[发明专利]一种链式双桥自耦升压拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及一种链式双桥自耦升压拓扑电路。

背景技术

目前国内外升压开关电源的电路常用的有BOOST升压电路和基于反激的升压电路拓扑等。

BOOST升压电路的主电路图如图1所示，其工作原理是：输入电源通过功率开关管Q的通断将储能电感L储能并与输入电压叠加后经隔离二极管D传递给输出电容C，完成升压过程。

基于反激的升压拓扑主电路图如图2所示，当开关管Q导通时，变压器B的初级线圈储能，当开关管截止时初级储能再经高频变压器耦合给次级，通过初次级匝比设计，实现升压过程。高频变压器在初次级耦合过程中有能量损失，会降低整机效率。

无论是BOOST升压电路还是反激升压电路都是单支功率管的电路结构，即便是可以采用多支功率管并联的形式，但由于并联功率管之间的均流及功率管自身的正温度系数特性等因素不同，在实际使用中难以扩充功率，因此这两种电路通常最大只能输出几百瓦的功率，难以满足市场对大功率升压电源的需求。

再者，两者都是通过初级电感储能后再进行能量传递，目前受磁性材料及导磁率等方面的限制，使得储能电感及反激变压器的磁材尺寸较大，磁材利用率较低，整体功率密度较低，产品在极限应用时易出现磁材饱和并导致电路损坏情况。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术存在的升压式直流变换器的输出功率低、体积大、效率低、可靠性低的缺陷，提供一种链式双桥自耦升压拓扑电路，它实现了升压电源在相同功率和电气参数的要求下，体积减小50％，输出功率增加了一倍，效率提高10％，效率最高可以达到96％。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种链式双桥自耦升压拓扑电路，所述电路由四个功率开关MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，一个无耦合高频链式正向升压变压器B，一个谐振电感L1，一个次级全桥整流电路D1、D2、D3、D4，一个输出滤波电感L2，和一个输出滤波电容C2构成；功率开关MOS管Q1、Q2、Q3、Q4的结电容和L2作为谐振元件，使四个开关管一次在零电压下导通，实现恒频软开关。Q1、Q2构成超前臂，Q3、Q4构成滞后臂。为了防止桥臂直通短路，Q1和Q2，Q3和Q4之间人为的加入死区时间控制，它是根据开通延时和关断不延时的原则来设置同一桥臂死区时间。

所述次级整流电路由四个快速恢复二极管D1、D2、D3、D4构成,组成全桥整流电路。

本发明的工作为：

1、当Q1、Q4导通，Q2、Q3截止，无耦合高频链式升压变压器B电压为Vin，功率由变压器B原边传送到负载，D1、D3导通，L2、C2为储能滤波元件，同时提供输出电压，输出电压＝K*D*Vin，(K：匝数比；D：占空比；Vin：输入直流电压)由于匝数比K＞1，因此输出电压较输入电压高。

2、当Q1、Q4截止，Q2、Q3导通，无耦合高频链式升压变压器B电压为Vin，功率由变压器B原边传送到负载，D2、D4导通，为L2、C2储能滤波，提供输出电压。

上述过程依次变换，高频变压器随Q1、Q4、Q2、Q3交错驱动双极性磁极化工作，即可以为输出提供升压电压值。

3、Q1和Q2，Q3和Q4之间人为的加入死区时间控制，它是根据开通延时和关断不延时的原则来设置同一桥臂死区时间。

本发明链式双桥自耦升压拓扑电路创造了互为交错增功率驱动、无耦合高频链式升压变压器的全新电路拓扑。

本发明链式双桥自耦升压拓扑电路互为交错增功率驱动建立了大功率输出的四管驱动结构，以交错导通的方式每支开关管占空比为0-50％，使输出功率比单管电路拓扑的输出功率提升了一倍。

本发明链式双桥自耦升压拓扑电路突破了传统设计，依据电磁感应原理，直接将目前传统的初次级两个线圈高度集成为一个具有对称结构的升压能量链。升压链式高频变压器特点是节省了一组线圈，集成并共用了初级线圈，可以最大限度的将初级功率经升压后传递至输出端，改变了目前传统高频变压器需初次级耦合进行能量交换，其传输效率在国内外高频变压器领域内为最高，并且节省了线圈所用铜线，减小磁材的体积和用料。

附图说明

图1为BOOST升压电路图；

图2为反激升压电路图；

图3为本发明所述链式双桥自耦升压拓扑电路图；

图4本本发明所述链式双桥自耦升压拓扑电路延伸拓扑图；

图5为本发明所述链式双桥自耦升压拓扑电路DC48V升压DC300V实例原理图。

具体实施方式