CCM/DCM复用的单耦合电感多输出buck变换器制造技术

本发明专利技术提供了CCM/DCM复用的单耦合电感多输出buck变换器，输入端口Vi的正端与开关管S1的漏极相连，S1的源极与二极管D1的阴极、耦合电感T1原边的异名端相连；D1的阳极与Vi的负端相连；T1原副边的同名端相连于输出端口Vo1、输出电容Co1的正端，Vo1、Co1的负端与输入端口Vi的负端相连；T1副边的异名端与二极管D2～DN的阳极相连；D2～DN的阴极分别与开关管S2～SN的漏极相连，S2～SN的源极分别与输出端口Vo2～VoN、输出电容Co2～CoN的正端相连，Vo2～VoN、Co2～CoN的负端相连于Vi的负端。上述的变流器磁芯元件少、同时提供一路连续输出电流和多路断续输出电流、多个输出端口之间无交叉调整率问题。

【技术实现步骤摘要】
CCM/DCM复用的单耦合电感多输出buck变换器
本专利技术涉及直流变换
，更具体地，涉及一种CCM/DCM复用的单耦合电感多输出buck变换器。
技术介绍
在可再生能源、电动汽车、个人电脑等应用中,常常存在不同直流电压等级的输出端口，它们与输入端口之间需要连接直流变换器以实现电压转换和功率传输。一种最简单的可行方案是在每个输出端口与输入端口之间单独连接一个直流变换器，但该方案所需元件多、成本较高。为了降低成本，W.Ki等提出了一类单电感多输出直流变换器，它仅需一个磁芯元件即可提供多路不同的输出电压([1]W.KiandD.Ma,"Single-inductormultiple-outputswitchingconverters,"inPowerElectronicsSpecialistsConference,2001,pp.226-231.)。当单电感多输出直流变换器工作于电流断续模式(DiscontinuousCurrentMode,DCM)时，多路输出电压不存在交叉负载调整率问题([2]D.Ma,W.Ki,C.Tsui,andP.K.T.Mok,"Single-inductormultiple-outputswitchingconverterswithtime-multiplexingcontrolindiscontnuousconductionmode,"IEEEJournalofSolid-StateCircuits,vol.38,no.1,pp.89-100,Jan.2003.)。然而，该DCM模式要求每一路输出电流较小，否则将造成很大的电流尖峰，恶化了开关管的电流应力。为了避免该问题，可设计单电感多输出直流变换器工作于电流连续模式(ContinuousCurrentMode,CCM)。但是，在CCM模式下某一个输出端口的负载变化将造成其他输出端口电压变化，交叉负载调整率不佳([3]D.Trevisan,P.Mattavelli,andP.Tenti,“Digitalcontrolofsingle-inductormultiple-outputstep-downDC-DCconvertersinCCM,”IEEETrans.Ind.Electron.,vol.55,no.9,pp.3476–3483,Sep.2008.)。综上，目前已有的单电感多输出直流变换器虽然仅需要一个磁芯即可提供多路不同的输出电压，成本较低；但是在同时带有重载和轻载的应用场合中，它工作于DCM模式下电流尖峰大、工作于CCM模式下交叉负载调整率不佳，这些问题限制了其有效推广应用。
技术实现思路
针对现有单电感多输出直流变换器所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种磁芯元件少、可同时提供一路连续输出电流和多路断续输出电流、不同输出端口之间无交叉负载调整率问题的多输出buck变流器。为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了CCM/DCM复用的单耦合电感多输出buck变换器，其特征在于包括：输入端口Vi、输出端口Vo1～VoN、开关管S1～SN、二极管D1～DN、匝比1:1的耦合电感T1、输出电容Co1～CoN；所述输入端口Vi的正端与开关管S1的漏极相连，开关管S1的源极与二极管D1的阴极、耦合电感T1原边的异名端相连；二极管D1的阳极与输入端口Vi的负极相连；耦合电感T1原副边的同名端相连于输出端口Vo1、输出电容Co1的正端，输出端口Vo1、输出电容Co1的负端与输入端口Vi的负端相连；耦合电感T1副边的异名端与二极管D2～DN的阳极相连；二极管D2～DN的阴极分别与开关管S2～SN的漏极相连，开关管S2～SN的源极分别与输出端口Vo2～VoN、输出电容Co2～CoN的正端相连，输出端口Vo2～VoN、输出电容Co2～CoN的负端相连于输入端口Vi的负端。在一较佳实施例中：所述输出端口Vo1的电流io1为连续电流，一直对输出电容Co1和负载R1供电；输出端口Vo2～VoN的电流io2～ioN为断续电流，它们依次在第一个开关周期Ts_1～第N-1个开关周期Ts_N-1对输出电容Co2～CoN和负载R2～RN供电。