[发明专利]一种基于耦合电感的叠加型变换器及其控制方法

权利要求书

1.一种基于耦合电感的叠加型变换器，其特征在于，包括电源（Vin）、输入模块、耦合电感模块和输出模块；

耦合电感模块包括第一耦合电感和第二耦合电感，第一耦合电感包括第一初级绕组（Np1）和第一次级绕组（Ns1），第二耦合电感包括第二初级绕组（Np2）和第二次级绕组（Ns2）；第一初级绕组（Np1）的第一端与电源（Vin）的正极连接；第二初级绕组（Np2）的第一端与电源（Vin）的正极连接；第一次级绕组（Ns1）和第二次级绕组（Ns2）分别与输出模块连接；

输入模块包括第一电容（C1）、第二电容（C2）、第一二极管（D1）、第一开关管（S1）、第二开关管（S2）和第三电感（L3）；第一二极管（D1）的正极与第一初级绕组（Np1）的第二端、第二电容（C2）的第二端连接，第一二极管（D1）的负极与第一电容（C1）的第一端连接，第一电容（C1）的第二端与电源（Vin）的负极连接；第三电感（L3）的第一端与第一二极管（D1）的负极连接，第三电感（L3）的第二端与第一开关管（S1）的第一端、第二电容（C2）的第一端连接；第二开关管（S2）的第一端与第二初级绕组（Np2）的第二端连接；第一开关管（S1）的第二端、第二开关管（S2）的第二端分别与电源（Vin）的负极连接；

还包括钳位模块，所述钳位模块包括第三电容（C3）、第四电容（C4）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）和第五二极管（D5）；

所述第三电容（C3）的第二端与第二初级绕组（Np2）的第二端连接，第三电容（C3）的第一端与第二二极管（D2）的负极、第四二极管（D4）的正极连接，第二二极管（D2）的正极与第一开关管（S1）的第一端连接，第二二极管（D2）的正极、第四二极管（D4）的负极与输出模块连接；

所述第四电容（C4）的第一端与第二开关管（S2）的第一端连接，第四电容（C4）的第二端与第三二极管（D3）的正极、第五二极管（D5）的负极连接，第三二极管（D3）的负极与第二开关管（S2）的第二端连接，第五二极管（D5）的正极与输出模块连接；

所述输出模块包括第五电容（C5）、第六电容（C6）、第七电容（C7）、第八电容（C8）、第六二极管（D6）、第七二极管（D7）和输出负载（R）；

所述第五电容（C5）的第一端与第八电容（C8）的第二端连接，第八电容（C8）的第一端与输出负载（R）的第一端连接；第五电容（C5）的第二端与第六电容（C6）的第一端连接，第六电容（C6）的第二端与输出负载（R）的第二端连接；

第六二极管（D6）的正极与第五电容（C5）的第一端连接，第六二极管（D6）的负极与第七二极管（D7）的正极连接，第七二极管（D7）的负极与第八电容（C8）的第一端连接；

第一次级绕组（Ns1）、第二次级绕组（Ns2）和第七电容（C7）串联后，并接于第六二极管（D6）的两端；

第四二极管（D4）的负极与第五电容（C5）的第一端连接，第二二极管（D2）的正极与第六电容（C6）的第一端连接，第五二极管（D5）的正极与第六电容（C6）的第二端连接；

第一耦合电感包括第一漏感（Lk1）和第一励磁电感（Lm1）；第二耦合电感包括第二漏感（Lk2）和第二励磁电感（Lm2）；

第一耦合电感的匝数比与第二耦合电感的匝数比相等，第一耦合电感的耦合系数与第二耦合电感的耦合系数相等；第一漏感（Lk1）与第二漏感（Lk2）相等，第一励磁电感（Lm1）和第二励磁电感（Lm2）相等；

所述叠加型变换器工作于如下六种工作模态：

第一模态：第一开关管（S1）在第一漏感（Lk1）的作用下零电流导通，第二开关管（S2）导通；第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）、第五二极管（D5）和第六二极管（D6）反向截止，第七二极管（D7）正向导通；电源（Vin）给第一励磁电感（Lm1）、第二励磁电感（Lm2）充电，第二励磁电感（Lm2）的能量通过第二次级绕组（Ns2）和第七二极管（D7）传输至第八电容（C8）；

第二工作模态：第一开关管（S1）导通、第二开关管（S2）导通，第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）和第七二极管（D7）反向截止，电源（Vin）给第一励磁电感（Lm1）、第二励磁电感（Lm2）、第一漏感（Lk1）和第二漏感（Lk2）充电；

第三工作模态：第一开关管（S1）导通、第二开关管（S2）关断，第三二极管（D3）、第四二极管（D4）和第六二极管（D6）正向导通，第二漏感（Lk2）对第四电容（C4）充电，并把第二开关管（S2）的电压应力钳位在第四电容（C4）的电压上；第二励磁电感（Lm2）的部分能量和第三电容（C3）的部分能量通过第四二极管（D4）对第五电容（C5）充电，第二励磁电感（Lm2）的剩余能量和第三电容（C3）的剩余能量通过第二次级绕组（Ns2）对第六二极管（D6）和第七电容（C7）充电；

第四工作模态：第一开关管（S1）导通，第二开关管（S2）在第二漏感（Lk2）的作用下零电流导通；第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）和第七二极管（D7）反向截止；电源（Vin）给第一励磁电感（Lm1）、第二励磁电感（Lm2）充电；

第五工作模态：第一开关管（S1）关断、第二开关管（S2）导通，第一二极管（D1）导通，第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）、第五二极管（D5）、第六二极管（D6）和第七二极管（D7）反向截止；电源（Vin）对第一励磁电感（Lm1）、第二励磁电感（Lm2）、第一漏感（Lk1）和第二漏感（Lk2）充电；

第六工作模态：第一开关管（S1）关断、第二开关管（S2）导通，第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第五二极管（D5）和第七二极管（D7）正向导通，第三二极管（D3）、第四二极管（D4）和第六二极管（D6）反向截止；第一漏感（Lk1）的能量传输至第一电容（C1），并把第一开关管（S1）的电压应力钳位在第三电容（C3）的电压上；第一励磁电感（Lm1）的部分能量和第二电容（C2）的部分能量通过第一二极管（D1）传输至第六电容（C6），第一励磁电感（Lm1）的剩余能量、第二电容（C2）的剩余能量和第七电容（C7）的能量传输至第八电容（C8）。