基于耦合电感的Boost变换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及变换器，具体地，涉及基于一种耦合电感的软开关Boost变换器。
【背景技术】
[0002]目前，Boost变换器广泛的应用于航空航天，汽车船舶等各个工业领域。随着这类变换器轻量化而不断提升其开关频率，其效率逐渐下降。在开关变换瞬间，电磁噪音也越明显。软开关技术可以很好的解决上述两大问题。近些年所提出的软开关结构一定程度的解决了上述矛盾，效果并不理想，一部分变换器的辅助开关无法实现软开通或软关断，变换器效率提升有限。多数含有软开关技术的boost变换器的主开关出现电压应力或者电流应力，负载出现的大范围变动时，主开关或者辅助开关不能实现ZVS(零电压开关，ZeroVoltage Switching)或 ZCS (Zero Current Switching,零电流)，变换器效率下降。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种基于耦合电感的Boost变换器。解决类boost变换器存在的辅助开关硬开通，主开关存在电压电流应力，负载适应范围小等缺陷，使得变换器的节能性更好。
[0004]根据本实用新型提供的基于耦合电感的Boost变换器，包括主回路、第一辅助电路和第二辅助电路；
[0005]其中，所述主回路包括开关S1、二极管D1、电容Cl、电感L1、负载R以及电源；
[0006]所述电源的正极通过电感LI连接二极管Dl的正极；二极管Dl的负极通过负载R连接所述电源的负极；所述电容Cl与所述负载R并联；所述开关SI的一端连接所述二极管Dl的正极，另一端连接所述电源的负极；
[0007]所述第一辅助电路与所述开关SI并联；所述第二辅助电路的第一端连接所述二极管Dl的正极，第二端连接所述二极管Dl的负极，第三端连接所述电源的负极。
[0008]优选地，所述第一辅助电路包括二极管D6和电容Crl ;
[0009]其中，所述二极管D6的负极连接所述开关SI的一端；所述二极管D6的正极连接所述开关SI的另一端；所述电容Crl的一端连接所述开关SI的一端；另一端连接所述开关SI的另一端。
[0010]优选地，所述第二辅助电路包括电感L2a、电感L2b、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、开关S2以及电容Cr2 ；
[0011]其中，所述电感L2a的一端连接所述二极管Dl的正极；所述电感L2a的另一端连接所述二极管D4的正极；所述二极管D4的负极通过所述开关S2连接所述电源的负极；
[0012]所述二极管D3的负极连接所述二极管Dl的负极，所述二极管D3的正极连接所述二极管D2的负极；所述二极管D2的正极连接所述电感L2b的一端；所述电感L2b的另一端连接所述电感L2a的另一端；
[0013]所述电容Cr2的一端连接所述二极管D2的负极，另一端连接所述二极管D4的负极；所述二极管D5的一端连接所述二极管D2的负极，另一端连接所述二极管D4的负极。
[0014]与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果:
[0015]1、本实用新型中主电路可以完成ZVT (Zero Voltage transit1n)开通和ZVS(Zero Voltage Switching)关断，而第一辅助电路和第二辅助电路可以实现ZCS开通和ZVS关断，显著减少开关损失；
[0016]2、本实用新型中所有半导体器件都实现了软开关动作，主开关不存在电流电压应力，负载适应能力强，可靠性高。能广泛的应用于汽车，机床，航空等领域。
【附图说明】
[0017]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0018]图1为本实用新型中基于耦合电感的Boost变换器的结构示意图；
[0019]图2为本实用新型中模态I的等效电路图；
[0020]图3为本实用新型中模态2的等效电路图；
[0021]图4为本实用新型中模态3的等效电路图；
[0022]图5为本实用新型中模态4的等效电路图；
[0023]图6为本实用新型中模态5的等效电路图；
[0024]图7为本实用新型中模态6的等效电路图；
[0025]图8为本实用新型中模态7的等效电路图；
[0026]图9为本实用新型中模态8的等效电路图；
[0027]图10为本实用新型中经典工作模式的示意图；
[0028]图11为本实用新型中各模态波形图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
[0030]在本实施例中，本实用新型提供的基于耦合电感的Boost变换器，包括主回路、第一辅助电路和第二辅助电路；其中，所述主回路包括开关S1、二极管D1、电容Cl、电感L1、负载R以及电源；所述电源的正极通过电感LI连接二极管Dl的正极；二极管Dl的负极通过负载R连接所述电源的负极；所述电容Cl与所述负载R并联；所述开关SI的一端连接所述二极管Dl的正极，另一端连接所述电源的负极；所述第一辅助电路与所述开关SI并联；所述第二辅助电路的第一端连接所述二极管Dl的正极，第二端连接所述二极管Dl的负极，第三端连接所述电源的负极。第一辅助电路和第二辅助电路构成缓冲电路，缓冲电路能够被应用到其他DC-DC变换器中。
[0031]所述第一辅助电路包括二极管D6和电容Crl ;其中，所述二极管D6的负极连接所述开关SI的一端；所述二极管D6的正极连接所述开关SI的另一端；所述电容Crl的一端连接所述开关SI的一端；另一端连接所述开关SI的另一端。
