单管Buck-Boost-flyback升降压型电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子技术领域，设及一种升降压型电路，尤其设及一种单管Buck-Boost-f Iyback升降压型电路。
【背景技术】
[0002] 直流一直流变换器(简称DC-DC变换器)是一种电压等级的直流电转变为其它电压 等级的直流电的电力电子电路拓扑。目前通信设备、集成电路W及各种电子产品充电适配 器等电源均为直流电源，它们的电源设计中均设及到DC-DC变换器。所W直流电源有着极为 广泛的应用市场和应用领域。
[0003] 电能是现代社会的基础能源之一，电能的高效利用对于节能减排W及环境保护具 有重要意义。2013年，全球范围内，电力中的22%来自可再生能源，随着化石能源的枯竭，运 个数字将逐年增加。然而大部分新能源电能都需要升压、逆变、并网，然后才可W送到千家 万户。因此研究高效的DC-DC变换器对于新能源电能的推广和高效利用影响重大。
[0004] 对于现在的绝大部分光伏电池板来说，输出电压只有20-50V，如果将其并网，则需 要较高增益的升压变换器，传统升压变化器主要Boost、反激、Buck-Boost、cuk、S邱ic、ze1:a 等基本拓扑，目前已有的高增益直流变换器有禪合电感高增益升压直流变换器、Boost-flyback 直流变换器。但是运些变换器拓扑都存在结构复杂、分析繁琐、漏感问题严重等弊 JLjJU 乂而。
【发明内容】
[000引本发明的目的在于针对现有技术的问题，提出一种结构简单、效率高、具有较高升 压增益的单管Buck-Boost-f Iyback升降压型电路拓扑。
[0006] 本发明的单管Buck-Boost-f Iyback升降压型电路，包括：直流电源、MOSFET开关 管、应比l:n的变压器、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容;直流电源的正极与变 压器原边同名端、第二电容的一端、负载的一端相连，变压器原边的另一端与第二二极管的 正极、开关管的漏极相连，开关管的源极连接直流电源的负极，变压器副边同名端与第二二 极管的负极、第二电容的另一端、第一电容的一端相连，变压器副边的另一端连接第一二极 管的正极，第一二极管的负极与第一电容的另一端W及负载的另一端相连。
[0007] 本发明的升降压型电路将Buck-Boost的升降压式DC-DC电路和隔离式flyback电 路有机结合，实现直流电压的升降变换，其中反激式电路的变压器一次侧作为Buck-Boost 的电感，消除了反激变换器漏感导致的效率低和开关管电压应力过高等问题，提高了变换 器效率和升压模式下的电压增益。
【附图说明】
[0008] 图1为反激电路拓扑图；
[0009] 图2为反激电路中变压器改为理想变压器串联漏感电路图；
[0010] 图3为Buck-Boost电路拓扑图；
[0011] 图4为对Buck-Boost进行变形后的电路图；
[0012] 图5为本发明的Buck-Boost-flyback升降压型电路拓扑图；
[0013] 图6为Buck-Boost-flyback中变压器改为理想变压器串联漏感电路图；
[0014] 图7为本发明Buck-Boost-flyback电路阶段1通路；
[001引图8为本发明Buck-Boost-flyback电路阶段2通路。
【具体实施方式】
[0016]反激电路的主电路拓扑如图1所示，由直流电源DC、开关管（低压高频可采用 M0SFET)Q1、变压器(应比1 :n)、二极管Dl，电容Cl、负载R组成，电容电压上正下负，在连续工 作(CCM)模式下，输入输出直流电压稳态关系为：
[001引其中Vnut表示CCM模式下稳态工作时负载电阻上的电压，Vin表示输入直流电源DC的 电压，D表示开关管口极驱动PWM的占空比。
[0019] 将反激电路中变压器改为理想变压器串联漏感模型，电路图如图2所示，实际变压 器模型可W转化为励磁电感Lm与一个变比为l:n的理想变压器并联，然后整体和漏感Ld串 联组成，运样的等效可W方便分析电路工作状态，也是很精确的等效。
[0020] Buck-Boost电路拓扑图如图3所示，由直流电源DC、开关管（低压可采用M0SFET) Q2、电感L3、二极管D2，电容C2、负载R组成，电容电压上正下负，贝化CM工作模式下，输入输出 直流电压稳态关系为：
[0022] 其中Vout表示CCM模式下稳态工作时负载电阻上的电压，Vin表示输入直流电源DC的 电压，D表示开关管口极驱动PWM的占空比。
[0023]
[0024] 对Buck-Boost进行变形后的电路图如图4所示，变形原理是通过改变了串联支路 上开关管MOSFET的位置和二极管的位置，电路的工作原理和输出输入电压关系都维持不 变。
