一种Boost变换器制造技术

本发明专利技术属于开关电源领域，提供了一种Boost变换器。该Boost变换器在现有拓扑结构基础上，增加辅助谐振网络，同时，对主开关管采用高频信号和低频信号的组合控制方式。利用辅助谐振网络的内部谐振，在高频信号的关断时刻，使得主开关管的高电位端-低电位端之间的电压由零开始上升，以实现主开关管的零电压关断，同时在高频信号的开通时刻或关断期间，使得主开关管的高电位端-低电位端之间的电压下降至零，以实现主开关管的零电压开通，从而可使得主开关管工作在高频完全软开关状态或高频临界完全软开关状态，这样，便可通过提升主开关管的开关频率来使得磁性元件和EMC滤波器件具有更小的设计尺寸，从而减小了Boost变换器的体积和重量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于开关电源领域，提供了一种Boost变换器。该Boost变换器在现有拓扑结构基础上，增加辅助谐振网络，同时，对主开关管采用高频信号和低频信号的组合控制方式。利用辅助谐振网络的内部谐振，在高频信号的关断时刻，使得主开关管的高电位端-低电位端之间的电压由零开始上升，以实现主开关管的零电压关断，同时在高频信号的开通时刻或关断期间，使得主开关管的高电位端-低电位端之间的电压下降至零，以实现主开关管的零电压开通，从而可使得主开关管工作在高频完全软开关状态或高频临界完全软开关状态，这样，便可通过提升主开关管的开关频率来使得磁性元件和EMC滤波器件具有更小的设计尺寸，从而减小了Boost变换器的体积和重量。【专利说明】—种Boost变换器
本专利技术属于开关电源领域，尤其涉及一种Boost变换器。
技术介绍
开关电源是一种通过控制开关器件的开关占空比来调整输出电压大小的装置，被广泛应用在智能终端等各类电子设备中。升压型(Boost)变换器是开关电源的一种常见拓扑结构。如图1示出了现有技术提供的Boost变换器的典型电路，其中，反馈控制及脉宽调制电路用于输出一定占空比的脉宽调制信号，以驱动开关管Ql的导通或截止。该Boost变换器可工作在三种状态:电感LI电流连续状态、电感LI电流临界连续状态、电感LI电流不连续状态，其中的开关管Ql均工作在高电压开通和高电流关断的硬开关状态。以下将对开关管Ql分别在如上三种状态下的开关损耗进行分析:一、电感LI电流连续状态。此状态下，开关管Ql的开通损耗包括三部分:第一部分是在开关管Ql开通时刻，由于开关管Ql的栅-源电压从高电压下降到低电压过程中伴随着流过开关管Ql的电流从零上升到电感LI的电流，从而在开关管Ql从截止到导通的过渡时间内，由同时存在的高电压和大电流所形成的开通交叉损耗；第二部分是在开关管Ql导通期间，开关管Ql的栅极与源极之间的结电容在截止状态储存的能量通过开关管Ql本体释放而形成的结电容损耗；第三部分是在开关管Ql导通期间，二极管Dl由导通状态过渡到截止状态的反向恢复电流通过开关管Ql而形成的反向恢复损耗。同时，此状态下，开关管Ql在大电流时关断，开关管Ql由导通到截止的过渡时间内同时存在的高电压和大电流形成关断交叉损耗，该关断交叉损耗即为开关管Ql的关断损耗。二、电感LI电流临界连续状态。此状态下，电感LI的电流在开关管Ql截止期间逐渐下降，并在开关管Ql下一次开通时刻来临时下降到零，此时，由于电感LI的电流近似为零，因而前述的开通交叉损耗和反向恢复损耗接近零，即是说，开关管Ql的开通损耗只包括前述的结电容损耗。此状态下，开关管Ql在大电流时关断，开关管Ql由导通到截止的过渡时间内同时存在的高电压和大电流形成关断交叉损耗，该关断交叉损耗即为开关管Ql的关断损耗。三、电感LI电流不连续状态。此状态下，电感LI的电流在开关管Ql截止期间逐渐下降，而在下降到零后，开关管Ql还未导通，则在开关管Ql的导通时刻来临时，由于电感LI的电流近似为零，因而前述的开通交叉损耗和反向恢复损耗接近零，即是说，开关管Ql的开通损耗只包括前述的结电容损耗。此状态下，开关管Ql在大电流时关断，开关管Ql由导通到截止的过渡时间内同时存在的高电压和大电流形成关断交叉损耗，该关断交叉损耗即为开关管Ql的关断损耗。在如上三种工作状态下，开关管Ql的总损耗为开通损耗、关断损耗、开关管Ql在导通期间的通态损耗、以及开关管Ql的门极驱动损耗之和。而由于开通损耗和关断损耗在开关管Ql的每个周期均会产生，因此，开关管Ql的开关损耗与开关管Ql的开关频率成正比，开关管Ql开关频率的升高会成比例的增加其开关损耗。这样，为了使得开关损耗和散热性能满足设计条件，需要限制开关管Ql的开关频率，一般是使得开关频率在20KHz到200KHz范围内。