专利名称：有源箝位高增益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，具体说是一种有源箝位高增益交错并 联升压型变换器。
技术背景常规的升压型(Boost)交错并联直流一直流变换器，包括两个电感，两个续 流二极管，两个功率开关管，第一功率开关管的漏极与第一二极管的阳极及第 一电感的一端相连，第二功率开关管的漏极与第二二极管的阳极及第二电感的 一端相连，第一电感的另一端与第二电感的另一端相连。这种升压型交错并联 直流一直流变换器输出电压增益较小，功率开关管的电压应力较大，功率开关 管为硬开关工作，开关损耗较大，续流二极管的反向恢复电流较大，反向恢复损耗较大。近年来，相继研究了一些软开关电路，主要有两种 一种是通过附 加有源功率开关和无源电感、电容等器件实现功率开关管的软开关；另一种是通过附加二极管和无源电感、电容等器件实现功率开关管的软开关。这两种方 法的虽然可以实现功率开关管的，开关，但是外加电路复杂，而且不能降低功 率开关管的电压应力，也不能实现变换器的高增益功能。 发明内容本实用新型的目的是提供功率开关管电压应力小，结构简单，成本低，且 无能量损耗的具有高电压增益的有源箝位交错并联升压型变换器。为达上述目的，本实用新型的技术解决方案是，有源箝位高增益交错并联 升压型变换器包括两个功率开关管，两个钳位二极管,两个输出二极管，两个辅 助功率开关管，两个箝位电容，两个开关电容， 一个输出电容和两个耦合电感， 第一耦合电感有两个绕组，第二耦合电感有两个绕组，第一耦合电感的第一绕 组的一端和第二耦合电感的第一绕组的一端共同与输入电源的正端相连，第一 耦合电感的第一绕组的另一端与第一耦合电感的第二绕组的一端、第一功率开 关管的漏极以及第一辅助功率开关管的源极相连，第一辅助功率开关管的漏极 与第一箝位电容的一端相连，第一箝位电容的另一端以及第一功率开关管的源 极与地相连，第二耦合电感的第一绕组的另一端与第二耦合电感的第二绕组的 一端、第二功率开关管的漏极以及第二辅助功率幵关管的源极相连，第二辅助 功率开关管的漏极与第二箝位电容的一端相连，第二箝位电容的另一端以及第 二功率开关管的源极与地相连，第一耦合电感的第二绕组的另一端与第一钳位二极管的阳极以及第二开关电容的一端相连，第一钳位二极管的阴极与第一输 出二极管的阳极以及第一开关电容的一端相连，第二耦合电感的第二绕组的另 一端与第二钳位二极管的阳极以及第一开关电容的另一端相连，第二钳位二极 管的阴极与第二输出二极管的阳极以及第二开关电容的另一端相连，第一输出 二极管的阴极与第二输出二极管的阴极以及输出电容的正端相连，输出电容的 负端与地相连，上述第一耦合电感的第一绕组与第二耦合电感的第一绕组的连 接端和第一耦合电感的第二绕组与第一功率开关管的漏极以及第一辅助功率开 关管的源极的连接端为第一耦合电感的同名端；第二耦合电感的第一绕组与第 一耦合电感的第一绕组的连接端和第二耦合电感的第二绕组与第二功率开关管 的漏极以及第二辅助功率开关管的源极的连接端为第二耦合电感的同名端。工作时，利用两个耦合电感的第二绕组和与之串联的开关电容实现了电路 的高增益输出；利用第一功率开关管漏、源极间自身存在的并联电容以及第二 功率开关管漏、源极间自身存在的并联电容，实现了第一功率开关管和第二功 率开关管的零电压关断；第一箝位电容收集第一耦合电感的漏感能量，第二箝 位电容收集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、 第一辅助开关管的门极脉冲，可使第一、第二功率开关管，第一辅助开关管实 现零电压开通和零电压关断。