在一较佳实施例中：在第一个开关周期Ts_1中：t0时刻前，开关管S1关断、二极管D1导通，输出电流io2～ioN保持为零，励磁电感电流iLm减小；在t0～t1时刻，开关管S1开通、二极管D1反向偏置，输出电流io2～ioN保持为零，励磁电感电流iLm线性增大；在t1～t2时刻，开关管S2开通，二极管D2正向偏置，输出电流io2等于漏感电流iLr，且漏感电流iLr增大，励磁电感电流iLm也增大；在t2～t3时刻时，开关管S1关断，二极管D1导通，输出电流io2等于漏感电流iLr，且漏感电流iLr减小，励磁电感电流iLm线性减小；在t3～t4时刻时，漏感电流iLr减小到零，二极管D2反向偏置，输出电流io2变为零，励磁电感电流iLm线性减小。在一较佳实施例中：在第N-1个开关周期Ts_N-1中：t0时刻前，开关管S1关断、二极管D1导通，输出电流io2～ioN保持为零，励磁电感电流iLm减小；在t0～t1时刻，开关管S1开通，开关管S2～SN关断、二极管D1反向偏置，输出电流io2～ioN保持为零，励磁电感电流iLm线性增大；在t1～t2时刻，开关管SN开通，二极管DN正向偏置，输出电流ioN等于漏感电流iLr，且漏感电流iLr增大，励磁电感电流iLm也增大；在t2～t3时刻时，开关管S1关断，二极管D1导通；输出电流ioN等于漏感电流iLr，且漏感电流iLr减小，励磁电感电流iLm线性减小；在t3～t4时刻时，漏感电流iLr减小到零，二极管DN反向偏置，输出电流输出电流ioN变为零，励磁电感电流iLm线性减小。在一较佳实施例中：在任意时刻励磁电感电流iLm均等于输出端口Vo1输出的电流io1。在一较佳实施例中：每一个输出端口Vo1～VoN的电压可独立调节。相较于现有技术，本专利技术的技术方案具备以下有益效果：本专利技术提供的CCM/DCM复用的单耦合电感多输出buck变换器，在加入了原副边匝比为1:1、原副边同名端相连的耦合电感后，具有如下优点：(1)可同时提供一路连续的输出电流和多路断续的输出电流(CCM/DCM复用)，特别适用于同时带有重载和轻载的应用场合；(2)多路输出电压独立可调，无交叉负载调整率问题；(3)仅需一个磁芯元件，电路成本低、体积小。附图说明图1为本专利技术的CCM/DCM复用的单耦合电感多输出buck变换器；图2为本专利技术的CCM/DCM复用的单耦合电感多输出buck变换器的等效电路；图3为图1所述变换器的主要工作波形示意图；图4为图3中开关周期Ts_1、Ts_N-1内工作模态[t0,t1]的等效电路图；图5为图3中开关周期Ts_1内工作模态[t1,t2]的等效电路图；图6为图3中开关周期Ts_1内工作模态[t2,t3]的等效电路图；图7为图3中开关周期Ts_1、Ts_N-1内工作模态[t3,t4]的等效电路图；图8为图3中开关周期Ts_N-1内工作模态[t1,t2]的等效电路图；图9为图3中开关周期Ts_N-1内工作模态[t2,t3]的等效电路图。具体实施方式为了更具体地描述本专利技术，下面结合附图及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.CCM/DCM复用的单耦合电感多输出buck变换器，其特征在于包括：输入端口Vi、输出端口Vo1～VoN、开关管S1～SN、二极管D1～DN、匝比1:1的耦合电感T1、输出电容Co1～CoN；所述输入端口Vi的正端与开关管S1的漏极相连，开关管S1的源极与二极管D1的阴极、耦合电感T1原边的异名端相连；二极管D1的阳极与输入端口Vi的负端相连；耦合电感T1原副边的同名端相连于输出端口Vo1、输出电容Co1的正端，输出端口Vo1、输出电容Co1的负端与输入端口Vi的负端相连；耦合电感T1副边的异名端与二极管D2～DN的阳极相连；二极管D2～DN的阴极分别与开关管S2～SN的漏极相连，开关管S2～SN的源极分别与输出端口Vo2～VoN、输出电容Co2～CoN的正端相连，输出端口Vo2～VoN、输出电容Co2～CoN的负端相连于输入端口Vi的负端。

【技术特征摘要】
1.CCM/DCM复用的单耦合电感多输出buck变换器，其特征在于包括：输入端口Vi、输出端口Vo1～VoN、开关管S1～SN、二极管D1～DN、匝比1:1的耦合电感T1、输出电容Co1～CoN；所述输入端口Vi的正端与开关管S1的漏极相连，开关管S1的源极与二极管D1的阴极、耦合电感T1原边的异名端相连；二极管D1的阳极与输入端口Vi的负端相连；耦合电感T1原副边的同名端相连于输出端口Vo1、输出电容Co1的正端，输出端口Vo1、输出电容Co1的负端与输入端口Vi的负端相连；耦合电感T1副边的异名端与二极管D2～DN的阳极相连；二极管D2～DN的阴极分别与开关管S2～SN的漏极相连，开关管S2～SN的源极分别与输出端口Vo2～VoN、输出电容Co2～CoN的正端相连，输出端口...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈桂鹏，卿新林，刘雨薇，黄澜涛，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35