专利名称：一种隔离型有源箝位交错并联升压型变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及直流一直流变换器，具体说是隔离型有源箝位交错并联升 压型变换器。
背景技术：
常规的反激型(Flyback)交错并联直流一直流变换器，包括两个耦合电感，两 个续流二极管，两个功率开关管， 一个输出电容，两个耦合电感分别具有两个 绕组，第一功率开关管的漏极与第一耦合电感的第一绕组的一端相连，第二功 率开关管的漏极与第二耦合电感的第一绕组的一端相连，第一耦合电感的第一 绕组的另一端与第二耦合电感的第一绕组的另一端相连，第一耦合电感的第二 绕组的一端与第一续流二极管的阳极相连，第二耦合电感的第二绕组的一端与 第二续流二极管的阳极相连，第一续流二极管的阴极与第二续流二极管的阴极 及输出电容的一端相连，第一耦合电感的第二绕组的另一端与第二耦合电感的 第二绕组的另一端及输入电容的另一端相连。
这种反激型交错并联直流一直流变换器为硬开关工作，开关损耗大，能够 实现输入电压的宽范围调节，但是输出电压增益不够大，漏感能量导致第一功 率开关管、第二功率开关管的电压尖峰，效率较低。近年来，相继研究了一些 隔离型高增益升压型拓扑，其中一种拓扑在电流型桥式电路的基础上，增加由 辅助功率开关管和电容组成的串联电路实现功率开关管的软开关，但是该拓扑 需要的功率开关管数量多，功率开关管的电流应力较大，另一种是谐振式变换 拓扑，该拓扑能够实现软开关，但是流过谐振电容的电流很大。 发明内容
本实用新型的目的是提供功率开关管数量少，结构简单，成本低，且无能 量损耗的隔离型有源箝位交错并联升压型变换器。
本实用新型的技术解决方案是，隔离型有源箝位交错并联升压型变换器包 括两个功率开关管，两个续流二极管， 一个辅助功率开关管， 一个箝位电容， 一个输出电容和两个耦合电感，第一耦合电感有三个绕组，第二耦合电感有三 个绕组，第一功率开关管的漏极与第一耦合电感的第一绕组的一端相连，第一 功率开关管的源极与第二耦合电感的第一绕组的一端相连，第二功率开关管的 源极与第二耦合电感的第一绕组的另一端相连，第二功率开关管的漏极与第一 耦合电感的第一绕组的另一端相连，第一耦合电感的第二绕组的一端与第二耦合电感的第三绕组的一端相连，第二耦合电感的第二绕组的一端与第一耦合电 感的第三绕组的一端相连，第一耦合电感的第二绕组的另一端和第二耦合电感 的第二绕组的另一端共同与输出电容的负端相连，，第一耦合电感的第三绕组的 另一端与第二续流二极管的阳极相连，第二耦合电感的第三绕组的另一端与第 一续流二极管的阳极相连，第一续流二极管的阴极与第二续流二极管的阴极及 输出电容的正端相连，在第二功率开关管的源极与第一功率开关管的漏极之间 接入由辅助功率开关管与箝位电容组成的串联电路，且辅助开关管的漏极与第 二功率开关管的源极相连。
工作时，利用两个耦合电感的第三绕组拓展了电路的电压增益；由于第一 功率开关管漏、源极间的并联电容、第二功率开关管漏、源极间的并联电容的 存在，实现了第一功率开关管、第二功率开关管的零电压关断；箝位电容收集 第一耦合电感、第二耦合电感的漏感能量，并最终转移到输入端，实现了箝位 电路的无损吸收。在整个开关周期中，通过控制第一功率开关管、第二功率开 关管、辅助开关管的门极脉冲，可使第一、第二功率开关管、辅助开关管实现 零电压开通和零电压关断。
本实用新型的有益效果在于-
