器，特别是一种包括零电压关断辅助电路的 交错并联Boost变换器。
【背景技术】
[0002] 传统Boost变换器电路包括一个电感，一个功率开关管，一个输出二极管。其中电 感的输入端连接输入电源的正极，输出端接二极管的阳极，二极管的阴极接变换器输出端 的正极；在电感和二极管的阳极之间接功率开关管的漏极，功率开关管源极接变换器的负 极。这种基本Boost变换器在应用于大功率场合，由于IGBT的电流拖尾效应，开关管的关 断损耗变的很高，在整个变换器的损耗中也占据了相当大的比例。导致变换器所需的散热 器体积较大，开关管的工作频率也受到了限制，整个开关电源的功率密度较低。对于如电动 汽车、飞机等应用场合极为不利。针对变换器开关损耗而开展的研究，目前主要集中在利用 辅助电路来实现功率开关管的软开关工作状态。多数方案所针对的研究对象均为使用M0S 管的应用场合，主要关注的是降低开关管的开通损耗而非关断损耗，这在以使用IGBT为主 的大功率应用场合难以直接应用，同时很多方案均需要辅助开关管，使得原变换器的控制 和驱动电路实现难度较大。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本发明提供一种包括零电压关断辅助电路的交错并联 Boost变换器，其结构简单，不改变原交错并联Boost变换器性能，控制及驱动电路实现难 度，成本低、且无能量损耗。
[0004] 本发明采取的技术方案为：一种包括零电压关断辅助电路的交错并联Boost变换 器，包括电感U、电感L 2、……电感L2n，所述电感Q、电感L2、……电感L2n的输入端连接输 入电源V in的正极。所述电感Q、电感L2、……电感L2n的输出端分别连接二极管Di、二极 管D 2、……二极管D2n的阳极。所述电感Q、电感L2、……电感L2n的输出端分别连接功率 开关管Si、功率开关管S 2、……功率开关管S2n的集电极。二极管01、二极管D2、……二极 管D 2n的阴极均连接滤波电容Q-端。所述功率开关管Si、功率开关管S2、……功率开关 管S 2n的发射极、滤波电容Q另一端均连接入电源Vin的负极。
[0005] 二极管Di阳极连接辅助电容Cai -端、辅助电容Cai另一端连接辅助二极管Dal阳 极，辅助二极管Dal阴极连接二极管Di阴极；二极管D 2阳极连接辅助电容Ca2 -端、辅助电 容Ca2另一端连接辅助二极管Da4阳极，辅助二极管Da4阴极连接二极管D 2阴极； 辅助电容Cal -端连接辅助二极管Dal阳极，辅助二极管Dal阴极连接辅助二极管Da4阳 极，辅助二极管Da4阴极连接二极管D2阴极；辅助电容Ca2 -端连接辅助二极管Da3阳极，辅 助二极管Da3阴极连接辅助二极管Da2阳极，辅助二极管D a2阴极连接二极管Di阴极；所述辅 助电容Cal、辅助电容Ca2、辅助二极管D al、辅助二极管Da2、辅助二极管Da3、辅助二极管Da4构 成第1个零电压关断辅助电路； 依次类推：二极管D2lri阳极连接辅助电容Ca (2η_υ-端、辅助电容Ca (2n_n另一端连接辅 助二极管Da (4η_3)阳极，辅助二极管Da (4η_3)阴极连接二极管D2lri阴极；二极管D2n阳极连接 辅助电容Ca 2n -端、辅助电容Ca2n另一端连接辅助二极管Da4n阳极，辅助二极管Da4n阴极连 接二极管D 2n阴极；辅助电容Ca (2lri厂端连接辅助二极管Da M阳极，辅助二极管Da (4n_3) 阴极连接辅助二极管Da4n阳极，辅助二极管D a4n阴极连接二极管D2n阴极；辅助电容Ca2n - 端连接辅助二极管Da (4n_n阳极，辅助二极管Da (4n_n阴极连接辅助二极管Da2n阳极，辅助二 极管Da2n阴极连接二极管D a (2η_υ阴极；所述辅助电容Ca (2η_υ、辅助电容Ca2n、辅助二极管Da (4n-3)、辅助二极管Da (4n_2)、辅助二极管D a (4n_n、辅助二极管Da4n构成第η个零电压关断辅助 电路。
[0006] 所述功率开关管Si、功率开关管S2、……功率开关管S2n的栅极分别连接各自独 立的控制器，所述功率开关管Si、功率开关管S2、……功率开关管S2n的驱动相位之间相差 180。/2n。
