一种带有耦合电感的双输出Buck变换器制造技术

技术编号:18429218 阅读:12 留言:0更新日期:2018-07-12 02:41
本发明专利技术涉及到一种带有耦合电感的双输出Buck变换器,该变换器采用基于脉冲序列(pulse train,PT)的控制方法,是由传统双输出Buck电路改进而来,所述带有耦合电感的改进型双输出Buck电路,是由直流电源Vin的“+”端与MOS管S1的漏极相连;MOS管S1的源极与MOS管S2的漏极以及耦合电感原边La一端相连;耦合电感原边La的另一端与输出滤波电容C1正极和负载R1的一端相连;直流电源Vin的“‑”端与MOS管S2的源极、电容C1的负极以及负载R1的另一端相连;耦合电感副边Lb的一端与MOS管S3的漏极相连;MOS管S3的源极与二极管D正极相连;二极管D负极与输出滤波电容C2正极以及负载R2的一端相连;输出滤波电容C2负极和负载R2的另一端与耦合电感副边Lb的另一端相连;控制电路采用基于脉冲序列控制的控制策略。其特征在于,与传统的双输出Buck电路相比,电路中开关管数量减少至三个,简化了控制电路,节约了电路成本,控制方法简单且控制效果理想。

【技术实现步骤摘要】
一种带有耦合电感的双输出Buck变换器
:本专利技术属于直流-直流(DC-DC)变换器控制
范畴,尤其涉及一种带有耦合电感的降压型DC-DC变换器。
技术介绍
:近年来,随着混合动力汽车、LED照明、备用电源以及偏置电源的不断发展,具有多路输出的DC-DC开关变换器被广泛关注和应用。一般来说,为了实现高效的同步输出,在传统的多路输出电路中,一个N路输出的系统需要2N数量的开关,这无疑增加了多路输出电源的体积、重量和成本。为了实现简单的电路配置和较低的电路成本,具有多绕组的反激式和正激式变换器被提出,用来提供多路电压输出。但是二极管漏感和电压降的存在将会导致较差的交叉调节,以至于输出电压不能被完全地独立控制,虽然可以采用后置调节器来单独调节辅助输出,但是效率下降的同时也将导致额外的损失。针对这一问题,学者们又提出了单电感多输出(Single-InductorMultiple-Output,SIMO)DC-DC开关变换器。SIMO开关变换器具有较高的传输效率,可以有效地减少电感和控制芯片数量,从而减小开关电源的体积、重量和成本,是一个较为理想的方案。但是,由于所有输出共享一个电感,因此这种变换器在电感电流连续模式下也存在较差的交叉调节问题,同时也存在较大的电流应力。为了解决上一问题,学者们又提出了分时复用技术,一方面得到较好的交叉调节,另一方面也实现了简单控制的目的。但是当工作在电感电流断续模式下时,大的负载将会导致较大的峰值电流,极大地降低了变换器的工作性能。针对上述一问题,本专利技术采用一种新型的带有耦合电感的双输出电路拓扑,采用脉冲序列的控制方法,简化了电路结构,降低了系统整体成本,并且控制策略较为简单,具有较高的传导效率。
技术实现思路
:本专利技术提出的一种带有耦合电感的双输出Buck变换器。变换器由双输出Buck电路和PT控制电路组成。所述双输出Buck电路,是由直流电源Vin的“+”端与MOS管S1的漏极相连;MOS管S1的源极与MOS管S2的漏极以及耦合电感原边La一端相连;耦合电感原边La的另一端与输出滤波电容C1正极和负载R1的一端相连;直流电源Vin的“-”端与MOS管S2的源极、电容C1的负极以及负载R1的另一端相连;耦合电感副边Lb的一端与MOS管S3的漏极相连;MOS管S3的源极与二极管D正极相连;二极管D负极与输出滤波电容C2正极以及负载R2的一端相连;输出滤波电容C2负极和负载R2的另一端与耦合电感副边Lb的另一端相连;所述控制电路基于脉冲序列控制,是由比较器、D触发器、与门、或门和驱动电路依次相连组成;本专利技术的益处:(1)减少开关管使用数量,简化了电路,降低了系统的整体成本。(2)控制电路较为简单,能够有效的实现多输出控制,输出精度较高。附图说明:图1为传统双输出Buck主电路。图2为改进型带有耦合电感的双输出Buck主电路及PT控制电路图。图3为改进型带有耦合电感的双输出Buck变换器输入电压Vin和输出电压v1、v2局部波形图。图4为改进型带有耦合电感的双输出Buck变换器输出电压v1与对应驱动信号vG2局部波形图。图1标记说明:Vin为直流输入电源,S1、S2、S3、S4为MOS管,D1和D2为续流二极管,L1和L2为电感,C1、C2为输出滤波电容,R1、R2为负载。