[0025] 本发明的单管Buck-Boost-flyback升降压型电路，如图5所示。将反激电路和 Buck-Boost电路进行了有机结合，共用一个输入直流电源，一个开关管。拓扑包括1个直流 电源DC，1个自带反并联二极管的MOS阳T，1个变压器(变比为l:n)，2个二极管Dl、D2,2个电 容Cl、C2,还有负载电阻R，构成主功率电路。经分析可知，负载侧两个电容的电压均为上正 下负，所W在升压模式下，输出电压比反激升压拓扑上升了一个Buck-Boost的电压，增加了 放大倍数，同时Buck-Boost拓扑将漏感能量利用起来，提高了电路效率。
[0026] 如图6所示，将Buck-Boost-flyback中变压器改为理想变压器串联漏感电路图。
[0027] 分析电路在开关器件导通时的电流通路:将Ql导通时定义为阶段1。如图7所示，当 Ql导通时，变压器原边电压为上正下负，副边为上负下正，于是Dl反偏截止。而D2反偏电压 为C2电压加上电源电压，于是D2也截止。对于电源侧，直流电源DC给变压器等效励磁电感Lm 充磁，电感Lm的电流上升，同时漏感Ld的电流也在上升。对于负载侧来说，因为两个二极管 均截止，所W只有电容给负载电阻R提供电流，电容放电，电压下降。此阶段等效于反激电路 的开关管开通时变压器励磁电感充磁W及Buck-Boos t电路开关管开通时电感充磁的结合。
[0028] 分析电路在开关器件关断时的电流通路:将Ql关断时定义为阶段2。如图8所示，当 Ql关断时，变压器原边励磁电感和漏感电流不再流经开关管回到电源DC负极，而是找到其 它回路续流。Ql刚关断时，漏感电流将通过二极管D2导通续流，给电容C2充电，运个过程相 当于Buck-Boost电路在断续工作模式下的续流阶段，很好的实现了漏感的能量转移到负载 侧被利用，而不是经过MOSFET寄生电容导致Ql电压应力上升，所W减小了开关管电压应力， 运使得可W选择导通电阻更小的M0SFET，从而提高了效率，保护了开关管。同时漏感Ld和理 想变压器原边Ll进行换流，等换流结束后，即漏感电流下降为加寸，Ll电流等于Lm的电流，畐U 变电流为下面流入，上面流出，于是二极管Dl导通，给Cl充电。Cl充电的电压和C2的电压均 为上正下负，于是负载电阻的电压为两个电压的叠加。从而使得电路工作在升压模式下时 电压放大倍数上升。此阶段等效于反激电路的开关管关断时变压器励磁电感放能W及 Buck-Boost电路开关管关断时电感续流的结合。
[0029] 总而言之，buck-boost-flyback是将buck-boost升降压型电路和flyback隔离式 直流变换电路进行有机结合，消除了漏感带来的问题，减小了开关管的电压应力，增加了电 压放大时的放大倍数，使得DC-DC变换器电路性能更好。和单个buck-boost升降压型电路相 tt，buck-boost-flyback电路将升压比大约提高了n+1倍;和flyback电路相比，使得漏感问 题被很好的消除，减小了开关管的应力，同时提高了电路的效率。对于变压器的生产工艺来 讲，则只需要关注效率和升压比（应比关系）即可，不再用担屯、漏感带来的问题。
【主权项】
1. 一种单管Buck-Boos t-flyback升降压型电路，其特征在于，包括:直流电源、MOSFET 开关管、匝比l:n的变压器、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容;直流电源的正极 与变压器原边同名端、第二电容的一端、负载的一端相连，变压器原边的另一端与第二二极 管的正极、开关管的漏极相连，开关管的源极连接直流电源的负极，变压器副边同名端与第 二二极管的负极、第二电容的另一端、第一电容的一端相连，变压器副边的另一端连接第一 二极管的正极，第一二极管的负极与第一电容的另一端以及负载的另一端相连。
【专利摘要】本发明公开了一种单管Buck-Boost-flyback升降压型电路，包括：直流电源、MOSFET开关管、匝比1:n的变压器、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容；本发明的升降压型电路将buck-boost的升降压式DC-DC电路和隔离式flyback电路有机结合，实现直流电压的升降变换，其中反激式电路的变压器一次侧(原边电感及漏感)作为Buck-Boost电路的电感，消除了反激拓扑漏感导致的效率低和开关管电压应力过高等问题，提高了变换器效率和升压模式下的电压增益。
【IPC分类】H02M3/335
【公开号】CN105553282
【申请号】CN201610098442
【发明人】常晓飞, 杨雁勇
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年2月5日