[0007] 其中：η为自然数，η兰1。
[0008] 功率开关管Si、功率开关管S2、……功率开关管S2n为TGBT管或者M0SFET管。
[0009] 本发明一种包括零电压关断辅助电路的交错并联Boost变换器，有益效果如下： 1 )、通过采用η个零电压关断辅助电路，可以实现开关管的零电压关断，有效降低由开 关关断过程引起的损耗，且所提方案不影响原变换器的性能、控制和驱动电路的设计及实 现方式。
[0010] 2)、可以直接应用于多相交错并联Boost变换器中，不改变原电路结构。
[0011] 3)、本发明电路拓扑简单，不改变原变换器的工作性能和参数设计，无有源开关 管，尤其适合采用IGBT作为功率开关管的应用场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明实施例所述2相交错并联Boost升压变换器电路原理图。
[0013] 图2为本发明2n相零电压关断辅助电路的交错并联Boost变换器电路图。
【具体实施方式】
[0014] 如图1所示，本发明2相交错并联Boost升压变换器中的【具体实施方式】，由2相交 错并联基本Boost变换器和1个零电压关断辅助电路组成。该变换器与普通的2相交错 Boost变换器相比，由于实现了开关管的零电压关断，因此可以大幅降低由功率开关管关断 时电流拖尾效应而引起的损耗。所述直流-直流变换器包含功率开关管Si、功率开关管S 2， 二极管Di、二极管D2，辅助电容Cal、辅助电容Ca2，四个辅助二极管：D al、Da2、Da3、Da4，电感Q、 电感L 2，滤波电容C。。
[0015] 电感u、电感L2的输入端接输入电源Vin的正极，电感Li、电感L 2输出端接各自 Boost单元二极管的阳极和功率开关管的集电极。二极管Di、二极管D2的阴极接滤波电容 C。的一端，该结点即为输出端的正极；功率开关管Si、功率开关管S2的发射极和滤波电 容C。的另一端均与输入电源V in的负极相连。
[0016] 辅助单元居于第一相与第二相之间，其中辅助电容Cal的左端、辅助二极管D al的阳 极与电感1^的右端、二极管01的阳极及功率开关管Si的集电极相连，辅助电容c al的右端、 辅助二极管Da2的阳极及辅助二极管Da3的阴极相连，辅助二极管Da2的阴极与二极管Dp D2 的阴极、辅助二极管Da4的阴极及滤波电容C。的上端相连，辅助电容Ca2的左端、辅助二极管 Da3的阳极与电感L2的右端、二极管D2的阳极及功率开关管S 2的集电极相连，辅助电容Ca2 的右端、辅助二极管Da4的阳极及辅助二极管Dal的阴极相连。
[0017] 由于本发明的目标是实现开关管的零电压关断，而根据开关管关断状态的不同， 可以将电路分为2种工作状态，由于电路的对称性，在此仅以第一功率开关管Si的关断过 程进行说明： 控制器控制功率开关管Si关断：在功率开关管Si关断时，辅助电容Cal上的电压为《。， 辅助电容Ca2上的电压为0,此时根据开关管S2的导通与否，电路有两种工作模态，分别为： 开关管S 2导通（占空比大于0. 5)及开关管S2关断（占空比小于0. 5)两种情况。
[0018] 1)、功率开关管Si关断时，功率开关管S2导通（占空比大于0.5)的情况：部分电 感电流经过辅助二极管D al，功率开关管S2向辅助电容Ca2充电，另一部分电感电流经过辅 助电容c al，辅助二极管Da2向滤波电容C。和负载供电，辅助电容Cal放电，功率开关管Si在 关断时其端电压上升速率与辅助电容C al端电压下降速率及辅助电容Ca2端电压上升速率一 致，显然在此过程之中功率开关管Si实现了零电压关断，由于辅助电容C al、Ca2的值较小，该 过程持续时间不长，所以不会对变换器的性能产生大的影响； 2)、功率开关管Si关断时，功率开关管S2关断（占空比小于0. 5)的情况：此时由于 功率开关管S2处于关断状态，所有电感电流将经过辅助电容Cal，辅助二极管Da2向滤波电容 C。和负载供电，辅助电容Cal放电，功率开关管Si在关断时其端电压上升速率与辅助电容Cai 端电压下降速率一致，显然在此过程之中，功率开关管Si同样实现了零电压关断，而辅助电 容Ca2上的电压将会在功率开关管S 2后续导通时上升至《。。
