一種隔離型有源箝位交錯並聯升壓型變換器的製作方法

2023-06-21 16:54:36

專利名稱：一種隔離型有源箝位交錯並聯升壓型變換器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及直流一直流變換器，具體說是隔離型有源箝位交錯並聯升 壓型變換器。
背景技術：
常規的反激型(Flyback)交錯並聯直流一直流變換器，包括兩個耦合電感，兩 個續流二極體，兩個功率開關管， 一個輸出電容，兩個耦合電感分別具有兩個 繞組，第一功率開關管的漏極與第一耦合電感的第一繞組的一端相連，第二功 率開關管的漏極與第二耦合電感的第一繞組的一端相連，第一耦合電感的第一 繞組的另一端與第二耦合電感的第一繞組的另一端相連，第一耦合電感的第二 繞組的一端與第一續流二極體的陽極相連，第二耦合電感的第二繞組的一端與 第二續流二極體的陽極相連，第一續流二極體的陰極與第二續流二極體的陰極 及輸出電容的一端相連，第一耦合電感的第二繞組的另一端與第二耦合電感的 第二繞組的另一端及輸入電容的另一端相連。
這種反激型交錯並聯直流一直流變換器為硬開關工作，開關損耗大，能夠 實現輸入電壓的寬範圍調節，但是輸出電壓增益不夠大，漏感能量導致第一功 率開關管、第二功率開關管的電壓尖峰，效率較低。近年來，相繼研究了一些 隔離型高增益升壓型拓撲，其中一種拓撲在電流型橋式電路的基礎上，增加由 輔助功率開關管和電容組成的串聯電路實現功率開關管的軟開關，但是該拓撲 需要的功率開關管數量多，功率開關管的電流應力較大，另一種是諧振式變換 拓撲，該拓撲能夠實現軟開關，但是流過諧振電容的電流很大。 發明內容
本實用新型的目的是提供功率開關管數量少，結構簡單，成本低，且無能 量損耗的隔離型有源箝位交錯並聯升壓型變換器。
本實用新型的技術解決方案是，隔離型有源箝位交錯並聯升壓型變換器包 括兩個功率開關管，兩個續流二極體， 一個輔助功率開關管， 一個箝位電容， 一個輸出電容和兩個耦合電感，第一耦合電感有三個繞組，第二耦合電感有三 個繞組，第一功率開關管的漏極與第一耦合電感的第一繞組的一端相連，第一 功率開關管的源極與第二耦合電感的第一繞組的一端相連，第二功率開關管的 源極與第二耦合電感的第一繞組的另一端相連，第二功率開關管的漏極與第一 耦合電感的第一繞組的另一端相連，第一耦合電感的第二繞組的一端與第二耦合電感的第三繞組的一端相連，第二耦合電感的第二繞組的一端與第一耦合電 感的第三繞組的一端相連，第一耦合電感的第二繞組的另一端和第二耦合電感 的第二繞組的另一端共同與輸出電容的負端相連，，第一耦合電感的第三繞組的 另一端與第二續流二極體的陽極相連，第二耦合電感的第三繞組的另一端與第 一續流二極體的陽極相連，第一續流二極體的陰極與第二續流二極體的陰極及 輸出電容的正端相連，在第二功率開關管的源極與第一功率開關管的漏極之間 接入由輔助功率開關管與箝位電容組成的串聯電路，且輔助開關管的漏極與第 二功率開關管的源極相連。
工作時，利用兩個耦合電感的第三繞組拓展了電路的電壓增益；由於第一 功率開關管漏、源極間的並聯電容、第二功率開關管漏、源極間的並聯電容的 存在，實現了第一功率開關管、第二功率開關管的零電壓關斷；箝位電容收集 第一耦合電感、第二耦合電感的漏感能量，並最終轉移到輸入端，實現了箝位 電路的無損吸收。在整個開關周期中，通過控制第一功率開關管、第二功率開 關管、輔助開關管的門極脈衝，可使第一、第二功率開關管、輔助開關管實現 零電壓開通和零電壓關斷。
本實用新型的有益效果在於-