本实用新型的有源箝位高增益交错并联升压型变换器,利用两个耦合电感的第二绕组和与之串联的开关电容实现了变换器的高增益输出，利用第一辅助开 关管与第一箝位电容以及第二辅助开关管与第二箝位电容组成的串联电路无损地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、第二功率开关管和第一、第二辅助开关管的门 极安排，实现了第一、第二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，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是有源箝位高增益交错并联升压型变换器的电路图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的有源箝位高增益交错并联升压型变换器包括两个功率开关管S1、 S2，两个钳位二极管Dcl、 Dc2,两个输出二极管Do1、 Do2，两个 辅助功率开关管Scl、 Sc2，两个箝位电容Ccl、 Cc2，两个开关电容Cfl、 C仏 一个输出电容Co和两个耦合电感，第一耦合电感有两个绕组Lla、 Llb，第二 耦合电感有两个绕组L2a、 L2b，第一耦合电感的第一绕组Lla的一端和第二耦 合电感的第一绕组L2a的一端共同与输入电源Vin的正端相连，第一耦合电感的 第一绕组Lla的另一端与第一耦合电感的第二绕组Lib的一端、第一功率开关 管S1的漏极以及第一辅助功率开关管Scl的源极相连，第一辅助功率开关管Scl 的漏极与第一箝位电容Ccl的一端相连，第一箝位电容Ccl的另一端以及第一 功率开关管S1的源极与地相连，同样，第二耦合电感的第一绕组L2a的另一端 与第二耦合电感的第二绕组L2b的一端、第二功率开关管S2的漏极以及第二辅 助功率开关管Sc2的源极相连，第二辅助功率开关管Sc2的漏极与第二箝位电 容Cc2的一端相连，第二箝位电容Cc2的另一端以及第二功率开关管S2的源极 与地相连，第一耦合电感的第二绕组Llb的另一端与第一钳位二极管Dcl的阳 极以及第二开关电容Cf2的一端相连，第一钳位二极管Del的阴极与第一输出 二极管Dol的阳极以及第一开关电容Cfl的一端相连，第二耦合电感的第二绕 组L2b的另一端与第二钳位二极管Dc2的阳极以及第一开关电容Cfl的另一端 相连，第二钳位二极管Dc2的阴极与第二输出二极管Do2的阳极以及第二开关 电容Cf2的另一端相连，第一输出二极管Dol的阴极与第二输出二极管Do2的 阴极以及输出电容Co的正端相连，输出电容Co的负端与地相连。有源箝位高增益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关断与第一辅助开关管Scl开通之间的换流；第一辅助开关管Scl关断 与第一开关管Sl开通之间的换流；第二功率开关管S2关断与第一辅助开关管 Sc2开通之间的换流；第一辅助开关管Sc2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关断与第一辅助开关管Scl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，第一钳 位二极管Dcl、第一输出二极管Dol、第二钳位二极管Dc2、第二输出二极管 Do2关断的稳定工作状态。当第一功率开关管S1关断时，由于第一功率开关管 Sl自身存在并联电容，第一功率开关管Sl的电压从零开始以一定斜率线性上 升，即第一功率开关管Sl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，第一辅助开关管Scl的体内二极管开通，第一辅助开关管Scl的 电压为零，第一耦合电感的漏感能量转移到第一箝位电容Ccl上，第一辅助开关管Scl的体内二极管开通后，给出第一辅助开关Scl的门极信号，实现了第 一辅助开关管Scl的零电压开通。在这个过程，第一钳位二极管Dcl、第二输出 二极管Do2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S1关断，第一辅助开关管Scl开通，第一钳位二极管Dcl、第二输出 二极管Do2开通的稳定运行状态。第一辅助开关管Scl关断与第一功率开关管Sl开通的换流过程 第一辅助开关管Scl关断前，第一耦合电感的漏感与第一箝位电容Ccl谐 振，第一钳位二极管Dcl、第二输出二极管Do2处于导通的稳定运行工作状态。 第一辅助开关管Sc关断时，由于第一功率开关管S1自身存在并联电容，第一 辅助开关管Scl电压从零开始以一定斜率线性上升，即第一辅助开关管Scl实 现了零电压关断。