CN104242626A - 一种内置开关耦合电感的升压-反激变换器 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种内置开关耦合电感的升压-反激变换器，包括一个升压模块和一个反激模块；升压模块中直流电源正极端与第一绕组同名端相连，负极端与功率开关管的源极、输出电容的负极端和负载的一端相连，第一绕组异名端与功率开关管的漏极、钳位二极管阳极和第三绕组的一端相连，第三绕组另一端与续流二极管阳极相连，续流二极管阴极与钳位二极管阴极、输出电容正极和反激模块相连，反激模块中第二绕组同名端与输出电容负极和升压模块相连，异名端与续流二极管阳极相连，续流二极管阴极与输出电容正极和负载的另一端相连；其电路整体结构设计合理，安全可靠，成本低，环境友好，具有较大的应用潜力。

Description

一种内置开关耦合电感的升压-反激变换器

技术领域：

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种直流-直流变换器，特别是一种内置开关耦合电感的升压-反激变换器。 

背景技术：

目前，不可再生能源的匮乏严重制约着经济发展，因此对电能的利用提出了更高的要求。传统的升压变换器通过增加占空比实现较高电压增益，但在较高电压输出时，功率开关管承受的电压应力较大，而且输出二极管存在反向恢复问题，这将降低变换器的效率，因此升压变换器的应用受到了一定的限制。在现有技术中，反激变换器一般采用反激变压器技术实现较高电压增益，但这种技术的变压器绕组的漏感在功率开关管上容易引起电压尖峰，开关管导通和关断损耗较大，导致变换器效率降低，因此，这种技术一般只应用于降压型中小功率场合。而现有常规技术中的集成升压-反激变换器是将反激变压器和升压变换器结合从而实现高升压比，但这种方法在占空比一定的情况下，要实现较大的电压增益，反激变压器初级侧和次级侧的电感量及漏感将倍增，这会降低变换器的效率；同时反激变压器初级侧将会承受较高电流增益，从而增加开关管和二极管的电流应力，造成变换器成本的上升。因此寻求一种不仅能够实现高升压比和高效率，而且二极管反向恢复问题小的变换器一直是行业内专家和科研人员探讨的任务。 

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，寻求设计提供一种内置开关耦合电感的升压-反激变换器，实现电压增益的拓展，同时实现功率开关管的软开通和软关断，并改善二极管的反向恢复问题，从而提高变换器的效率并降低系统成本。 

为了实现上述发明目的，本发明涉及的一种内置开关耦合电感的升压-反激变换器包括一个升压模块和一个反激模块；升压模块包括 直流电源、第一绕组、第三绕组、功率开关管、续流二极管、钳位二极管和第一输出电容；直流电源正极端与第一绕组的同名端相连，直流电源的负极端与功率开关管的源极、第一输出电容的负极端和负载的一端相连；第一绕组的异名端与功率开关管的漏极、钳位二极管的阳极和第三绕组的一端相连；第三绕组的另一端与续流二极管的阳极相连；续流二极管的阴极与钳位二极管的阴极、第一输出电容的正极和反激模块相连；功率开关管为带有反并二极管的电力场效应晶体管(MOSFET)；反激模块包括第二绕组、续流二极管和第二输出电容，第二绕组的同名端与第二输出电容的负极和升压模块相连，异名端与续流二极管的阳极相连；续流二极管的阴极与第二输出电容的正极和负载的另一端相连；升压模块的第一绕组和对应反激模块的第二绕组组成反激变压器，升压模块中的第一绕组和第三绕组组成耦合电感。 

本发明与现有的集成升压-反激变换器相比，通过引入耦合电感实现变换器电压增益的扩展，避免电路工作在极限占空比的情况；功率开关管工作在软开关环境下，降低开关管的导通和关断损耗；耦合电感的漏感能够优化续流二极管的反向恢复特性，减少二极管反向恢复损耗；其电路整体结构设计合理，安全可靠，电能损耗少，成本低，功率密度与效率较高，环境友好，具有较大的应用潜力。 

