一種包括零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器的製造方法
2023-05-16 16:29:21
一種包括零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器的製造方法
【專利摘要】一種包括零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器，包括電感L1、電感L2、……電感L2n，所述電感L1、電感L2、……電感L2n的輸入端連接輸入電源Vin的正極。所述電感L1、電感L2、……電感L2n的輸出端分別連接二極體D1、二極體D2、……二極體D2n的陽極。所述電感L1、電感L2、……電感L2n的輸出端分別連接功率開關管S1、功率開關管S2、……功率開關管S2n的集電極。二極體D1、二極體D2、……二極體D2n的陰極均連接濾波電容C0一端。所述功率開關管S1、功率開關管S2、……功率開關管S2n的發射極、濾波電容C0另一端均連接入電源Vin的負極。本實用新型變換器，其結構簡單，不改變原交錯並聯Boost變換器性能，控制及驅動電路實現難度，成本低、且無能量損耗。
【專利說明】—種包括零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種交錯並聯Boost變換器，特別是一種包括零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器。
【背景技術】
[0002]傳統Boost變換器電路包括一個電感,一個功率開關管,一個輸出二極體。其中電感的輸入端連接輸入電源的正極，輸出端接二極體的陽極，二極體的陰極接變換器輸出端的正極；在電感和二極體的陽極之間接功率開關管的漏極，功率開關管源極接變換器的負極。這種基本Boost變換器在應用於大功率場合，由於IGBT的電流拖尾效應,開關管的關斷損耗變的很高，在整個變換器的損耗中也佔據了相當大的比例。導致變換器所需的散熱器體積較大，開關管的工作頻率也受到了限制，整個開關電源的功率密度較低。對於如電動汽車、飛機等應用場合極為不利。針對變換器開關損耗而開展的研究，目前主要集中在利用輔助電路來實現功率開關管的軟開關工作狀態。多數方案所針對的研究對象均為使用MOS管的應用場合，主要關注的是降低開關管的開通損耗而非關斷損耗，這在以使用IGBT為主的大功率應用場合難以直接應用，同時很多方案均需要輔助開關管，使得原變換器的控制和驅動電路實現難度較大。
【發明內容】
[0003]針對現有技術的不足，本實用新型提供一種包括零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器，其結構簡單，不改變原交錯並聯Boost變換器性能，控制及驅動電路實現難度，成本低、且無能量損耗。
[0004]本實用新型採取的技術方案為:一種包括零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器，包括電感L1、電感L2、……電感L2n，所述電感L1、電感L2、……電感L2n的輸入端連接輸入電源Vin的正極。所述電感L1、電感L2、……電感L2n的輸出端分別連接二極體D1、二極體D2、……二極體D2n的陽極。所述電感1^、電感L2、……電感L2n的輸出端分別連接功率開關管S1、功率開關管S2、……功率開關管S2n的集電極。二極體D1、二極體D2、……二極體D2n的陰極均連接濾波電容Ctl 一端。所述功率開關管S1、功率開關管S2、……功率開關管S2n的發射極、濾波電容Ctl另一端均連接入電源Vin的負極。
[0005]二極體D1陽極連接輔助電容Ca1 —端、輔助電容Ca1另一端連接輔助二極體Dal陽極，輔助二極體Dal陰極連接二極體D1陰極；二極體D2陽極連接輔助電容Ca2 —端、輔助電容Ca2另一端連接輔助二極體Da4陽極，輔助二極體Da4陰極連接二極體D2陰極；
[0006]輔助電容Cal—端連接輔助二極體Dal陽極，輔助二極體Dal陰極連接輔助二極體Da4陽極，輔助二極體Da4陰極連接二極體D2陰極；輔助電容Ca2 —端連接輔助二極體Da3陽極，輔助二極體Da3陰極連接輔助二極體Da2陽極，輔助二極體Da2陰極連接二極體D1陰極；所述輔助電容Cal、輔助電容Ca2、輔助二極體Dal、輔助二極體Da2、輔助二極體Da3、輔助二極體Da4構成第I個零電壓關斷輔助電路；
