一种高降压比的交错并联DC-DC变换器制造技术

本发明专利技术公开了一种高降压比的交错并联DC‑DC变换器，电源的正极与第一电容的一端、第二二极管的负极、第一开关管的一端及第二开关管的一端相连接，第一电容的另一端与第三二极管的正极及第一二极管的负极相连接，第二二极管的正极与第三二极管的负极及第二电容的一端相连接，第一开关管的另一端与第二电感的一端及第四二极管的负极相连接，第二开关管的另一端与第一电感的一端及第五二极管的负极相连接，第一电感的另一端与第二电感的另一端及负载电阻的一端相连接，电源的负极与第二电容的另一端、负载电阻的另一端、第五二极管的正极及第一二极管的正极相连接，该变换器具有高降压比、低输出纹波、输入电流可连续及良好电压调节能力的特点。

A interleaved parallel DC-DC converter with high step-down ratio

The invention discloses a interleaved parallel DC \u2011 DC converter with high voltage drop ratio. The positive pole of the power supply is connected with one end of the first capacitor, the negative pole of the second diode, one end of the first switch tube and one end of the second switch tube. The other end of the first capacitor is connected with the positive pole of the third diode and the negative pole of the first diode. The positive pole of the second diode is connected with the negative pole of the third diode One end of the second capacitor is connected, the other end of the first switch tube is connected with one end of the second inductance and the negative pole of the fourth diode, the other end of the second switch tube is connected with one end of the first inductance and the negative pole of the fifth diode, the other end of the first inductance is connected with the other end of the second inductance and one end of the load resistance, the negative pole of the power supply is connected with the other end of the second capacitance and the load The other end of the resistance, the positive pole of the fifth diode and the positive pole of the first diode are connected. The converter has the characteristics of high voltage drop ratio, low output ripple, continuous input current and good voltage regulation ability.

【技术实现步骤摘要】
一种高降压比的交错并联DC-DC变换器
本专利技术属于电力电子直流变换器设计领域，涉及一种高降压比的交错并联DC-DC变换器。
技术介绍
随着近年工业技术的迅猛发展，电力电子技术及相关设备在其中的重要性日益凸显，其中DC-DC变换器在电网、汽车、轨道交通、生物医学和通信系统等领域广泛应用。近年来，为追求高效率、高功率密度及低成本等发展趋势，数据中心、汽车电子及分布式能源系统等应用场合逐渐青睐于更高电压等级的电源架构，如以48V代替传统的12V直流母线电压，但诸多终端设备仍维持低压输入要求。研究高降压比的DC-DC变换器，为低压终端设备提供高效可靠的电能供应，具有重要的现实意义和应用价值。传统的Buck变换器电压调节能力良好，但降压比不高、输入电流断续，且在低压大电流应用场合难以满足对占空比、效率及散热等方面的要求。交错并联结构是在DC-DC变换器拓扑构造中常用的技术手段，交错并联变换器具有诸多优势，如可降低输出电流纹波、减低电路所需电感值和易于实现高频等，但与传统Buck变换器相比，降压比并没有得到提升。此外，在拓扑中引入开关电容单元也是对传统变换器进行改进的常用方法，开关电容变换器可实现高降压比、高功率密度、小尺寸，且易于集成，但电压调节能力较差。为克服上述传统DC-DC变换器的劣势，将Buck变换器、开关电容变换器和交错并联变换器相结合，探索可在降压比、效率、频率、功率密度、可集成性、输入电流可连续性等多方面进行提升的新型DC-DC变换器拓扑，实现优势综合、劣势互补。
技术实现思路
<br>本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高降压比的交错并联DC-DC变换器，该变换器具有高降压比、低输出纹波、输入电流可连续、良好电压调节能力及较高效率的特点。为达到上述目的，本专利技术所述的高降压比的交错并联DC-DC变换器包括电源、第一电容、第二电容、第一电感、第二电感、第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管及负载电阻；电源的正极与第一电容的一端、第二二极管的负极、第一开关管的一端及第二开关管的一端相连接，第一电容的另一端与第三二极管的正极及第一二极管的负极相连接，第二二极管的正极与第三二极管的负极及第二电容的一端相连接，第一开关管的另一端与第二电感的一端及第四二极管的负极相连接，第二开关管的另一端与第一电感的一端及第五二极管的负极相连接，第一电感的另一端与第二电感的另一端及负载电阻的一端相连接，电源的负极与第二电容的另一端、负载电阻的另一端、第五二极管的正极及第一二极管的正极相连接。电源的正极经输入电感与第一电容、第二二极管、第一开关管及第二开关管相连接。负载电阻上并联有滤波电容。第一开关管及第二开关管的触发脉冲相隔180°相位差。设D为开关管占空比，TS为开关周期，在NTS时刻，第一开关管高电平驱动脉冲到来，第一开关管导通，第二开关管截止，第一二极管、第二二极管及第五二极管续流，第三二极管和第四二极管截止，电源给输入电感和第二电感充电，输入电感和第二电感的电感电流持续上升，第一电感经第五二极管放电，第一电感的电感电流下降，第一电容和第二电容放电；在NTS+DTS时刻，第一开关管关断，输入电感和第二电感的电感电流达到最大值，第一电感继续放电；在NTS时刻至NTS+DTS时刻内，此工作模态下的微分方程为：在NTS+DTS时刻，第一开关管和第二开关管截止，第一二极管和第二二极管截止，第三二极管、第四二极管及第五二极管导通，第一电感、第二电感和输入电感均处于放电状态，电源和输入电感给第一电容和第二电容充电，在NTS+TS/2时刻，第二开关管导通，第一电感的电流达到最小值；在NTS+DTS时刻至NTS+TS/2时刻内，此工作模态下的微分方程为：在NTS+TS/2时刻，第二开关管高电平驱动脉冲到来，第二开关管导通，第一开关管截止，第一二极管、第二二极管及第四二极管续流，第三二极管和第五二极管截止，电源给第一电感和输入电感充电，第一电感和输入电感的电感电流持续上升，第二电感经第四二极管放电，第二电感的电感电流下降，第一电容和第二电容放电；在NTS+TS/2+DTS时刻，第二开关管关断，第一电感和输入电感的电感电流达到最大值，第二电感继续放电；在NTS+TS/2时刻至NTS+TS/2+DTS时刻内，此工作模态下的微分方程为：在NTS+TS/2+DTS时刻，第一开关管和第二开关管截止，第一二极管和第二二极管截止，第三二极管、第四二极管及第五二极管导通，第一电感、第二电感和输入电感均处于放电状态，电源和输入电感给第一电容和第二电容充电；在NTS+TS时刻，第一开关管导通，第二电感的电流达到最小值；在NTS+TS/2+DTS时刻至NTS+TS时刻内，此工作模态下的微分方程与式(2)一致。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的高降压比的交错并联DC-DC变换器在具体操作时，第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管及第三二极管组成开关电容单元，其中，第一电容与第二电容串联充电，并联放电，可达到降压的效果；第一开关管、第二开关管、第四二极管、第五二极管、第一电感及第二电感组成两相交错并联结构Buck单元，通过相移抵消两相电感电流纹波，输出电流纹波较低；进一步，在前级添加输入电感，输入电流可连续，输入电流纹波较低。从而使得变换器具有高降压比、低输出纹波、输入电流可连续、良好电压调节能力及较高效率的特点。另外，需要说明的是，本专利技术属于非隔离型变换器，可避免隔离型变换器中变压器体积大、控制复杂、存在漏电流等缺点。附图说明图1为本专利技术的电路拓扑图；图2a为本专利技术在工作模态1时的等效电路图；图2b为本专利技术在工作模态2及工作模态4时的等效电路图；图2c为本专利技术在工作模态3时的等效电路图；图3为本专利技术的闭环控制策略框图；图4为Vo、VC1、VC2及Vgs1的电压仿真波形图；图5为IL1、IL2、IL3及Vgs1的电流仿真波形图；图6为VD1、VD2、VD3及Vgs1的电压仿真波形图；图7为VD4、VD5及Vgs1的电压仿真波形图；图8为Vds1、Vds2及Vgs1的电压仿真波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参考图1，本专利技术所述的高降压比的交错并联DC-DC变换器包括电源Vin、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L3、第二电感L2、第一开关管S1、第二开关管S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5及负载电阻R；电源Vin的正极与第一电容C1的一端、第二二极管D2的负极、第一开关管S1的一端及第二开关管S2的一端相连接，第一电容C1的另一端与第三二极管D3的正极及第一二极管D1的负极相连接，第二二极管D2的正极与第三二极管D3的负极及第二电容C2的一端相连接，第一开关管S1的另一端与第二电感L2的一端及第四二极管D4的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高降压比的交错并联DC-DC变换器，其特征在于，包括电源(V

