变换器开关电流解耦电路制造技术

本发明专利技术涉及一种变换器开关电流解耦电路，对于Buck、Boost和Buck‑Boost变换器而言，以储能元件为中心和公共支路，以开关管支路和二极管支路分开的方式来表示开关电流解耦电路；对于Cuk和Zeta变换器而言，如果以储能电容所在支路为电路的中心支路，第一电感和第一二极管所在支路电路分别布置于中心支路的左上和右上45度方向；第一开关管和第二电感所在支路分别布置于中心支路的左下和右下45度方向。本发明专利技术由于采用上述方案，既简单对称，又突出储能元件在开关管和二极管作用下实现能量储存与释放的物理过程，简单易学，是一种现有基本DC‑DC变换器原理描述的有益补充。

Converter switching current decoupling circuit

The invention relates to a switching current decoupling circuit of the converter. For Buck, boost and buck \u2011 boost converters, the switching current decoupling circuit is represented by taking the energy storage element as the center and the common branch and separating the switching tube branch and the diode branch; for Cuk and zeta converters, if the branch where the energy storage capacitor is as the center branch of the circuit, the first inductance and the first inductance The branch circuit of a diode is respectively arranged in the upper left and upper right 45 degrees of the central branch; the branch circuit of the first switch tube and the second inductance is respectively arranged in the lower left and lower right 45 degrees of the central branch. Because of adopting the above scheme, the invention is not only simple and symmetrical, but also highlights the physical process of energy storage element realizing energy storage and release under the action of switch tube and diode. It is simple and easy to learn, and it is a beneficial supplement to the description of existing basic DC \u2011 DC converter principle.

