專利名稱：一種具有開關電容的有源箝位交錯并聯dc/dc變換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及直流一直流變換器，具體說是具有開關電容的有源箝位交錯并 聯DC/DC變換器。
背景技術：
常規的升壓型(Boost)交錯并聯直流一直流變換器，包括兩個電感，兩個續 流二極管，兩個功率開關管，第一功率開關管的漏極與第一二極管的陽極及第 一電感的一端相連，第二功率開關管的漏極與第二二極管的陽極及第二電感的 一端相連，第一電感的另一端與第二電感的另一端相連。這種升壓型交錯并聯 直流—直流變換器輸出電壓增益較小，功率開關管的電壓應力較大，功率開關 管為硬開關工作，開關損耗較大，續流二極管的反向恢復電流較大，反向恢復 損耗較大。近年來，相繼研究了一些軟開關電路，主要有兩種 一種是通過附 加有源功率開關和無源電感、電容等器件實現功率開關管的軟開關；另一種是 通過附加二極管和無源電感、電容等器件實現功率開關管的軟開關。這兩種方 法的雖然可以實現功率開關管的軟開關，但是外加電路復雜，而且不能降低功 率開關管的電壓應力，也不能實現變換器的高增益功能。
發明內容
本發明的目的是提供功率開關管電壓應力小，結構簡單，開關管數量少， 成本低，無能量損耗且能提高電壓增益的具有開關電容的有源箝位交錯并聯 DC/DC變換器。
為達上述目的，本發明的技術解決方案是，具有開關電容的有源箝位交錯 并聯DC/DC變換器包括兩個功率開關管，兩個鉗位二極管，兩個輸出二極管， 一個輔助功率開關管， 一個箝位電容，兩個開關電容， 一個輸出電容和兩個耦 合電感，第一耦合電感有兩個繞組，第二耦合電感有兩個繞組，第一耦合電感 的第一繞組的一端與第一耦合電感的第二繞組的一端及輸入電源的正端相連， 第一耦合電感的第一繞組的另一端與第一功率開關管的漏極以及輔助功率開關 管的源極相連，第二耦合電感的第一繞組的一端與箝位電容的一端以及第二功 率開關管的源極相連，箝位電容的另一端與輔助功率開關管的漏極相連，第二 耦合電感的第一繞組的另一端以及第一功率開關管的源極與地相連，第一耦合 電感的第二繞組的另一端與第一鉗位二極管的陽極以及第二開關電容的一端相 連，第一鉗位二極管的陰極與第一輸出二極管的陽極以及第一開關電容的一端相連，第二耦合電感的第二繞組的一端與第二功率開關管的漏極以及輸入電源 的正端相連，第二耦合電感的第二繞組的另一端與第二鉗位二極管的陽極以及 第一開關電容的另一端相連，第二鉗位二極管的陰極與第二輸出二極管的陽極 以及第二開關電容的另一端相連，第一輸出二極管的陰極與第二輸出二極管的 陰極以及輸出電容的正端相連，輸出電容的負端與地相連；
上述第一耦合電感的第一繞組與輸入電源的正端的連接端和第一耦合電感 的第二繞組與輸入電源的正端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 輸入電源的正端的連接端為第二耦合電感的同名端。
工作時，利用兩個耦合電感的第二繞組和與之串聯的開關電容實現了電路 的高增益輸出；利用第一功率開關管漏、源極間自身存在的并聯電容以及第二 功率開關管漏、源極間自身存在的并聯電容，實現了第一功率開關管和第二功 率開關管的零電壓關斷；箝位電容收集第一耦合電感與第二耦合電感的漏感能 量，并最終轉移到輸入端，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沖，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。
本發明的具有開關電容的有源箝位交錯并聯DC/DC變換器，利用兩個耦合 電感的第二繞組和與之串聯的開關電容提高了變換器的電壓增益，只使用了一 個輔助開關管與一個箝位電容組成的串聯電路就可以無損地吸收和轉移兩個耦 合電感的漏感能量，并實現了第一、第二功率開關管的零電壓開通，利用第一、 第二功率開關管自身存在的并聯電容實現了第一、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，從而附加元件少，結構簡 單，有源器件數量少，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 壓過沖，續流二極管關斷時無電流過沖。