[0032]所述第二辅助电路包括电感L2a、电感L2b、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、开关S2和电容Cr2 ;其中，所述电感L2a的一端连接所述二极管Dl的正极；所述电感L2a的另一端连接所述二极管D4的正极；所述二极管D4的负极通过所述开关S2连接所述电源的负极；所述二极管D3的负极连接所述二极管Dl的负极，正极连接所述二极管D2的负极；所述二极管D2的正极连接所述电感L2b的一端；所述电感L2b的另一端连接所述电感L2a的另一端，即电感L2a和电感L2b的同名端相连；所述电容Cr2的一端连接所述二极管D2的负极，另一端连接所述二极管D4的负极；所述二极管D5的一端连接所述二极管D2的负极，另一端连接所述二极管D4的负极。
[0033]选择适当的电参数和相适应的工作频率，该本实用新型提供的基于耦合电感的Boost变换器能以图2所示的8个模态为周期(模态f和h不同时存在，以下会详述)，实现软开关过程。
[0034]本实用新型提供的基于耦合电感的Boost变换器在工作时，图2所示，在主开关的一个通断周期内，存在8个工作模态。
[0035]下面以图3所示，说明各个模态的工作状态:
[0036]模态1，为t0 < t〈tl，在此模态之前，开关SI和开关S2都处于关断状态，二极管Dl导通向负载R供点。TO时刻开关S2导通，电感L2a、电感L2b和电容Cr2开始谐振，二极管Dl电流iD1减小为0，此时电容Cr2即将开始充电。
[0037]模态2，为tl < t〈t2，随着二极管Dl关断，电容Crl开始放电，其能量将转移至电感L2a、电感L2b和电容Cr2中。当电容Crl电压下降为零时，二极管D6导通。
[0038]模态3，为t2 < t〈t3，该模态中，主开关的反并联二极管D6导通。电感L2a、电感L2b中的一部分能量通过D3传输给负载，因此开关S2的电流应力被很好的限制了。同时二极管D3也是软关断。
[0039]模态4，为t3 < t〈t4，当主开关的反并联二极管D6导通后，开通主开关SI,主开关完美零电压开启。
[0040]模态5，为t4彡t〈t5，主开关开通之后，辅助开关S2关断，电容Cr2开始放电，其电压值从输出电压值Vo回落。S2实现零电压关断。
[0041]模态6，为t5<t〈t6，如果存在此模态，说明耦合电感L2内的能量有余量，多余能量会通过二极管D3输入于负载。
[0042]模态7，为t6< t〈t7，在此模态中主开关关断。电容Crl将被充电至输出电压Vo。如果不存在模态7，那意味着Cr2并没有放电完全，模态8将会出现，完成放电动作。
[0043]模态8，t7 < t〈t8此模态是boost变换器主开关关断时的经典工作模式。整个周期结束。
[0044]以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。
【主权项】
1.一种基于耦合电感的Boost变换器，其特征在于，包括主回路、第一辅助电路和第二辅助电路； 其中，所述主回路包括开关S1、二极管Dl、电容Cl、电感L1、负载R以及电源； 所述电源的正极通过电感LI连接二极管Dl的正极；二极管Dl的负极通过负载R连接所述电源的负极；所述电容Cl与所述负载R并联；所述开关SI的一端连接所述二极管Dl的正极，另一端连接所述电源的负极； 所述第一辅助电路与所述开关SI并联；所述第二辅助电路的第一端连接所述二极管Dl的正极，第二端连接所述二极管Dl的负极，第三端连接所述电源的负极。
2.根据权利要求1所述的基于耦合电感的Boost变换器，其特征在于，所述第一辅助电路包括二极管D6和电容Crl ； 其中，所述二极管D6的负极连接所述开关SI的一端；所述二极管D6的正极连接所述开关SI的另一端；所述电容Crl的一端连接所述开关SI的一端；另一端连接所述开关SI的另一端。
3.根据权利要求2所述的基于耦合电感的Boost变换器，其特征在于，所述第二辅助电路包括电感L2a、电感L2b、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、开关S2以及电容Cr2 ； 其中，所述电感L2a的一端连接所述二极管Dl的正极；所述电感L2a的另一端连接所述二极管D4的正极；所述二极管D4的负极通过所述开关S2连接所述电源的负极； 所述二极管D3的负极连接所述二极管Dl的负极，所述二极管D3的正极连接所述二极管D2的负极；所述二极管D2的正极连接所述电感L2b的一端；所述电感L2b的另一端连接所述电感L2a的另一端； 所述电容Cr2的一端连接所述二极管D2的负极，另一端连接所述二极管D4的负极；所述二极管D5的一端连接所述二极管D2的负极，另一端连接所述二极管D4的负极。
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于耦合电感的Boost变换器，包括主回路、第一辅助电路和第二辅助电路；其中，主回路包括开关S1，二极管D1，电容C1，电感L1，负载R和电源；电源的正极通过电感L1连接二极管D1的正极；二极管D1的负极通过负载R连接电源的负极；电容C1与负载R并联；开关S1的一端连接电感L1的另一端，另一端连接电源的负极；第一辅助电路与开关S1并联；第二辅助电路的第一端连接二极管D1的正极，第二端连接二极管D1的负极，第三端连接电源的负极。本实用新型中的所有半导体器件都实现了软开关动作，主开关不存在电流电压应力，负载适应能力强，可靠性高。能广泛的应用于汽车，机床，航空等领域。
【IPC分类】H02M3-155, H02M1-34
【公开号】CN204597775
【申请号】CN201520245308
【发明人】张希, 钱伟, 黄新征, 潘三博
【申请人】上海交通大学, 上海寰晟新能源科技有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月21日