本实用新型的隔离型有源箝位交错并联升压型变换器，利用两个耦合电感 的第三绕组拓展了电路的电压增益，利用辅助开关管与箝位电容组成的串联电 路无损的吸收和转移了两个耦合电感的漏感能量，并实现了第一、第二功率开 关管的零电压开通，利用第一、第二功率开关管的并联电容实现了第一、第二 功率开关管的零电压关断，利用第一、第二功率开关管和辅助开关管的门极安 排，实现了辅助开关管的零电压开通和零电压关断，无需额外的电感元件，利 用在输出电容上的交错并联工作，减小了输出电流的纹波和提高了输出功率的 等级。从而附加元件少，结构简单，成本低，无需额外的检测电路，电路中无 能量损耗元件，可提高变换器的输出增益与电路效率，且换流过程中，功率开 关管关断时无电压过冲，续流二极管关断时无电流过冲。
图1是隔离型有源箝位交错并联升压型变换器的电路图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的隔离型有源箝位交错并联升压型变换器，包括两个 功率开关管S1、 S2，两个续流二极管Dol、 Do2， 一个辅助功率开关管Sc， 一 个箝位电容Cc， 一个输出电容Co和两个耦合电感，第一耦合电感有三个绕组Lla、 Llb、 Llc，第二耦合电感有三个绕组L2a、 L2b、 L2c，其特征是第一功率 开关管S1的漏极与第一耦合电感的第一绕组Lla的一端相连，第一功率开关管 Sl的源极与第二耦合电感的第一绕组L2a的一端相连，第二功率开关管S2的源 极与第二耦合电感的第一绕组L2a的另一端相连，第二功率开关管S2的漏极与 第一耦合电感的第一绕组Lla的另一端相连，第一耦合电感的第二绕组Lib的 一端与第二耦合电感的第三绕组L2c的一端相连，第二耦合电感的第二绕组L2b 的一端与第一耦合电感的第三绕组Llc的一端相连，第一耦合电感的第二绕组 Lib的另一端和第二耦合电感的第二绕组L2b的另一端共同与输出电容Co的负 端相连，第一耦合电感的第三绕组Llc的另一端与第二续流二极管Do2的阳极 相连，第二耦合电感的第三绕组L2c的另一端与第一续流二极管Do1的阳极相 连，第一续流二极管Dol的阴极与第二续流二极管Do2的阴极及输出电容Co 的正端相连，在第二功率开关管S2的源极与第一功率开关管Sl的漏极之间串 入由辅助功率开关管Sc与箝位电容Cc组成的串联电路，且辅助开关管Sc的漏 极与第二功率开关管S2的源极相连，辅助开关管Sc的源极与箝位电容Cc的一 端相连，箝位电容Cc的另一端与第一功率开关管Sl的漏极相连。
隔离型有源箝位交错并联升压型变换器存在四种换流情况，即第一功率开 关管Sl关断与辅助开关管Sc开通之间的换流和辅助开关管Sc关断与第一开关 管Sl开通之间的换流；第二功率开关管S2关断与辅助开关管Sc开通之间的换 流和辅助开关管Sc关断与第二功率开关管S2开通之间的换流。由于电路的对 称性，仅以第一功率开关管S1的换流过程为例分析如下
第一功率开关管Sl关断，辅助开关管Sc开通的换流过程
换流之前，电路处于第一功率开关管S1、第二功率开关管S2开通，第一续 流二极管Dol、第二续流二极管Do2关断的稳定工作状态。当第一功率开关管 Sl关断时，由于第一功率开关管S1上并联电容的存在，第一功率开关管S1的 电压从零开始以一定斜率线性上升，即第一功率开关管S1实现了零电压关断。 第一功率开关管Sl的电压上升到一定值时，辅助开关管Sc的体内二极管开通， 辅助开关管Sc的电压为零，第一耦合电感的漏感能量转移到箝位电容Cc上， 辅助开关管Sc的体内二极管开通后，给出辅助开关Sc的门极信号，实现了辅 助开关管Sc的零电压开通。在这个过程，第一续流二极管Dol导通，耦合电感 能量开始向电路的输出端转移。之后，电路进入第一功率管Sl关断，辅助开关 管Sc开通，第一续流二极管Dol开通的稳定运行状态。