图2标记说明:Vref2为输出电压v2参考电压,PH为高功率脉冲,PL为低功率脉冲。图3标记说明:Vin、v1和v2分别为改进型带有耦合电感的双输出Buck变换器中输入电压与双输出电压。图4标记说明:v2和vG2分别为改进型带有耦合电感的双输出Buck变换器中其中一路输出电压与对应开关管电压。具体实施方式:下面结合附图和实施例对本专利技术方案进行详细说明。图2为一种基于脉冲序列控制带有耦合电感的双输出Buck变换器原理图,由改进型双输出Buck电路以及PT控制电路组成,其特征在于,所述的改进型双输出Buck变换器是由传统双输出Buck变换器拓扑演变而来,是由直流电源Vin的“+”端与MOS管S1的漏极相连;MOS管S1的源极与MOS管S2的漏极以及耦合电感原边La一端相连;耦合电感原边La的另一端与输出滤波电容C1正极和负载R1的一端相连;直流电源Vin的“-”端与MOS管S2的源极、电容C1的负极以及负载R1的另一端相连;耦合电感副边Lb的一端与MOS管S3的漏极相连;MOS管S3的源极与二极管D正极相连;二极管D负极与输出滤波电容C2正极以及负载R2的一端相连;输出滤波电容C2负极和负载R2的另一端与耦合电感副边Lb的另一端相连;所述控制电路基于脉冲序列控制,是由比较器、D触发器、与门、或门和驱动电路依次相连组成;针对实际情况中,混合动力汽车、LED照明、备用电源等不同电压等级的需求,本专利技术根据实际情况,在改进型带有耦合电感的双输出Buck电路中得出常用等级的两个直流低电压输出,并采用表1中的电路参数进行仿真验证:图3为输入电压Vin与双输出电压v1、v2的局部波形图,从图中可以看出,双输出电压满足给定参考电压值,双输出降压效果理想;图4为双输出电压其中一路输出v2与驱动脉冲信号vG2的局部波形图,从图中可以看出,当输出电压高于参考电压时选择低功率脉冲,当输出电压低于参考电压时选择高功率脉冲,系统工作在正常状态。从仿真结果可以看出,改进型带有耦合电感的双输出Buck变换器双输出降压效果理想,精度较高,同时仿真结果证明了改进电路的正确性,本专利技术简化了传统电路,降低了系统成本,控制过程合理简单。表1改进型带有耦合电感的双输出Buck电路仿真参数本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种带有耦合电感的双输出Buck变换器,由带有耦合电感的双输出Buck电路以及控制电路组成,所述双输出Buck电路是由直流电源Vin的“+”端与MOS管S1的漏极相连;MOS管S1的源极与MOS管S2的漏极以及耦合电感原边La一端相连;耦合电感原边La的另一端与输出滤波电容C1正极和负载R1的一端相连;直流电源Vin的“‑”端与MOS管S2的源极、电容C1的负极以及负载R1的另一端相连;耦合电感副边Lb的一端与MOS管S3的漏极相连;MOS管S3的源极与二极管D正极相连;二极管D负极与输出滤波电容C2正极以及负载R2的一端相连;输出滤波电容C2负极和负载R2的另一端与耦合电感副边Lb的另一端相连;所述控制电路基于脉冲序列控制,是由比较器、D触发器、与门、或门和驱动电路依次相连组成;MOS管S1、S3栅极接控制电路的驱动脉冲相同;MOS管S2栅极接控制电路的驱动信号与MOS管S1、S3驱动脉冲互补。其特征在于,开关管与传统两路独立控制的双输出变换器减少至三个,控制电路简单,易于控制。

【技术特征摘要】
1.一种带有耦合电感的双输出Buck变换器,由带有耦合电感的双输出Buck电路以及控制电路组成,所述双输出Buck电路是由直流电源Vin的“+”端与MOS管S1的漏极相连;MOS管S1的源极与MOS管S2的漏极以及耦合电感原边La一端相连;耦合电感原边La的另一端与输出滤波电容C1正极和负载R1的一端相连;直流电源Vin的“-”端与MOS管S2的源极、电容C1的负极以及负载R1的另一端相连;耦合电感副边Lb的一端与MOS管S3的漏极相连;MOS管S3的源极与二极管D正极相连;二极管D负极与输出...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐瑞东李涛池飞飞
申请(专利权)人:中国矿业大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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