專利名稱：一種單開關(guān)管直流升壓變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種升壓變換器，尤其是一種在照明或是低電壓直流逆變場(chǎng)合使用的單開關(guān)管直流升壓變換器。
背景技術(shù)：
高升壓比的直流變換器經(jīng)常被用于光伏逆變器前級(jí)、供電電源為蓄電池的不間斷電源、車載電源等多種場(chǎng)合。目前，傳統(tǒng)的直流變換器升壓結(jié)構(gòu)拓?fù)湟话阌蠦oost、 Buck-Boost、反激變換器、推挽等基礎(chǔ)電路結(jié)構(gòu)。B00St、Buck-B00St電路由于受到實(shí)際電力電子元件非理想性器件的影響其升壓能力有限，且功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力較高。在Boost、 Buck-Boost電路基礎(chǔ)上發(fā)展起來的級(jí)聯(lián)型結(jié)構(gòu)，具有較高的升壓能力但所需電力電子器件以及磁性元件較多不利于提高整個(gè)裝置的功率密度。反激變換器由于功率開關(guān)管受到漏感的影響其電壓應(yīng)力也較高。推挽變換器要求繞組對(duì)稱在實(shí)際制作過程中難以控制，且需要兩個(gè)功率開關(guān)管。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，開關(guān)器件電壓應(yīng)力小，升壓比高，輸出電壓比值穩(wěn)定的單開關(guān)管直流升壓變換器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的單開關(guān)管直流升壓變換器，包括耦合電感原邊Np 和耦合電感副邊Ns，耦合電感原邊Np的一端分別連接直流電源Vin和續(xù)流二極管Dtl的正極， 另一端連接功率開關(guān)管S的漏極，功率開關(guān)管S的源極與輸入直流電源Vin的負(fù)極連接，耦合電感副邊Ns的一端與續(xù)流二極管D1的正極連接，續(xù)流二極管D1的負(fù)極與儲(chǔ)能電容C1的正極連接，儲(chǔ)能電容C1的負(fù)極與耦合電感副邊Ns的另一端連接形成回路，續(xù)流二極管Dtl的負(fù)極分別連接續(xù)流二極管込的正極和自舉電容Cs的正極，續(xù)流二極管込的負(fù)極分別與儲(chǔ)能電容C2的正極和儲(chǔ)能電容C1的負(fù)極相連，自舉電容Cs的負(fù)極與功率開關(guān)管S的漏極連接，儲(chǔ)能電容C1的正極和儲(chǔ)能電容C2的負(fù)極為輸出端，連接負(fù)載R。有益效果本實(shí)用新型與傳統(tǒng)的反激變換器相比，在耦合電感的原邊引入自舉電容升壓結(jié)構(gòu)，通過累加反激變換器輸出電壓和自舉電容升壓結(jié)構(gòu)的電壓可得到更高的電壓傳輸比；通過耦合電感的漏感能量釋放回路，可降低功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力，自舉電容升壓結(jié)構(gòu)與變壓器耦合電感原邊Np共用一個(gè)繞組，可省一個(gè)磁性元件，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，斷開電容C1和電容C2的中間點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)自舉電容升壓結(jié)構(gòu)的輸出與變壓器耦合電感副邊Ns的輸出電氣隔離，從而實(shí)現(xiàn)兩路隔離的升壓電壓輸出，通過調(diào)整耦合電感原副邊繞組的比例可適應(yīng)不同升壓比的要求。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，具有廣泛的實(shí)用性。

圖1是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的等效電路圖。
3[0008]圖3是本實(shí)用新型的電路拓?fù)溟_關(guān)管S開通時(shí)能量的傳輸路徑圖。圖4是本實(shí)用新型的電路拓?fù)溟_關(guān)管S關(guān)斷時(shí)上下支路處于連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)下能量的傳輸路徑圖。圖5是本實(shí)用新型的電路拓?fù)溟_關(guān)管S關(guān)斷時(shí)上支路連續(xù)導(dǎo)通、下支路斷續(xù)狀態(tài)下能量的傳輸路徑圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的單開關(guān)管直流升壓變換器包括耦合電感原邊Np和耦合電感副邊Ns，耦合電感原邊Np的一端分別連接直流電源Vin和續(xù)流二極管Dtl的正極，另一端連接功率開關(guān)管S的漏極，功率開關(guān)管S的源極與輸入直流電源Vin的負(fù)極連接，耦合電感副邊Ns的一端與續(xù)流二極管D1的正極連接，續(xù)流二極管D1的負(fù)極與儲(chǔ)能電容C1的正極連接，儲(chǔ)能電容C1的負(fù)極與耦合電感副邊Ns的另一端連接形成回路，續(xù)流二極管Dtl的負(fù)極分別連接續(xù)流二極管A的正極和自舉電容Cs的正極，續(xù)流二極管&的負(fù)極分別與儲(chǔ)能電容 C2的正極和儲(chǔ)能電容C1的負(fù)極相連，自舉電容Cs的負(fù)極與功率開關(guān)管S的漏極連接，儲(chǔ)能電容C1的正極和儲(chǔ)能電容C2的負(fù)極為輸出端，連接負(fù)載R。