【技术特征摘要】
1.一种高降压比的交错并联DC-DC变换器，其特征在于，包括电源(Vin)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一电感(L3)、第二电感(L2)、第一开关管(S1)、第二开关管(S2)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)及负载电阻(R)；
电源(Vin)的正极与第一电容(C1)的一端、第二二极管(D2)的负极、第一开关管(S1)的一端及第二开关管(S2)的一端相连接，第一电容(C1)的另一端与第三二极管(D3)的正极及第一二极管(D1)的负极相连接，第二二极管(D2)的正极与第三二极管(D3)的负极及第二电容(C2)的一端相连接，第一开关管(S1)的另一端与第二电感(L2)的一端及第四二极管(D4)的负极相连接，第二开关管(S2)的另一端与第一电感(L3)的一端及第五二极管(D5)的负极相连接，第一电感(L3)的另一端与第二电感(L2)的另一端及负载电阻(R)的一端相连接，电源(Vin)的负极与第二电容(C2)的另一端、负载电阻(R)的另一端、第五二极管(D5)的正极及第一二极管(D1)的正极相连接。


2.根据权利要求1所述的高降压比的交错并联DC-DC变换器，其特征在于，电源(Vin)的正极经输入电感(L1)与第一电容(C1)、第二二极管(D2)、第一开关管(S1)及第二开关管(S2)相连接。


3.根据权利要求1所述的高降压比的交错并联DC-DC变换器，其特征在于，负载电阻(R)上并联有滤波电容(Co)。


4.根据权利要求1所述的高降压比的交错并联DC-DC变换器，其特征在于，第一开关管(S1)及第二开关管(S2)的触发脉冲相隔180°相位差。


5.根据权利要求1所述的高降压比的交错并联DC-DC变换器，其特征在于，设D为开关管占空比，TS为开关周期，在NTS时刻，第一开关管(S1)高电平驱动脉冲到来，第一开关管(S1)导通，第二开关管(S2)截止，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)及第五二极管(D5)续流，第三二极管(D3)和第四二极管(D4)截止，电源(Vin)给输入电感(L1)和第二电感(L2)充电，输入电感(L1)和第二电感(L2)的电感电流持续上升，第一电感(L3)经第五二极管(D5)放电，第一电感(L3)的电感电流下降，第一电容(C1)和第二电容(C2)放电；在NTS+DTS时刻，第一开关管(S1)关断，输入电...

【专利技术属性】
技术研发人员：周展羽，王发强，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61