本實用新型的隔離型有源箝位交錯並聯升壓型變換器，利用兩個耦合電感 的第三繞組拓展了電路的電壓增益，利用輔助開關管與箝位電容組成的串聯電 路無損的吸收和轉移了兩個耦合電感的漏感能量，並實現了第一、第二功率開 關管的零電壓開通，利用第一、第二功率開關管的並聯電容實現了第一、第二 功率開關管的零電壓關斷，利用第一、第二功率開關管和輔助開關管的門極安 排，實現了輔助開關管的零電壓開通和零電壓關斷，無需額外的電感元件，利 用在輸出電容上的交錯並聯工作，減小了輸出電流的紋波和提高了輸出功率的 等級。從而附加元件少，結構簡單，成本低，無需額外的檢測電路，電路中無 能量損耗元件，可提高變換器的輸出增益與電路效率，且換流過程中，功率開 關管關斷時無電壓過衝，續流二極體關斷時無電流過衝。

圖1是隔離型有源箝位交錯並聯升壓型變換器的電路圖。
具體實施方式

參見圖1，本實用新型的隔離型有源箝位交錯並聯升壓型變換器，包括兩個 功率開關管S1、 S2，兩個續流二極體Dol、 Do2， 一個輔助功率開關管Sc， 一 個箝位電容Cc， 一個輸出電容Co和兩個耦合電感，第一耦合電感有三個繞組Lla、 Llb、 Llc，第二耦合電感有三個繞組L2a、 L2b、 L2c，其特徵是第一功率 開關管S1的漏極與第一耦合電感的第一繞組Lla的一端相連，第一功率開關管 Sl的源極與第二耦合電感的第一繞組L2a的一端相連，第二功率開關管S2的源 極與第二耦合電感的第一繞組L2a的另一端相連，第二功率開關管S2的漏極與 第一耦合電感的第一繞組Lla的另一端相連，第一耦合電感的第二繞組Lib的 一端與第二耦合電感的第三繞組L2c的一端相連，第二耦合電感的第二繞組L2b 的一端與第一耦合電感的第三繞組Llc的一端相連，第一耦合電感的第二繞組 Lib的另一端和第二耦合電感的第二繞組L2b的另一端共同與輸出電容Co的負 端相連，第一耦合電感的第三繞組Llc的另一端與第二續流二極體Do2的陽極 相連，第二耦合電感的第三繞組L2c的另一端與第一續流二極體Do1的陽極相 連，第一續流二極體Dol的陰極與第二續流二極體Do2的陰極及輸出電容Co 的正端相連，在第二功率開關管S2的源極與第一功率開關管Sl的漏極之間串 入由輔助功率開關管Sc與箝位電容Cc組成的串聯電路，且輔助開關管Sc的漏 極與第二功率開關管S2的源極相連，輔助開關管Sc的源極與箝位電容Cc的一 端相連，箝位電容Cc的另一端與第一功率開關管Sl的漏極相連。
隔離型有源箝位交錯並聯升壓型變換器存在四種換流情況，即第一功率開 關管Sl關斷與輔助開關管Sc開通之間的換流和輔助開關管Sc關斷與第一開關 管Sl開通之間的換流；第二功率開關管S2關斷與輔助開關管Sc開通之間的換 流和輔助開關管Sc關斷與第二功率開關管S2開通之間的換流。由於電路的對 稱性，僅以第一功率開關管S1的換流過程為例分析如下
第一功率開關管Sl關斷，輔助開關管Sc開通的換流過程
換流之前，電路處於第一功率開關管S1、第二功率開關管S2開通，第一續 流二極體Dol、第二續流二極體Do2關斷的穩定工作狀態。當第一功率開關管 Sl關斷時，由於第一功率開關管S1上並聯電容的存在，第一功率開關管S1的 電壓從零開始以一定斜率線性上升，即第一功率開關管S1實現了零電壓關斷。 第一功率開關管Sl的電壓上升到一定值時，輔助開關管Sc的體內二極體開通， 輔助開關管Sc的電壓為零，第一耦合電感的漏感能量轉移到箝位電容Cc上， 輔助開關管Sc的體內二極體開通後，給出輔助開關Sc的門極信號，實現了輔 助開關管Sc的零電壓開通。在這個過程，第一續流二極體Dol導通，耦合電感 能量開始向電路的輸出端轉移。之後，電路進入第一功率管Sl關斷，輔助開關 管Sc開通，第一續流二極體Dol開通的穩定運行狀態。