第一耦合电感的漏感与第一功率开关管S1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SI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SI的 零电压开通。第一钳位二极管Dcl、第二输出二极管Do2的电流从一定值开始 以一定斜率下降，当第一钳位二极管Dcl、第二输出二极管Do2的电流下降到 零时，第一钳位二极管Dcl、第二输出二极管Do2关断。这样，第一钳位二极 管Dcl、第二输出二极管Do2的反向恢复电流为零，大大减小了第一钳位二极 管Dcl、第二输出二极管Do2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，第一钳位二极管Dcl、第二输出二极管Do2关断的稳定运行状 态。
权利要求1.有源箝位高增益交错并联升压型变换器，其特征是包括两个功率开关管(S1、S2)，两个钳位二极管(Dc1、Dc2)，两个输出二极管(Do1、Do2)，两个辅助功率开关管(Sc1、Sc2)，两个箝位电容(Cc1、Cc2)，两个开关电容(Cf1、Cf2)，一个输出电容(Co)和两个耦合电感，第一耦合电感有两个绕组(L1a、L1b)，第二耦合电感有两个绕组(L2a、L2b)，第一耦合电感的第一绕组(L1a)的一端和第二耦合电感的第一绕组(L2a)的一端共同与输入电源的正端相连，第一耦合电感的第一绕组(L1a)的另一端与第一耦合电感的第二绕组(L1b)的一端、第一功率开关管(S1)的漏极以及第一辅助功率开关管(Sc1)的源极相连，第一辅助功率开关管(Sc1)的漏极与第一箝位电容(Cc1)的一端相连，第一箝位电容(Cc1)的另一端以及第一功率开关管(S1)的源极与地相连，第二耦合电感的第一绕组(L2a)的另一端与第二耦合电感的第二绕组(L2b)的一端、第二功率开关管(S2)的漏极以及第二辅助功率开关管(Sc2)的源极相连，第二辅助功率开关管(Sc2)的漏极与第二箝位电容(Cc2)的一端相连，第二箝位电容(Cc2)的另一端以及第二功率开关管(S2)的源极与地相连，第一耦合电感的第二绕组(L1b)的另一端与第一钳位二极管(Dc1)的阳极以及第二开关电容(Cf2)的一端相连，第一钳位二极管(Dc1)的阴极与第一输出二极管(Do1)的阳极以及第一开关电容(Cf1)的一端相连，第二耦合电感的第二绕组(L2b)的另一端与第二钳位二极管(Dc2)的阳极以及第一开关电容(Cf1)的另一端相连，第二钳位二极管(Dc2)的阴极与第二输出二极管(Do2)的阳极以及第二开关电容(Cf2)的另一端相连，第一输出二极管(Do1)的阴极与第二输出二极管(Do2)的阴极以及输出电容(Co)的正端相连，输出电容(Co)的负端与地相连，上述第一耦合电感的第一绕组(L1a)与第二耦合电感的第一绕组(L2a)的连接端和第一耦合电感的第二绕组(L1b)与第一功率开关管(S1)的漏极以及第一辅助功率开关管(Sc1)的源极的连接端为第一耦合电感的同名端；第二耦合电感的第一绕组(L2a)与第一耦合电感的第一绕组(L1a)的连接端和第二耦合电感的第二绕组(L2b)与第二功率开关管(S2)的漏极以及第二辅助功率开关管(Sc2)的源极的连接端为第二耦合电感的同名端。
专利摘要本实用新型公开的有源箝位高增益交错并联升压型变换器包括两个功率开关管，两个输出二极管，两个钳位二极管，两个辅助功率开关管，两个箝位电容，两个开关电容，一个输出电容和两个耦合电感。两个耦合电感分别有两个绕组。本实用新型利用两个耦合电感的第二绕组与两个开关电容实现了变换器的高增益输出。利用两个耦合电感的漏感、两个箝位电容、两个功率开关管自身存在的并联电容以及两个功率开关管和两个辅助开关管的门极安排，实现了两个功率开关管和两个辅助开关管的零电压开通和零电压关断，利用两个耦合电感的漏感实现了两个输出二极管和两个钳位二极管的软关断，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H02M3/04GK201167287SQ200820084080
公开日2008年12月17日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者何湘宁, 东 汪 申请人:浙江大学