[实用新型]一种耦合电感加开关电容实现无源箝位升压型交错并联变换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直流-直流变换器。具体说是耦合电感加开关电容实现无源箝位升压型交错并联变换器。

背景技术

常规的升压型(Boost)交错并联直流-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-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软开关，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。为了提高变换器的电压增益，一种方式是采用串联开关电容单元方式，该方法需要串联多个开关电容单元才能实现高增益变换，电路较复杂；另一种方式是采用三绕组耦合电感方式，该方式下的输出二极管电压应力较高，影响了变换器的效率。

发明内容

本实用新型的目的是提供输出电压增益高，输入电流纹波小，输出电流纹波小，功率开关管数量少，结构简单，且无能量损耗的耦合电感加开关电容实现无源箝位升压型交错并联变换器。

本实用新型的技术解决方案是：耦合电感加开关电容实现无源箝位升压型交错并联变换器，包括两个功率开关管，两个箝位二极管，两个箝位电容，两个续流二极管，两个开关电容，两个输出二极管，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，第一耦合电感的第一绕组的一端与第二耦合电感的第一绕组的一端及电源的正端相连，第一耦合电感的第一绕组的另一端与第一功率开关管的源极及第一箝位二极管的阳极和第一开关电容的一端相连，第一箝位二极管的阴极与第一箝位电容的一端及第一续流二极管的阳极相连，第一开关电容的另一端与第一耦合电感的第二绕组的一端相连，第一耦合电感的第二绕组的另一端与第二耦合电感的第三绕组的一端相连，第二耦合电感的第三绕组的另一端与第一续流二极管的阴极及第一输出二极管的阳极相连，第二耦合电感的第一绕组的另一端与第二功率开关管的源极及第二箝位二极管的阳极和第二开关电容的一端相连，第二箝位二极管的阴极与第二箝位电容的一端及第二续流二极管的阳极相连，第二开关电容的另一端与第二耦合电感的第二绕组的一端相连，第二耦合电感的第二绕组的另一端与第一耦合电感的第三绕组的一端相连，第一耦合电感的第三绕组的另一端与第二续流二极管的阴极及第二输出二极管的阳极相连，第一输出二极管的阴极与第二输出二极管的阴极及第一输出电容的一端相连，第一功率开关管的漏极和第二功率开关管的漏极与电源的负端及第一输出电容的另一端相连，第一箝位电容和第二箝位电容的另一端共同与第一功率开关管和第二功率开关管的漏极相连，或者第一箝位电容和第二箝位电容的另一端共同与第一耦合电感的第一绕组及第二耦合电感的第一绕组的接点相连，或者第一箝位电容和第二箝位电容的另一端共同与第一续流二极管及第二续流二极管的阴极共接。上述第一耦合电感的第一绕组与电源正端的连接端和第一耦合电感的第二绕组与第一开关电容的连接端以及第一耦合电感的第三绕组与第二输出二极管阳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电源正端的连接端和第二耦合电感的第二绕组与第二开关电容的连接端以及第二耦合电感的第三绕组与第一输出二极管阳极的连接端为第一耦合电感的同名端。

工作时，利用两个耦合电感的漏感实现第一功率开关管、第二功率开关管的零电流开通以及第一、第二两个续流二极管的软关断；第一功率开关管和第二功率开关管关断时，由于第一箝位二极管、第一箝位电容和第二箝位二极管、第二箝位电容的存在，实现了第一功率开关管和第二功率开关管的软箝位关断。利用第一耦合电感的第二、第三绕和第二耦合电感的第二、第三绕组实现变换器的高增益输出，利用第一开关电容、第二开关电容进一步提高变换器的电压增益和降低功率器件的电压应力，同时，每个开关周期第一箝位电容、第二箝位电容收集第一耦合电感、第二耦合电感的漏感能量，并最终转移到负载，实现了无源箝位电路的无损运行。