輔助開關管Sc關斷，第一功率開關管Sl開通的換流過程輔助開關管Sc關斷前，第一耦合電感的漏感與箝位電容Cc諧振，第一續 流二極體Dol處於導通的穩定運行工作狀態。輔助開關管Sc關斷時，由於第一 功率開關管Sl上並聯電容的存在，輔助開關管Sc電壓從零開始以一定斜率線 性上升，即輔助開關管Sc實現了零電壓開通。第一耦合電感的漏感與第一功率 開關管SI上並聯電容諧振，第一功率開關管SI上並聯電容能量向第一耦合電 感的漏感轉移，第一功率開關管S1的電壓從一定值開始以一定斜率下降，當第 一功率開關管SI的電壓下降到零時，第一功率開關管SI的體內二極體開通， 第一功率開關管SI的體內二極體開通後，給出第一功率開關管SI門極信號， 實現了第一功率開關管S1的零電壓開通。第一續流二極體Do1電流從一定值開 始以一定斜率下降，當第一續流二極體Dol電流下降到零時，第一續流二極體 Dol關斷。這樣，第一續流二極體Dol的反向恢復電流為零，大大減小了第一 續流二極體Dol帶來的反向恢復損耗。之後，電路進入第一功率開關管S1導通， 第一續流二極體Dol關斷的穩定運行狀態。
權利要求1.一種隔離型有源箝位交錯並聯升壓型變換器，包括兩個功率開關管(S1、S2)，兩個續流二極體(Do1、Do2)，一個輸出電容(Co)和兩個耦合電感，其特徵是還包括一個輔助功率開關管(Sc)和一個箝位電容(Cc)，第一耦合電感有三個繞組(L1a、L1b、L1c)，第二耦合電感有三個繞組(L2a、L2b、L2c)，第一功率開關管(S1)的漏極與第一耦合電感的第一繞組(L1a)的一端相連，第一功率開關管(S1)的源極與第二耦合電感的第一繞組(L2a)的一端相連，第二功率開關管(S2)的源極與第二耦合電感的第一繞組(L2a)的另一端相連，第二功率開關管(S2)的漏極與第一耦合電感的第一繞組(L1a)的另一端相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的一端與第二耦合電感的第三繞組(L2c)的一端相連，第二耦合電感的第二繞組(L2b)的一端與第一耦合電感的第三繞組(L1c)的一端相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的另一端和第二耦合電感的第二繞組(L2b)的另一端共同與輸出電容(Co)的負端相連，第一耦合電感的第三繞組(L1c)的另一端與第二續流二極體(Do2)的陽極相連，第二耦合電感的第三繞組(L2c)的另一端與第一續流二極體(Do1)的陽極相連，第一續流二極體(Do1)的陰極與第二續流二極體(Do2)的陰極及輸出電容(Co)的正端相連，在第二功率開關管(S2)的源極與第一功率開關管(S1)的漏極之間接入由輔助功率開關管(Sc)與箝位電容(Cc)組成的串聯電路，且輔助開關管(Sc)的漏極與第二功率開關管(S2)的源極相連。
專利摘要本實用新型公開的隔離型有源箝位交錯並聯升壓型變換器包括兩個功率開關管，兩個續流二極體，一個輔助功率開關管，一個箝位電容，一個輸出電容和兩個耦合電感，兩個耦合電感分別有三個繞組。本實用新型利用兩個耦合電感的第三繞組拓展了變換器的電壓增益，利用輔助開關管與箝位電容組成的串聯電路無損的吸收和轉移了兩個耦合電感的漏感能量，並實現了兩個功率開關管的零電壓開通和零電壓關斷，輔助開關管的零電壓開通和零電壓關斷，利用第一、第二功率開關管和兩個續流二極體的交錯並聯實現了變換器的大功率輸出。附加元件少，結構簡單，電路中無能量損耗元件，可提高變換器的輸出增益與電路效率。
文檔編號H02M3/24GK201142639SQ20072018611
公開日2008年10月29日 申請日期2007年12月18日 優先權日2007年12月18日
發明者何湘寧, 李武華 申請人:浙江大學