附图说明：

图1是本发明涉及的变换器的电路结构原理示意图。 

图2是本发明涉及的变换器的等效电路结构原理示意图。 

图3是本发明涉及的变换器的工作不同状态电学原理结构示意图。 

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步的说明。 

实施例： 

本实施例的电学原理示意图如图1所示，其构成的内置开关耦合电感的升压-反激变换器包括一个升压模块和一个反激模块；升压模块包括直流电源V_g、第一绕组L₁、第三绕组L₃、功率开关管S、续 流二极管D₁、钳位二极管D₃和第一输出电容C₁；直流电源V_g正极端与第一绕组L₁的同名端相连，直流电源V_g负极端与功率开关管S的源极、第一输出电容C₁的负极端和负载R_L的一端相连；第一绕组L₁的异名端与功率开关管S的漏极、钳位二极管D₃的阳极和第三绕组L₃的一端相连；第三绕组L₃的另一端与续流二极管D₁的阳极相连；续流二极管D₁的阴极与钳位二极管D₃的阴极、第二输出电容C₂的正极和反激模块相连；功率开关管S为带有反并二极管的电力场效应晶体管(MOSFET)；反激模块由第二绕组L₂、续流二极管D₂和第二输出电容C₂电连接构成，第二绕组L₂的同名端与第二输出电容C₂的负极和升压模块相连，异名端与续流二极管D₂的阳极相连；续流二极管D₂的阴极与第二输出电容C₂的正极和负载R_L的另一端相连；升压模块的第一绕组L₁和对应反激模块的第二绕组L₂组成反激变压器，升压模块中的第一绕组L₁和第三绕组L₃组成耦合电感。 

本实施例的具体工作过程如图3所示，在一个开关周期内，共有6种工作模式，其中：图3中(a)～图3中(b)为开关管S导通时的工作状态，图3中(c)～图3中(f)为开关管S关断时的工作状态；如图3中(a)所示的状态，功率开关管S开始导通，由于漏感L_2k、L_3k的存在，续流二极管D₁和D₂正向导通，钳位二极管D₃反向截止；升压模块中直流电源V_g给第一绕组L₁充电，漏感L_3k和第一输出电容C₁一起给负载R_L供电；反激模块漏感L_2k给第二输出电容C₂和负载R_L供电；如图3中(b)所示的状态，功率开关管S仍然导通，漏感L_2k、L_3k储存的能量消耗完，续流二极管D₁、D₂反向截止，钳位二极管D₃仍然反向截止，升压模块中直流电源V_g继续给第一绕组L1充电，第一输出电容C1与反激模块中的第二输出电容C₂一起给负载R_L供电；如图3中(c)所示的状态，功率开关管S开始关断，续流二极管D₁、D₂及钳位二极管D₃仍然反向截止，升压模块中直流电源V_g、第一绕组L₁给漏源寄生电容C_S恒流充电，寄生电容C_S两端电压U_ds上升，从而实现功率开关管S零电压关断，升压模块中第一输出电容C₁与反激模块中的第二输出电容C₂继续给负载R_L供电；如图3中(d)所示状态，功率开关管S仍然 关断，当漏源寄生电容C_S两端电压U_ds上升到V_C1+V_D时，钳位二极管D₃开始正向导通，同时续流二极管D₁和D₂开始导通，升压模块中直流电源V_g、第一绕组L₁、第三绕组L₃一起给第一输出电容C₁充电和给负载R_L供电；反激模块中第二绕组L₂和第二输出电容C₂也一起给负载R_L供电；其中V_C1为升压模块中第一输出电容C₁两端电压，V_D为钳位二极管D₃的导通压降；如图3中(e)所示状态，功率开关管S仍然关断，随着升压模块中第一输出电容C₁两端电压V_C1的上升，漏源寄生电容C_S两端电压U_ds小于V_C1+V_D，钳位二极管D₃反向截止，续流二极管D₁和D₂仍然导通，升压模块中直流电源V_g、第一绕组L₁和第三绕组L₃继续给第一输出电容C₁充电和给负载R_L供电，反激模块中第二绕组L₂和第二输出电容C₂继续给负载R_L供电；如图3中(f)所示状态，功率开关管S和钳位二极管D₃仍然关断，续流二极管D₁和D₂仍然导通，升压模块中直流电源V_g、第一绕组L₁、第三绕组L₃和第一输出电容C₁一起给反激模块中的第二输出电容C₂充电和给负载R_L供电。 

本实施例涉及的变换器在实际电路设备中应用效果优良，完全实现了设计任务，达到了本发明的目的。 

Claims (1)

1.一种内置开关耦合电感的升压-反激变换器，其特征在于包括一个升压模块和一个反激模块；升压模块包括直流电源、第一绕组、第三绕组、功率开关管、续流二极管、钳位二极管和第一输出电容；直流电源正极端与第一绕组的同名端相连，直流电源的负极端与功率开关管的源极、第一输出电容的负极端和负载的一端相连；第一绕组的异名端与功率开关管的漏极、钳位二极管的阳极和第三绕组的一端相连；第三绕组的另一端与续流二极管的阳极相连；续流二极管的阴极与钳位二极管的阴极、第一输出电容的正极和反激模块相连；功率开关管为带有反并二极管的电力场效应晶体管；反激模块包括第二绕组、续流二极管和第二输出电容，第二绕组的同名端与第二输出电容的负极和升压模块相连，异名端与续流二极管的阳极相连；续流二极管的阴极与第二输出电容的正极和负载的另一端相连；升压模块的第一绕组和对应反激模块的第二绕组组成反激变压器，升压模块中的第一绕组和第三绕组组成耦合电感。