[0019] 在本发明的【具体实施方式】中，功率开关管根据系统中所需直流母线电压的不同， 而选择不同电压应力的开关器件。本发明使用的功率开关管可以为IGBT，也可以为M0SFET 或其它可控的开关管。
[0020] 综上所述，该电路拓扑结构简单，可以有效降低功率开关管的关断损耗，适合应用 于开关管使用IGBT的功率较大的应用场合。
[0021] 实施范例仅仅是为了工作原理阐述简单而采用了两相交错并联Boost变换器为 例，在实际的应用中，所提电路也可以应用于多相交错并联Boost变换器中，如图2所示：2η 相零电压关断辅助电路的交错并联Boost变换器电路图。
【权利要求】
1. 一种包括零电压关断辅助电路的交错并联Boost变换器，包括电感Li、电感L2、…… 电感L 2n，所述电感Q、电感L2、……电感L2n的输入端连接输入电源Vin的正极；所述电感 U、电感L2、……电感L2n的输出端分别连接二极管Di、二极管D2、……二极管D 2n的阳极； 所述电感1^、电感L2、......电感L2n的输出端分别连接功率开关管Si、功率开关管S 2、...... 功率开关管S2n的集电极；二极管Di、二极管D2、……二极管D2n的阴极均连接滤波电容Q 一端；所述功率开关管Si、功率开关管S2、……功率开关管S2n的发射极、滤波电容Q另一 端均连接入电源V in的负极；其特征在于，二极管Di阳极连接辅助电容Cai -端、辅助电容 Cai另一端连接辅助二极管Dal阳极，辅助二极管Dal阴极连接二极管Di阴极；二极管D 2阳 极连接辅助电容Ca2 -端、辅助电容Ca2另一端连接辅助二极管Da4阳极，辅助二极管Da4阴 极连接二极管D 2阴极； 辅助电容Cal -端连接辅助二极管Dal阳极，辅助二极管Dal阴极连接辅助二极管Da4阳 极，辅助二极管Da4阴极连接二极管D2阴极；辅助电容Ca2 -端连接辅助二极管Da3阳极，辅 助二极管Da3阴极连接辅助二极管Da2阳极，辅助二极管D a2阴极连接二极管Di阴极；所述辅 助电容Cal、辅助电容Ca2、辅助二极管D al、辅助二极管Da2、辅助二极管Da3、辅助二极管Da4构 成第1个零电压关断辅助电路； 依次类推：二极管D2lri阳极连接辅助电容Ca (2η_υ-端、辅助电容Ca (2n_n另一端连接辅 助二极管Da (4η_3)阳极，辅助二极管Da (4η_3)阴极连接二极管D2lri阴极；二极管D2n阳极连接 辅助电容Ca 2n -端、辅助电容Ca2n另一端连接辅助二极管Da4n阳极，辅助二极管Da4n阴极连 接二极管D 2n阴极；辅助电容Ca (2lri厂端连接辅助二极管Da M阳极，辅助二极管Da (4n_3) 阴极连接辅助二极管Da4n阳极，辅助二极管D a4n阴极连接二极管D2n阴极；辅助电容Ca2n - 端连接辅助二极管Da (4n_n阳极，辅助二极管Da (4n_n阴极连接辅助二极管Da2n阳极，辅助二 极管Da2n阴极连接二极管D a (2η_υ阴极；所述辅助电容Ca (2η_υ、辅助电容Ca2n、辅助二极管Da (4n-3)、辅助二极管Da (4n_2)、辅助二极管D a (4n_n、辅助二极管Da4n构成第η个零电压关断辅助 电路； 所述功率开关管Si、功率开关管S2、......功率开关管s2n的栅极分别连接各自独立 的控制器，所述功率开关管Si、功率开关管s2、……功率开关管s2n的驱动相位之间相差 180。/2n。
2. 根据权利要求1所述一种包括零电压关断辅助电路的交错并联Boost变换器，其特 征在于，功率开关管Si、功率开关管S2、……功率开关管S 2n为TGBT管或者M0SFET管。
【文档编号】H02M3/155GK104113207SQ201410312143
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】邾玢鑫, 潘海龙, 黄悦华, 谭超, 佘小莉 申请人:三峡大学