圖1是具有開關電容的有源箝位交錯并聯DC/DC變換器的電路圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發明的具有開關電容的有源箝位交錯并聯DC/DC變換器包括 兩個功率開關管Sl、 S2,兩個鉗位二極管Dcl、 Dc2，兩個輸出二極管Dol、 Do2， 一個輔助功率開關管Sc， 一個箝位電容Cc，兩個開關電容Cfl、 CG， 一個輸出電容Co和兩個耦合電感，第一耦合電感有兩個繞組Lla、 Lib,第二耦 合電感有兩個繞組L2a、 L2b，第一耦合電感的第一繞組Lla的一端與第一耦合 電感的第二繞組Lib的一端及輸入電源的正端相連，第一耦合電感的第一繞組 Lla的另一端與第一功率開關管Sl的漏極以及輔助功率開關管Sc的源極相連， 第二耦合電感的第一繞組L2a的一端與箝位電容Cc的一端以及第二功率開關管 S2的源極相連，箝位電容Cc的另一端與輔助功率開關管Sc的漏極相連，第二 耦合電感的第一繞組L2a的另一端以及第一功率開關管Sl的源極與地相連，第 一耦合電感的第二繞組Llb的另一端與第一鉗位二極管Dcl的陽極以及第二開 關電容Cf2的一端相連，第一鉗位二極管Dcl的陰極與第一輸出二極管Dol的 陽極以及第一開關電容Cfl的一端相連，第二耦合電感的第二繞組L2b的一端 與第二功率開關管S2的漏極以及輸入電源的正端相連，第二耦合電感的第二繞 組L2b的另一端與第二鉗位二極管Dc2的陽極以及第一開關電容Cfl的另一端 相連，第二鉗位二極管Dc2的陰極與第二輸出二極管Do2的陽極以及第二開關 電容Cf2的另一端相連，第一輸出二極管Dol的陰極與第二輸出二極管Do2的 陰極以及輸出電容Co的正端相連，輸出電容Co的負端與地相連；
上述第一耦合電感的第一繞組Lla與輸入電源的正端的連接端和第一耦合 電感的第二繞組Lib與輸入電源的正端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)與輸入電源的正端的連接端為第二耦合電感的同名端。
具有開關電容的有源箝位交錯并聯DC/DC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；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；輔助開關管Sc關斷與第二功率開關管S2開通之間的換流。由于 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關斷與輔助開關管Sc開通的換流過程
換流之前，電路處于第一功率開關管S1、第二功率開關管S2開通，第一鉗 位二極管Dcl、第一輸出二極管Dol、第二鉗位二極管Dc2、第二輸出二極管 Do2關斷的穩定工作狀態。當第一功率開關管S1關斷時，由于第一功率開關管 Sl自身存在并聯電容，第一功率開關管Sl的電壓從零開始以一定斜率線性上 升，即第一功率開關管Sl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的體內二極管開通，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的體內二極管開通后，給出輔助開關管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，第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2導通，耦合電感能量 開始向電路的輸出端轉移。之后，電路進入第一功率管S1關斷，輔助開關管Sc 開通，第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2開通的穩定運行狀態。 輔助開關管Sc關斷與第一功率開關管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，第一鉗 位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2處于導通的穩定運行工作狀態。