[0007]依次類推:二極體D2lri陽極連接輔助電容Ca (2η_υ—端、輔助電容Ca (2η_η另一端連接輔助二極體Da (4η_3)陽極，輔助二極體Da (4η_3)陰極連接二極體D2lri陰極；二極體D2n陽極連接輔助電容Ca2n —端、輔助電容Ca2n另一端連接輔助二極體Da4n陽極，輔助二極體Da4n陰極連接二極體D2n陰極；輔助電容Ca (2η_υ—端連接輔助二極體Da (4η_3)陽極，輔助二極體Da(4η_3)陰極連接輔助二極體Da4n陽極，輔助二極體Da4n陰極連接二極體D2n陰極；輔助電容Ca2n一端連接輔助二極體Da (4η_υ陽極，輔助二極體Da (4η_υ陰極連接輔助二極體Da2n陽極，輔助二極體Da2n陰極連接二極體Da (2η_υ陰極；所述輔助電容Ca (2η_η、輔助電容Ca2n、輔助二極體Da (4η_3)、輔助二極體Da (4η_2)、輔助二極體D a (4n_n、輔助二極體Da4n構成第η個零電壓關斷輔助電路。
[0008]所述功率開關管S1、功率開關管S2、……功率開關管S2n的柵極分別連接各自獨立的控制器，所述功率開關管S1、功率開關管S2、……功率開關管S2n的驅動相位之間相差180。/2n。
[0009]其中:η為自然數，η蘭I。
[0010]功率開關管S1、功率開關管S2、……功率開關管S2n為TGBT管或者MOSFET管。
[0011]本實用新型一種包括零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器，有益效果如下:
[0012]I)、通過採用η個零電壓關斷輔助電路，可以實現開關管的零電壓關斷，有效降低由開關關斷過程引起的損耗，且所提方案不影響原變換器的性能、控制和驅動電路的設計及實現方式。
[0013]2)、可以直接應用於多相交錯並聯Boost變換器中，不改變原電路結構。
[0014]3)、本實用新型電路拓撲簡單，不改變原變換器的工作性能和參數設計，無有源開關管，尤其適合採用IGBT作為功率開關管的應用場合。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型實施例所述2相交錯並聯Boost升壓變換器電路原理圖。
[0016]圖2為本實用新型2n相零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器電路圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，本實用新型2相交錯並聯Boost升壓變換器中的【具體實施方式】，由2相交錯並聯基本Boost變換器和I個零電壓關斷輔助電路組成。該變換器與普通的2相交錯Boost變換器相比，由於實現了開關管的零電壓關斷，因此可以大幅降低由功率開關管關斷時電流拖尾效應而引起的損耗。所述直流-直流變換器包含功率開關管S1、功率開關管S2, 二極體D1、二極體D2,輔助電容Cal、輔助電容Ca2，四個輔助二極體:Dal、Da2, Da3> Da4,電感L1、電感L2,濾波電容C。。
[0018]電感L1、電感L2的輸入端接輸入電源Vin的正極，電感L1、電感L2輸出端接各自Boost單元二極體的陽極和功率開關管的集電極。二極體D1、二極體D2的陰極接濾波電容C0的一端，該結點即為輸出端Vtjut的正極；功率開關管S1、功率開關管S2的發射極和濾波電容C。的另一端均與輸入電源Vin的負極相連。
[0019]輔助單元居於第一相與第二相之間，其中輔助電容Cal的左端、輔助二極體Dal的陽極與電感L1的右端、二極體D1的陽極及功率開關管S1的集電極相連，輔助電容Cal的右端、輔助二極體Da2的陽極及輔助二極體Da3的陰極相連，輔助二極體Da2的陰極與二極體DpD2的陰極、輔助二極體Da4的陰極及濾波電容C。的上端相連，輔助電容Ca2的左端、輔助二極體Da3的陽極與電感L2的右端、二極體D2的陽極及功率開關管S2的集電極相連，輔助電容Ca2的右端、輔助二極體Da4的陽極及輔助二極體Dal的陰極相連。
[0020]由於本實用新型的目標是實現開關管的零電壓關斷，而根據開關管關斷狀態的不同，可以將電路分為2種工作狀態，由於電路的對稱性，在此僅以第一功率開關管S1的關斷過程進行說明:
[0021]控制器控制功率開關管S1關斷:在功率開關管S1關斷時，輔助電容Cal上的電壓為"。，輔助電容Ca2上的電壓為0，此時根據開關管S2的導通與否，電路有兩種工作模態，分別為:開關管S2導通(佔空比大於0.5)及開關管S2關斷(佔空比小於0.5)兩種情況。
[0022]I)、功率開關管S1關斷時，功率開關管S2導通(佔空比大於0.5)的情況:部分電感電流經過輔助二極體Dal，功率開關管S2向輔助電容Ca2充電，另一部分電感電流經過輔助電容Cal,輔助二極體Da2向濾波電容C。和負載供電,輔助電容Cal放電,功率開關管S1在關斷時其端電壓上升速率與輔助電容Cal端電壓下降速率及輔助電容Ca2端電壓上升速率一致，顯然在此過程之中功率開關管S1實現了零電壓關斷，由於輔助電容Cal、Ca2的值較小，該過程持續時間不長，所以不會對變換器的性能產生大的影響；