辅助开关管Sc关断，第一功率开关管Sl开通的换流过程辅助开关管Sc关断前，第一耦合电感的漏感与箝位电容Cc谐振，第一续 流二极管Dol处于导通的稳定运行工作状态。辅助开关管Sc关断时，由于第一 功率开关管Sl上并联电容的存在，辅助开关管Sc电压从零开始以一定斜率线 性上升，即辅助开关管Sc实现了零电压开通。第一耦合电感的漏感与第一功率 开关管SI上并联电容谐振，第一功率开关管SI上并联电容能量向第一耦合电 感的漏感转移，第一功率开关管S1的电压从一定值开始以一定斜率下降，当第 一功率开关管SI的电压下降到零时，第一功率开关管SI的体内二极管开通， 第一功率开关管SI的体内二极管开通后，给出第一功率开关管SI门极信号， 实现了第一功率开关管S1的零电压开通。第一续流二极管Do1电流从一定值开 始以一定斜率下降，当第一续流二极管Dol电流下降到零时，第一续流二极管 Dol关断。这样，第一续流二极管Dol的反向恢复电流为零，大大减小了第一 续流二极管Dol带来的反向恢复损耗。之后，电路进入第一功率开关管S1导通， 第一续流二极管Dol关断的稳定运行状态。
权利要求1.一种隔离型有源箝位交错并联升压型变换器，包括两个功率开关管(S1、S2)，两个续流二极管(Do1、Do2)，一个输出电容(Co)和两个耦合电感，其特征是还包括一个辅助功率开关管(Sc)和一个箝位电容(Cc)，第一耦合电感有三个绕组(L1a、L1b、L1c)，第二耦合电感有三个绕组(L2a、L2b、L2c)，第一功率开关管(S1)的漏极与第一耦合电感的第一绕组(L1a)的一端相连，第一功率开关管(S1)的源极与第二耦合电感的第一绕组(L2a)的一端相连，第二功率开关管(S2)的源极与第二耦合电感的第一绕组(L2a)的另一端相连，第二功率开关管(S2)的漏极与第一耦合电感的第一绕组(L1a)的另一端相连，第一耦合电感的第二绕组(L1b)的一端与第二耦合电感的第三绕组(L2c)的一端相连，第二耦合电感的第二绕组(L2b)的一端与第一耦合电感的第三绕组(L1c)的一端相连，第一耦合电感的第二绕组(L1b)的另一端和第二耦合电感的第二绕组(L2b)的另一端共同与输出电容(Co)的负端相连，第一耦合电感的第三绕组(L1c)的另一端与第二续流二极管(Do2)的阳极相连，第二耦合电感的第三绕组(L2c)的另一端与第一续流二极管(Do1)的阳极相连，第一续流二极管(Do1)的阴极与第二续流二极管(Do2)的阴极及输出电容(Co)的正端相连，在第二功率开关管(S2)的源极与第一功率开关管(S1)的漏极之间接入由辅助功率开关管(Sc)与箝位电容(Cc)组成的串联电路，且辅助开关管(Sc)的漏极与第二功率开关管(S2)的源极相连。
专利摘要本实用新型公开的隔离型有源箝位交错并联升压型变换器包括两个功率开关管，两个续流二极管，一个辅助功率开关管，一个箝位电容，一个输出电容和两个耦合电感，两个耦合电感分别有三个绕组。本实用新型利用两个耦合电感的第三绕组拓展了变换器的电压增益，利用辅助开关管与箝位电容组成的串联电路无损的吸收和转移了两个耦合电感的漏感能量，并实现了两个功率开关管的零电压开通和零电压关断，辅助开关管的零电压开通和零电压关断，利用第一、第二功率开关管和两个续流二极管的交错并联实现了变换器的大功率输出。附加元件少，结构简单，电路中无能量损耗元件，可提高变换器的输出增益与电路效率。
文档编号H02M3/24GK201142639SQ20072018611
公开日2008年10月29日 申请日期2007年12月18日 优先权日2007年12月18日
发明者何湘宁, 李武华 申请人:浙江大学