輔助開關 管Sc關斷時，由于第一功率開關管S1自身存在并聯電容，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Se實現了零電壓關斷。第一耦合 電感的漏感與第一功率開關管Sl上并聯電容諧振，第一功率開關管Sl上并聯 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S1的電壓下降到零時，第一功率開關管S1 的體內二極管開通，第一功率開關管S1的體內二極管開通后，給出第一功率開 關管Sl門極信號，實現了第一功率開關管Sl的零電壓開通。第一鉗位二極管 Dcl、第二輸出二極管Do2的電流從一定值開始以一定斜率下降，當第一鉗位二 極管Dcl、第二輸出二極管Do2的電流下降到零時，第一鉗位二極管Dcl、第 二輸出二極管Do2關斷。這樣，第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2的 反向恢復電流為零，大大減小了第一鉗位二極管Dcl、第二輸出二極管Do2帶 來的反向恢復損耗。之后，電路進入第一功率開關管Sl導通，第一鉗位二極管 Dcl、第二輸出二極管Do2關斷的穩定運行狀態。
權利要求
1. 一種具有開關電容的有源箝位交錯并聯DC/DC變換器，其特征是包括兩個功率開關管(S1、S2)，兩個鉗位二極管(Dc1、Dc2)，兩個輸出二極管(Do1、Do2)，一個輔助功率開關管(Sc)，一個箝位電容(Cc)，兩個開關電容(Cf1、Cf2)，一個輸出電容(Co)和兩個耦合電感，第一耦合電感有兩個繞組(L1a、L1b)，第二耦合電感有兩個繞組(L2a、L2b)，第一耦合電感的第一繞組(L1a)的一端與第一耦合電感的第二繞組(L1b)的一端及輸入電源的正端相連，第一耦合電感的第一繞組(L1a)的另一端與第一功率開關管(S1)的漏極以及輔助功率開關管(Sc)的源極相連，第二耦合電感的第一繞組(L2a)的一端與箝位電容(Cc)的一端以及第二功率開關管(S2)的源極相連，箝位電容(Cc)的另一端與輔助功率開關管(Sc)的漏極相連，第二耦合電感的第一繞組(L2a)的另一端以及第一功率開關管(S1)的源極與地相連，第一耦合電感的第二繞組(L1b)的另一端與第一鉗位二極管(Dc1)的陽極以及第二開關電容(Cf2)的一端相連，第一鉗位二極管(Dc1)的陰極與第一輸出二極管(Do1)的陽極以及第一開關電容(Cf1)的一端相連，第二耦合電感的第二繞組(L2b)的一端與第二功率開關管(S2)的漏極以及輸入電源的正端相連，第二耦合電感的第二繞組(L2b)的另一端與第二鉗位二極管(Dc2)的陽極以及第一開關電容(Cf1)的另一端相連，第二鉗位二極管(Dc2)的陰極與第二輸出二極管(Do2)的陽極以及第二開關電容(Cf2)的另一端相連，第一輸出二極管(Do1)的陰極與第二輸出二極管(Do2)的陰極以及輸出電容(Co)的正端相連，輸出電容(Co)的負端與地相連；上述第一耦合電感的第一繞組(L1a)與輸入電源的正端的連接端和第一耦合電感的第二繞組(L1b)與輸入電源的正端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)與輸入電源的正端的連接端為第二耦合電感的同名端。
全文摘要
本發明公開的具有開關電容的有源箝位交錯并聯DC/DC變換器包括兩個功率開關管，兩個輸出二極管，兩個鉗位二極管，一個輔助功率開關管，一個箝位電容，兩個開關電容，一個輸出電容和兩個耦合電感。兩個耦合電感分別有兩個繞組。本發明利用兩個耦合電感的第二繞組與兩個開關電容實現了變換器的電壓增益的提高。本發明使用一個輔助開關管和一個箝位電容吸收兩個耦合電感的漏感能量，利用兩個功率開關管自身的并聯電容以及兩個功率開關管和輔助開關管的門極安排，實現了兩個功率開關管和輔助開關管的零電壓開通和零電壓關斷，利用兩個耦合電感的漏感實現了兩個輸出二極管和兩個鉗位二極管的軟關斷，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H02M3/24GK101453168SQ20081012079
公開日2009年6月10日 申請日期2008年9月5日 優先權日2008年9月5日
發明者何湘寧, 東 汪 申請人:浙江大學