三繞組耦合電感實現的交錯並聯降壓型變換器的製作方法

2023-07-08 06:20:16

專利名稱：三繞組耦合電感實現的交錯並聯降壓型變換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及直流一直流變換器，具體說是三繞組耦合電感實現的交錯並聯 降壓型變換器。
技術背景常規的反激型(Flyback)交錯並聯直流一直流變換器，包括兩個分別具有二個 繞組的耦合電感，兩個續流二極體，兩個功率開關管和一個輸出電容，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二二極體的陽極 相連，第一二極體的陰極與第二二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出電容的 另一端相連。這種反激型交錯並聯直流—直流變換器為硬開關工作，開關損耗 大，不適合大降壓比變換，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。其他隔離型降壓型變換器中，正激式變換器的輸入電流 和輸出電流紋波較大，需要額外的電路來實現開關管的軟開關，全橋式降壓型 變換器需要較多的開關管，成本較高，傳統半橋式降壓型變換器的電流紋波較 大，只適合小功率場合。 發明內容本發明的目的是提供功率開關管數量少，結構簡單，成本低，且能有效的 轉移耦合電感漏感能量的三繞組耦合電感實現的交錯並聯降壓型變換器。本發明的技術解決方案是，三繞組耦合電感實現的交錯並聯降壓型變換器， 包括兩個功率開關管，兩個續流二極體，二個箝位電容， 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，其特徵是第 一功率開關管的漏極與第二耦合電感的第三繞組的一端及第一箝位電容的一端 相連，第二功率開關管的漏極與第一耦合電感的第三繞組的一端及第二箝位電 容的一端相連，第一耦合電感的第三繞組的另一端與第二耦合電感的第三繞組 的另一端及輸入電源的正端相連，第一功率開關管的源極與第一耦合電感的第 一繞組的一端及第二箝位電容的另一端相連，第二功率開關管的源極與第二耦 合電感的第一繞組的一端及第一箝位電容的另一端相連，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及輸入電源的負端相連，第 一耦合電感的第二繞組的一端與第二耦合電感的第二繞組的一端及輸出電容的 負端相連，第一耦合電感的第二繞組的另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另一端與第二續流二極體的陽極相連，第一續流二 極管的陰極與第二續流二極體的陰極及輸出電容的正端相連，上述第一耦合電 感的第一繞組與第一功率開關管的源極的連接端和第一耦合電感的第二繞組與 輸出電容的負端的連接端以及第一耦合電感的第三繞組與第二功率開關管的漏極的連接端為第一耦合電感的同名端；第二耦合電感的第一繞組與第二功率開 關管的源極的連接端和第二耦合電感的第二繞組與輸出電容的負端的連接端以 及第二耦合電感的第三繞組與第一功率開關管的漏極的連接端為第一耦合電感 的同名端。工作時，利用兩個耦合電感的第三繞組實現了電路的大降壓比輸出；利用 兩個耦合電感的第一繞組和第二繞組實現了變換器的電氣隔離功能，不需要額 外的變壓器；第一箝位電容、第二箝位電容收集第一耦合電感、第二耦合電感 的漏感能量，並通過第二開關管、第一開關管最終轉移到輸入端，實現了漏感 能量的無損轉移；變換器的交錯並聯結構減小了輸入、輸出電流紋波。本發明的三繞組耦合電感實現的交錯並聯降壓型變換器，利用利用兩個耦 合電感的第三繞組實現了電路的大降壓比輸出，利用兩個耦合電感的第一繞組 和第二繞組實現了變換器的電氣隔離功能，利用第一箝位電容、第二箝位電容 和第二開關管和第一開關管無損的吸收和轉移了兩個耦合電感的漏感能量，利 用變換器的交錯並聯結構減小了輸入、輸出電流紋波，不需要額外的有源功率 器件，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。