[0023]2)、功率開關管S1關斷時，功率開關管S2關斷(佔空比小於0.5)的情況:此時由於功率開關管S2處於關斷狀態，所有電感電流將經過輔助電容Cal，輔助二極體Da2向濾波電容C。和負載供電，輔助電容Cal放電，功率開關管S1在關斷時其端電壓上升速率與輔助電容Cal端電壓下降速率一致，顯然在此過程之中，功率開關管S1同樣實現了零電壓關斷，而輔助電容Ca2上的電壓將會在功率開關管S2後續導通時上升至U。。
[0024]在本實用新型的【具體實施方式】中，功率開關管根據系統中所需直流母線電壓的不同，而選擇不同電壓應力的開關器件。本實用新型使用的功率開關管可以為IGBT，也可以為MOSFET或其它可控的開關管。
[0025]綜上所述，該電路拓撲結構簡單，可以有效降低功率開關管的關斷損耗，適合應用於開關管使用IGBT的功率較大的應用場合。
[0026]實施範例僅僅是為了工作原理闡述簡單而採用了兩相交錯並聯Boost變換器為例，在實際的應用中，所提電路也可以應用於多相交錯並聯Boost變換器中，如圖2所示:2η相零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器電路圖。
【權利要求】
1.一種包括零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器，包括電感L1、電感L2、……電感L2n，所述電感L1、電感L2、……電感L2n的輸入端連接輸入電源Vin的正極；所述電感L1、電感L2、……電感L2n的輸出端分別連接二極體D1、二極體D2、……二極體D2n的陽極；所述電感1^、電感L2、......電感L2n的輸出端分別連接功率開關管S1、功率開關管S2、......功率開關管S2n的集電極；二極體D1、二極體D2、……二極體D2n的陰極均連接濾波電容Ctl一端；所述功率開關管S1、功率開關管S2、......功率開關管S2n的發射極、濾波電容Ctl另一端均連接入電源Vin的負極；其特徵在於，二極體D1陽極連接輔助電容Ca1 —端、輔助電容Ca1另一端連接輔助二極體Dal陽極，輔助二極體Dal陰極連接二極體D1陰極；二極體D2陽極連接輔助電容Ca2 —端、輔助電容Ca2另一端連接輔助二極體Da4陽極，輔助二極體Da4陰極連接二極體D2陰極； 輔助電容Cal —端連接輔助二極體Dal陽極，輔助二極體Dal陰極連接輔助二極體Da4陽極，輔助二極體Da4陰極連接二極體D2陰極；輔助電容Ca2 —端連接輔助二極體Da3陽極，輔助二極體Da3陰極連接輔助二極體Da2陽極，輔助二極體Da2陰極連接二極體D1陰極；所述輔助電容Cal、輔助電容Ca2、輔助二極體Dal、輔助二極體Da2、輔助二極體Da3、輔助二極體Da4構成第I個零電壓關斷輔助電路； 依次類推:二極體D2lri陽極連接輔助電容Ca (2η_υ—端、輔助電容Ca (2η_η另一端連接輔助二極體Da (4η_3)陽極，輔助二極體Da (4η_3)陰極連接二極體D2lri陰極；二極體D2n陽極連接輔助電容Ca2n —端、輔助電容Ca2n另一端連接輔助二極體Da4n陽極，輔助二極體Da4n陰極連接二極體D2n陰極；輔助電容Ca (2lri廠端連接輔助二極體Da (4n_3)陽極，輔助二極體Da (4n_3)陰極連接輔助二極體Da4n陽極，輔助二極體Da4n陰極連接二極體D2n陰極；輔助電容Ca2n —端連接輔助二極體Da (4n_0陽極，輔助二極體Da (4n_0陰極連接輔助二極體Da2n陽極，輔助二極體Da2n陰極連接二極體Da (2η_υ陰極；所述輔助電容Ca (2η_υ、輔助電容Ca2n、輔助二極體Da(4η-3)、輔助二極體Da (4η_2)、輔助二極體D a (4n_n、輔助二極體Da4n構成第η個零電壓關斷輔助電路； 所述功率開關管S1、功率開關管S2、......功率開關管S2n的柵極分別連接各自獨立的控制器，所述功率開關管S1、功率開關管S2、……功率開關管S2n的驅動相位之間相差180。/2n。
2.根據權利要求1所述一種包括零電壓關斷輔助電路的交錯並聯Boost變換器，其特徵在於，功率開關管S1、功率開關管S2、……功率開關管S2n為TGBT管或者MOSFET管。
【文檔編號】H02M3/155GK203942446SQ201420365357
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月2日 優先權日:2014年7月2日
【發明者】邾玢鑫, 潘海龍, 黃悅華, 譚超, 佘小莉 申請人:三峽大學