如圖2所示，為便于分析將圖1中的耦合電感等效為圖2的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，圖2中Lp為耦合電感原邊漏感，Ls為耦合電感副邊漏感，Lm為耦合電感的勵(lì)磁電感。圖中順序連接的耦合電感副邊Ns、耦合電感副邊漏感Ls、二極管D1與儲(chǔ)能電容C1順序連接構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的電壓輸出回路，圖中標(biāo)定為上支路，其輸出電壓為Vca ；由連接在輸入電源Vin上的耦合電感原邊漏感Lp，耦合電感的勵(lì)磁電感Lm，自舉電容Cs，續(xù)流二極管D2和儲(chǔ)能電容C2所構(gòu)成的電壓輸出回路，圖中標(biāo)稱為下支路，其輸出電壓為VC2。如圖3所示，當(dāng)功率開關(guān)管S開通時(shí)，上支路折算至耦合電感原邊Np的電壓和輸入電壓Vin相疊加，對(duì)耦合電感原邊漏感、進(jìn)行充電，使耦合電感原邊漏感Lp上的漏感電流從零開始上升，當(dāng)漏感電流上升致使續(xù)流二極管D1K向截止時(shí)，輸入電壓Vin開始給耦合電感原邊Np和自舉電容Cs充電，直至自舉電容Cs的電壓等于輸入電壓Vin時(shí)功率開關(guān)管S關(guān)斷。在此過程中輸出電壓Vtl通過儲(chǔ)能電容C1和儲(chǔ)能電容C2所存儲(chǔ)的能量維持，輸出電流順序流經(jīng)儲(chǔ)能電容C1，儲(chǔ)能電容C2和負(fù)載R。圖3中粗線表示能量的傳輸狀態(tài)路徑，箭頭表示能量的傳輸方向。如圖4所示，當(dāng)負(fù)載R阻值較小且開關(guān)管S關(guān)斷時(shí)，上下支路均處于連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)；由于耦合電感原邊有漏感Lp，當(dāng)開關(guān)管S由飽和導(dǎo)通到截止關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)對(duì)耦合電感原邊線圈的分布電容進(jìn)行充放電從而產(chǎn)生阻尼振蕩，即在開關(guān)管S的漏極與源極間電壓震蕩形成振鈴效應(yīng)。這時(shí)電流的傳輸路徑主要有兩個(gè)能量釋放回路一個(gè)是由耦合電感副邊Ns，續(xù)流二極管D1和儲(chǔ)能電容C1順序連接構(gòu)成的上支路能量釋放回路，上支路輸出電流順序流經(jīng)耦合電感副邊Ns，續(xù)流二極管D1和儲(chǔ)能電容C1 ；另一路是由輸入電壓Vin， 耦合電感原邊漏感Lp，耦合電感的勵(lì)磁電感Lm，自舉電容Cs，續(xù)流二極管D2和儲(chǔ)能電容C2所構(gòu)成的下支路能量釋放回路，下支路輸出電流順序流經(jīng)輸入電壓Vin正極，耦合電感原邊漏感Lp，耦合電感的勵(lì)磁電感Lm，自舉電容Cs，續(xù)流二極管D2，儲(chǔ)能電容C2，輸入電壓Vin的負(fù)極。圖4中粗線表示能量的傳輸狀態(tài)路徑，箭頭表示能量的傳輸方向。如圖5所示，當(dāng)負(fù)載R阻值較大且開關(guān)管S關(guān)斷時(shí)，上支路處于電流連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)，下支路處于電流斷續(xù)狀態(tài)。此時(shí)，下支路續(xù)流二極管A電流斷續(xù)，電流順序流經(jīng)耦合電感副邊Ns，續(xù)流二極管D11 —路給儲(chǔ)能電容C1充電，另一路通過負(fù)載R給儲(chǔ)能電容C2充電； 放電電流順序流經(jīng)儲(chǔ)能電容C1，儲(chǔ)能電容C2和負(fù)載R。圖5中粗線表示能量的傳輸狀態(tài)路徑，箭頭表示能量的傳輸方向。
權(quán)利要求1. 一種單開關(guān)管直流升壓變換器，其特征是它包括耦合電感原邊Np和耦合電感副邊 Ns,耦合電感原邊Np的一端分別連接直流電源Vin和續(xù)流二極管Dtl的正極，另一端連接功率開關(guān)管S的漏極，功率開關(guān)管S的源極與輸入直流電源Vin的負(fù)極連接，耦合電感副邊Ns的一端與續(xù)流二極管D1的正極連接，續(xù)流二極管D1的負(fù)極與儲(chǔ)能電容C1的正極連接，儲(chǔ)能電容C1的負(fù)極與耦合電感副邊Ns的另一端連接形成回路，續(xù)流二極管Dtl的負(fù)極分別連接續(xù)流二極管D2的正極和自舉電容Cs的正極，續(xù)流二極管D2的負(fù)極分別與儲(chǔ)能電容C2的正極和儲(chǔ)能電容C1的負(fù)極相連，自舉電容Cs的負(fù)極與功率開關(guān)管S的漏極連接，儲(chǔ)能電容C1的正極和儲(chǔ)能電容C2的負(fù)極為輸出端，連接負(fù)載R。
專利摘要一種單開關(guān)管直流升壓變換器，適用于在照明或是低電壓直流逆變場(chǎng)合。包括耦合電感原邊NP和耦合電感副邊NS，耦合電感原邊NP的一端分別連接直流電源Vin和續(xù)流二極管D0的正極，另一端連接功率開關(guān)管S的漏極，功率開關(guān)管S的源極與輸入直流電源Vin的負(fù)極連接，續(xù)流二極管D0的負(fù)極分別連接續(xù)流二極管D2的正極和自舉電容CS的正極，續(xù)流二極管D2的負(fù)極分別與儲(chǔ)能電容C2的正極和儲(chǔ)能電容C1的負(fù)極相連。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，具有廣泛的實(shí)用性。
文檔編號(hào)H02M3/335GK201966806SQ201020700169
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者丁小剛, 宋鑫, 徐惠, 曾輝, 李 瑞, 牛潔茹, 王小昆, 胡義華 申請(qǐng)人:胡義華