而公知地，开关频率越高，磁性元件的尺寸越小，重量越轻，因此，受限的开关频率使得磁性元件的尺寸无法做得更小，从而使得现有的Boost变换器的体积和重量都较大。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种Boost变换器，旨在解决现有技术提供的Boost变换器由于开关管工作在硬开关状态而存在开通损耗和关断损耗，使得开关管的开关频率受到限制，进而使得Boost变换器的体积和重量都较大的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种Boost变换器，包括主开关管Q2，所述Boost变换器还包括:辅助谐振网络，所述辅助谐振网络的第一端连接所述主开关管Q2的高电位端，所述主开关管Q2的低电位端连接Boost变换器的参考地；反馈控制及脉宽调制电路，用于生成并输出第一脉宽调制信号；高频信号调制电路，所述高频信号调制电路的输入端连接所述反馈控制及脉宽调制电路的输出端，所述高频信号调制电路的输出端连接所述主开关管Q2的控制端，所述高频信号调制电路用于在所述第一脉宽调制信号的高电平期间，生成并向所述主开关管Q2的控制端输出第二脉宽调制信号，利用所述辅助谐振网络的内部谐振，在所述第二脉宽调制信号的关断时刻，使得所述主开关管Q2的高电位端-低电位端之间的电压由零开始上升，并在所述第二脉宽调制信号的开通时刻或关断期间，使得所述主开关管Q2的高电位端-低电位端之间的电压下降至零。本专利技术实施例提出的Boost变换器在现有拓扑结构基础上，增加辅助谐振网络，同时，对主开关管采用高频信号和低频信号的组合控制方式。利用辅助谐振网络的内部谐振，在高频信号的关断时刻，使得主开关管的高电位端-低电位端之间的电压由零开始上升，以实现主开关管的零电压关断，同时在高频信号的开通时刻或关断期间，使得主开关管的高电位端-低电位端之间的电压下降至零，以实现主开关管的零电压开通，从而可使得主开关管工作在高频完全软开关状态或高频临界完全软开关状态。这样，由于实现了主开关管的零电压开通和零电压关断，因而不存在开通交叉损耗、反向恢复损耗、关断损耗和高频漏极-源极结电容损耗，同时，由于高频信号发生在低频信号的导通期间，低频信号的开关频率很低，主开关管的漏极与源极之间的结电容在截止状态储存的能量极少，可认为主开关管的开通时刻不存在低频结电容损耗，即是说，主开关管的总损耗为主开关管在导通期间的通态损耗、以及主开关管的门极驱动损耗之和，而通态损耗与主开关管的开关频率无关，门极驱动损耗与主电路的电压、电流、功率和磁性元件、二极管参数无关，是极小损耗。因此在实际中，可通过大幅提升主开关管的开关频率来使得磁性元件和EMC滤波器件的尺寸等比例大幅变小，从而使得Boost变换器的体积和重量显著减小，特别适用于便携式电子设备中。【专利附图】【附图说明】图1是现有技术提供的Boost变换器的典型电路图；图2是本专利技术实施例提供的Boost变换器的原理结构图；图3是图2的具体电路图；图4是本专利技术实施例的第一脉宽调制信号与第二脉宽调制信号的波形图；图5是本专利技术实施例的高频开关模态分析波形图；图6是本专利技术实施例中闻频/[目号调制电路的电路图；图7是图6的具体电路图；图8A是本专利技术实施例中，第一脉宽调制信号、D触发器的时钟输入引脚的信号、D触发器的置零引脚的信号和D触发器的输出引脚的信号分别在10 μ s的时序示例图；图SB是本专利技术实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Boost变换器，包括主开关管Q2，其特征在于，所述Boost变换器还包括：辅助谐振网络，所述辅助谐振网络的第一端连接所述主开关管Q2的高电位端，所述主开关管Q2的低电位端连接Boost变换器的参考地；反馈控制及脉宽调制电路，用于生成并输出第一脉宽调制信号；高频信号调制电路，所述高频信号调制电路的输入端连接所述反馈控制及脉宽调制电路的输出端，所述高频信号调制电路的输出端连接所述主开关管Q2的控制端，所述高频信号调制电路用于在所述第一脉宽调制信号的高电平期间，生成并向所述主开关管Q2的控制端输出第二脉宽调制信号，利用所述辅助谐振网络的内部谐振，在所述第二脉宽调制信号的关断时刻，使得所述主开关管Q2的高电位端‑低电位端之间的电压由零开始上升，并在所述第二脉宽调制信号的开通时刻或关断期间，使得所述主开关管Q2的高电位端‑低电位端之间的电压下降至零。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智，王卫江，
申请(专利权)人：深圳市航嘉驰源电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44