圖1是三繞組耦合電感實現的交錯並聯降壓型變換器。
具體實施方式
參見圖1，本發明的三繞組耦合電感實現的交錯並聯降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， 二個箝位電容Ccl、 Cc2， 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Sl的漏極與 第二耦合電感的第三繞組L2c的一端及第一箝位電容Ccl的一端相連，第二功4率開關管S2的漏極與第一耦合電感的第三繞組Lie的一端及第二箝位電容Cc2 的一端相連，第一耦合電感的第三繞組Llc的另一端與第二耦合電感的第三繞 組L2c的另一端及輸入電源的正端相連，第一功率開關管S1的源極與第一耦合 電感的第一繞組Lla的一端及第二箝位電容Cc2的另一端相連，第二功率開關 管S2的源極與第二耦合電感的第一繞組L2a的一端及第一箝位電容Ccl的另一 端相連，第一耦合電感的第一繞組Lla的另一端與第二耦合電感的第一繞組L2a 的另一端及輸入電源的負端相連，第一耦合電感的第二繞組Lib的一端與第二 耦合電感的第二繞組L2b的一端及輸出電容Co的負端相連，第一耦合電感的第 二繞組Llb的另一端與第一續流二極體Dol的陽極相連，第二耦合電感的第二 繞組L2b的另一端與第二續流二極體Do2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，上述第一耦合電 感的第一繞組Lla與第一功率開關管Sl的源極的連接端和第一耦合電感的第二 繞組Lib與輸出電容Co的負端的連接端以及第一耦合電感的第三繞組Llc與第 二功率開關管S2的漏極的連接端為第一耦合電感的同名端；第二耦合電感的第 一繞組L2a與第二功率開關管S2的源極的連接端和第二耦合電感的第二繞組 L2b與輸出電容Co的負端的連接端以及第二耦合電感的第三繞組L2c與第一功 率開關管S1的漏極的連接端為第一耦合電感的同名端。
三繞組耦合電感實現的交錯並聯降壓型變換器四種換流情況，即第一功率 開關管SI關斷與第一續流二極體Dol開通之間的換流；第一續流二極體Dol 關斷與第一功率開關管SI開通之間的換流；第二功率開關管S2關斷與第二續 流二極體Do2開通之間的換流；第二續流二極體Do2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SI與第一續流二極 管Dol之間的換流過程為例分析如下
第一功率開關管SI關斷與第一續流二極體Dol開通之間的換流過程換流 之前，電路處於第一功率開關管SI導通、第二功率開關管S2關斷，第一續流 二極體Dol關斷、第二續流二極體Do2導通的穩定工作狀態。當第一功率開關 管SI關斷時，由於第一耦合電感的第一繞組Lla和第二耦合電感的第三繞組 Llc的電流不能突變，電流分別轉移到第一箝位電容Ccl和第二箝位電容Cc2 上去，並通過第二功率開關管S2進行無損循環。由於第一箝位電容Ccl和第二 箝位電容Cc2的電壓箝位作用，第一功率開關管SI不存在額外的關斷電壓尖峰。 第一第一續流二極體Dol上的電壓逐漸下降到零，第一續流二極體Dol導通， 輸入能量通過第一續流二極體Dol導通傳遞到輸出負載端，變換器進入第一功率開關管S1關斷，第二功率開關管S2關斷，第一續流二極體Dol導通，第二 續流二極體Do2導通的穩定工作狀態。
第一續流二極體Dol關斷與第一功率開關管Sl開通之間的換流的過程換 流之前，電路處於第一功率開關管SI關斷，第二功率開關管S2關斷，第一續 流二極體Dol導通，第二續流二極體Do2導通的穩定工作狀態。第一功率開關 管S1的門極信號給出時，第一耦合電感的第一繞組Lla和第二耦合電感的第三 繞組Llc的電流開始正向增加，第一續流二極體Dol的電流逐漸減小，當第一 續流二極體Dol的電流下降到零時，第一續流二極體Dol關斷，變換器進入第 一功率開關管Sl導通、第二功率開關管S2關斷，第一續流二極體Dol關斷、 第二續流二極體Do2導通的穩定工作狀態。
權利要求
1.三繞組耦合電感實現的交錯並聯降壓型變換器，其特徵是包括兩個功率開關管(S1、S2)，兩個續流二極體(Do1、Do2)，二個箝位電容(Cc1、Cc2)，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(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)的漏極與第二耦合電感的第三繞組(L2c)的一端及第一箝位電容(Cc1)的一端相連，第二功率開關管(S2)的漏極與第一耦合電感的第三繞組(L1c)的一端及第二箝位電容(Cc2)的一端相連，第一耦合電感的第三繞組(L1c)的另一端與第二耦合電感的第三繞組(L2c)的另一端及輸入電源的正端相連，第一功率開關管(S1)的源極與第一耦合電感的第一繞組(L1a)的一端及第二箝位電容(Cc2)的另一端相連，第二功率開關管(S2)的源極與第二耦合電感的第一繞組(L2a)的一端及第一箝位電容(Cc1)的另一端相連，第一耦合電感的第一繞組(L1a)的另一端與第二耦合電感的第一繞組(L2a)的另一端及輸入電源的負端相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的一端與第二耦合電感的第二繞組(L2b)的一端及輸出電容(Co)的負端相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的另一端與第一續流二極體(Do1)的陽極相連，第二耦合電感的第二繞組(L2b)的另一端與第二續流二極體(Do2)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，上述第一耦合電感的第一繞組(L1a)與第一功率開關管(S1)的源極的連接端和第一耦合電感的第二繞組(L1b)與輸出電容(Co)的負端的連接端以及第一耦合電感的第三繞組(L1c)與第二功率開關管(S2)的漏極的連接端為第一耦合電感的同名端；第二耦合電感的第一繞組(L2a)與第二功率開關管(S2)的源極的連接端和第二耦合電感的第二繞組(L2b)與輸出電容(Co)的負端的連接端以及第二耦合電感的第三繞組(L2c)與第一功率開關管(S1)的漏極的連接端為第一耦合電感的同名端。
全文摘要
本發明的三繞組耦合電感實現的交錯並聯降壓型變換器包括兩個功率開關管，兩個續流二極體，二個箝位電容，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。本發明利用兩個耦合電感的第三繞組實現了變換器的大降壓比變換，第一開關管與第一箝位電容組成的電路無損的吸收和轉移了第一耦合電感的漏感能量，第二開關管與第二箝位電容組成的電路無損的吸收和轉移了第二耦合電感的漏感能量，耦合電感既具有變壓器的隔離功能，又具有濾波電感的功能，第一耦合電感的第一、第三繞組，第二耦合電感的第一、第三繞組的漏感和第一箝位電容，第二箝位電容組成的低通濾波器可減小輸入電流紋波，電路元件少，結構簡單，可實現變換器的大降壓比變換和提高變換器的效率。
文檔編號H02M3/04GK101325368SQ20081006089
公開日2008年12月17日 申請日期2008年3月25日 優先權日2008年3月25日
發明者何湘寧, 李武華 申請人:浙江大學