【技术实现步骤摘要】
变换器开关电流解耦电路
本专利技术属于电子领域，尤其涉及一种变换器的等效电路。
技术介绍
现有基本DC-DC变换器(包括Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk和Zeta)在电路描述上均采用电源-开关单元-负载描述方式，即电源经过开关单元的变换后为负载供电。如图1至图5所示。不失一般性，以Buck为例，电源为Vi，开关管S、二极管D和电感L共同构成开关单元，负载为R，C为滤波电容。上述电路均为单开关管控制，因此存在开关管导通与开关管关断两种工作过程。在工作过程描述上，有两种方式。方式一采用开关管导通回路和开关管关断回路分别绘制电路图的方式，来表征开关管导通与关断所对应的能量传输与变换过程。如图6至图10所示，其中图6a至图10a表示开关管导通状态的电路图，用实线表示对应的电流回路；图6b至图10b表示开关管关断状态的电路图，用虚线表示对应的电流回路。在工作过程描述方式二中，采用开关管导通状态和开关管闭合状态两个过程统一描述的方式，在原电路图上分别用实线和虚线表示导通电流和关断电流的流通途径。如图11至图15所示。对比两种描述方式，可以看出：采用方式一描述工作过程，导通过程和关断过程是分开描述的，工作过程清晰，容易理解，但绘制复杂，必须用两张图描述；采用方式二描述工作过程，导通过程和关断过程是合并描述的，仅用一张图便可以描述两个工作过程，但工作过程不够清晰，较难理解，尤其对于Cuk和Zeta变换器，导通电流的流通路径和关断电流的流通途径混在一起，给初学者学习带来诸多不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种变换器开关电流解耦电路，该电路是基于DC-DC变换器电路工作过程的描述方式，简单且易理解。为了实现上述目的，本专利技术提供变换器开关电流解耦电路，对于Buck、Boost和Buck-Boost变换器而言，以储能元件为中心和公共支路，以开关管支路和二极管支路分开的方式来表示开关电流解耦电路；对于Cuk和Zeta变换器而言，如果以储能电容所在支路为电路的中心支路，水平放置，第一电感所在支路电路布置于中心支路的左上45度方向；第一二极管所在支路布置于中心支路的右上45度方向；第一开关管所在支路布置于中心支路的左下45度方向；第二电感所在支路布置于中心支路右下方45度方向；并且中心支路的上方公共端和下方公共端均为电源负极；以第一电感和第一二极管所在支路与第一开关管和第二电感所在支路分开的方式来表示开关电流解耦电路。进一步,所述的中心和公共支路包括电感、电容和负载，所述电感与相并联的电容和负载相串联，开关管支路包括相串联的开关管和电源，电源的正极与开关管的一端相连，开关管的另一端和电源的负极与中心和公共支路相并联，二极管支路包括二极管，中心和公共支路并联于二极管的阴极和阳极端。进一步,所述的中心和公共支路包括相串联的电感、电源，开关管支路包括开关管，电感的一端与电源正极相连，电感的另一端与电源负极并联于开关管的两端，二极管支路包括二极管和相并联的电容和负载，二极管的阴极与相并联的电容和负载相连，二极管的阳极和相并联的电容和负载的另一端与电感的另一端和电源负极相并联。进一步,所述的中心和公共支路包括电感，开关管支路包括开关管和电源，开关管的一端与电源正极相连，开关管的另一端与电源负极并联于电感的两端，二极管支路包括二极管和相并联的电容和负载，二极管的阳极与相并联的电容和负载相连，二极管的阴极和相并联的电容和负载的另一端与电感的两端相并联。进一步,所述中心支路包括第一电容，第一电感所在支路包括电源和第一电感，所述第一电感的一端与电源正极相连，第一电感的另一端与第一电容一端相连；第一二极管所在支路包括二极管，二极管的阴极与电源的负极相连，二极管的阳极与电容另一端相连；第一开关管所在支路包括第一开关管，第一开关管的一端与第一电容一端相连，第二电感所在支路包括第二电感和相并联的第二电容和负载，第二电感一端与相并联的第二电容和负载一端相连，第二电感的另一端与第一电容的另一端相连，相并联的第二电容和负载与第一开关管的另一端相连。进一步,所述中心支路包括第一电容，第一电感所在支路包括第一电感，所述第一电感的一端与第一电容一端相连，；第一二极管所在支路包括第一二极管，第一二极管的阳极与第一电感的另一端相连，第一二极管的阴极与电容另一端相连；第一开关管所在支路包括第一开关管和电源，第一开关管的一端与电源正极相连，第一开关管的另一端与第一电容的一端相连，第二电感所在支路包括第二电感和相并联的第二电容和负载，第二电感一端与相并联的第二电容和负载一端相连，第二电感的另一端与第一电容的另一端相连，相并联的第二电容和负载与电源负极相连。。有益效果本专利技术由于采用上述方案，电路描述不同于传统的电源-开关单元-负载描述方式，工作过程描述不同于分开描述，也不同于功能描述，而是以储能元件支路为中心支路，以开关管支路和二极管支路为辅助支路形式，构建开关管导通电流路径与开关管关断电流路径分开的电流解耦表示电路。既简单对称，又突出储能元件在开关管和二极管作用下实现能量储存与释放的物理过程，简单易学，是一种现有基本DC-DC变换器原理描述的有益补充。附图说明图1为现有技术Buck变换器电路原理图；图2现有技术Boost变换器电路原理图；图3现有技术Buck-Boost变换器电路原理图；图4现有技术Cuk变换器电路原理图；图5现有技术Zeta变换器电路原理图；图6a为现有技术Buck变换器开关管导通阶段的工作过程描述方式一；图6b为现有技术Buck变换器开关管关断阶段工作过程描述方式一；图7a为现有技术Boost变换器开关管导通阶段的工作过程描述方式一；图7b为现有技术Boost变换器开关管关断阶段工作过程描述方式一；图8a为现有技术Buck-Boost变换器开关管导通阶段的工作过程描述方式一；图8b为现有技术Buck-Boost变换器开关管关断阶段工作过程描述方式一；图9a为现有技术Cuk变换器开关管导通阶段的工作过程描述方式一；图9b为现有技术Cuk变换器开关管关断阶段工作过程描述方式一；图10a为现有技术Zeta变换器开关管导通阶段的工作过程描述方式一；图10b为现有技术Zeta变换器开关管关断阶段工作过程描述方式一；图11为现有技术Buck变换器工作过程描述方式二；图12为现有技术Boost变换器工作过程描述方式二；图13为现有技术Buck-Boost变换器工作过程描述方式二；图14为现有技术Cuk变换器工作过程描述方式二；图15为现有技术Zeta变换器工作过程描述方式二；图16为本专利技术Buck变换器的开关电流解耦电路；图17为本专利技术Boost变换器的开关电流解耦电路；图18为本专利技术Buck-Boost的开关电流解耦电路；图19为本专利技术Cuk变换器的开关电流解耦电路；图20为本专利技术Zeta变换器的开关电流解耦电路图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案的原理及优点更加清晰，以下结合附图及具体实施方案，对本专利技术进行进一步详细说明。在本实施方式中，所描述的具体实施方案仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一由电力电子基本理论可知，电力电子技术的核心和实质是通过开关管的高频导通与关断以及储能元件的能量储存与释放，来完成电压和电流的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.变换器开关电流解耦电路，其特征在于：对于Buck、Boost和Buck‑Boost变换器而言，以储能元件为中心和公共支路，以开关管支路和二极管支路分开的方式来表示开关电流解耦电路；对于Cuk和Zeta变换器而言，如果以储能电容所在支路为电路的中心支路，水平放置，第一电感所在支路电路布置于中心支路的左上45度方向；第一二极管所在支路布置于中心支路的右上45度方向；第一开关管所在支路布置于中心支路的左下45度方向；第二电感所在支路布置于中心支路右下方45度方向；并且中心支路的上方公共端和下方公共端均为电源负极；以第一电感和第一二极管所在支路与第一开关管和第二电感所在支路分开的方式来表示开关电流解耦电路。

【技术特征摘要】
1.变换器开关电流解耦电路，其特征在于：对于Buck、Boost和Buck-Boost变换器而言，以储能元件为中心和公共支路，以开关管支路和二极管支路分开的方式来表示开关电流解耦电路；对于Cuk和Zeta变换器而言，如果以储能电容所在支路为电路的中心支路，水平放置，第一电感所在支路电路布置于中心支路的左上45度方向；第一二极管所在支路布置于中心支路的右上45度方向；第一开关管所在支路布置于中心支路的左下45度方向；第二电感所在支路布置于中心支路右下方45度方向；并且中心支路的上方公共端和下方公共端均为电源负极；以第一电感和第一二极管所在支路与第一开关管和第二电感所在支路分开的方式来表示开关电流解耦电路。2.根据权利要求1所述的变换器开关电流解耦电路，其特征在于：所述的中心和公共支路包括电感、电容和负载，所述电感与相并联的电容和负载相串联，开关管支路包括相串联的开关管和电源，电源的正极与开关管的一端相连，开关管的另一端和电源的负极与中心和公共支路相并联，二极管支路包括二极管，中心和公共支路并联于二极管的阴极和阳极端。3.根据权利要求1所述的变换器开关电流解耦电路，其特征在于：所述的中心和公共支路包括相串联的电感、电源，开关管支路包括开关管，电感的一端与电源正极相连，电感的另一端与电源负极并联于开关管的两端，二极管支路包括二极管和相并联的电容和负载，二极管的阴极与相并联的电容和负载相连，二极管的阳极和相并联的电容和负载的另一端与电感的另一端和电源负极相并联。4.根据权利要求1所述的变换器开关电流解耦电路，其特征在于：所述的中心和公...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆海，刘林凯，周京华，闫皓月，刘从伟，刘欣博，田浩，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11