具有开关电容的有源箝位交错并联DC/DC变换器制造技术

本实用新型专利技术公开的具有开关电容的有源箝位交错并联ＤＣ／ＤＣ变换器包括两个功率开关管，两个输出二极管，两个钳位二极管，一个辅助功率开关管，一个箝位电容，两个开关电容，一个输出电容和两个耦合电感。两个耦合电感分别有两个绕组。本实用新型专利技术利用两个耦合电感的第二绕组与两个开关电容实现了变换器的电压增益的提高。本实用新型专利技术使用一个辅助开关管和一个箝位电容吸收两个耦合电感的漏感能量，利用两个功率开关管自身的并联电容以及两个功率开关管和辅助开关管的门极安排，实现了两个功率开关管和辅助开关管的零电压开通和零电压关断，利用两个耦合电感的漏感实现了两个输出二极管和两个钳位二极管的软关断，电路中无能量损耗元件，可提高变换器的输出增益与电路效率。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及直流一直流变换器，具体说是具有开关电容的有源箝位交 错并联DC/DC变换器。
技术介绍
常规的升压型(Boost)交错并联直流一直流变换器，包括两个电感，两个续 流二极管，两个功率开关管，第一功率开关管的漏极与第一二极管的阳极及第 一电感的一端相连，第二功率开关管的漏极与第二二极管的阳极及第二电感的 一端相连，第一电感的另一端与第二电感的另一端相连。这种升压型交错并联 直流一直流变换器输出电压增益较小，功率开关管的电压应力较大，功率开关 管为硬开关工作，开关损耗较大，续流二极管的反向恢复电流较大，反向恢复损耗较大。近年来，相继研究了一些软开关电路，主要有两种 一种是通过附 加有源功率开关和无源电感、电容等器件实现功率开关管的软开关；另一种是 通过附加二极管和无源电感、电容等器件实现功率开关管的软开关。这两种方 法的虽然可以实现功率开关管的软开关，但是外加电路复杂，而且不能降低功 率开关管的电压应力，也不能实现变换器的高增益功能。
技术实现思路
本技术的目的是提供功率开关管电压应力小，结构简单，开关管数量 少，成本低，无能量损耗且能提高电压增益的具有开关电容的有源箝位交错并 联DC/DC变换器。为达上述目的，本技术的技术解决方案是，具有开关电容的有源箝位 交错并联DC/DC变换器包括两个功率开关管，两个钳位二极管，两个输出二极 管， 一个辅助功率开关管， 一个箝位电容，两个开关电容， 一个输出电容和两 个耦合电感，第一耦合电感有两个绕组，第二耦合电感有两个绕组，第一耦合 电感的第一绕组的一端与第一耦合电感的第二绕组的一端及输入电源的正端相 连，第一耦合电感的第一绕组的另一端与第一功率开关管的漏极以及辅助功率 开关管的源极相连，第二耦合电感的第一绕组的一端与箝位电容的一端以及第 二功率开关管的源极相连，箝位电容的另一端与辅助功率开关管的漏极相连， 第二耦合电感的第一绕组的另一端以及第一功率开关管的源极与地相连，第一 耦合电感的第二绕组的另一端与第一钳位二极管的阳极以及第二开关电容的一 端相连，第一钳位二极管的阴极与第一输出二极管的阳极以及第一开关电容的一端相连，第二耦合电感的第二绕组的一端与第二功率开关管的漏极以及输入 电源的正端相连，第二耦合电感的第二绕组的另一端与第二钳位二极管的阳极 以及第一开关电容的另一端相连，第二钳位二极管的阴极与第二输出二极管的 阳极以及第二开关电容的另一端相连，第一输出二极管的阴极与第二输出二极 管的阴极以及输出电容的正端相连，输出电容的负端与地相连；上述第一耦合电感的第一绕组与输入电源的正端的连接端和第一耦合电感 的第二绕组与输入电源的正端的连接端为第一耦合电感的同名端；第二耦合电 感的第一绕组与第二功率开关管的源极的连接端和第二耦合电感的第二绕组与 输入电源的正端的连接端为第二耦合电感的同名端。工作时，利用两个耦合电感的第二绕组和与之串联的开关电容实现了电路 的高增益输出；利用第一功率开关管漏、源极间自身存在的并联电容以及第二 功率开关管漏、源极间自身存在的并联电容，实现了第一功率开关管和第二功 率开关管的零电压关断；箝位电容收集第一耦合电感与第二耦合电感的漏感能 量，并最终转移到输入端，实现了箝位电路的无损吸收。在整个开关周期中， 通过控制第一功率开关管、第二功率开关管、辅助开关管的门极脉冲，可使第 一、第二功率开关管，辅助开关管实现零电压开通和零电压关断。本技术的具有开关电容的有源箝位交错并联DC/DC变换器，利用两个 耦合电感的第二绕组和与之串联的开关电容提高了变换器的电压增益，只使用 了一个辅助开关管与一个箝位电容组成的串联电路就可以无损地吸收和转移两 个耦合电感的漏感能量，并实现了第一、第二功率开关管的零电压开通，利用 第一、第二功率开关管自身存在的并联电容实现了第一、第二功率开关管的零 电压关断，利用第一、第二功率开关管和辅助开关管的门极安排，实现了辅助 开关管的零电压开通和零电压关断，无需额外的电感元件，从而附加元件少， 结构简单，有源器件数量少，成本低，无需额外的检测电路，电路中无能量损 耗元件，可提高变换器的输出增益与电路效率，且换流过程中，功率开关管关 断时无电压过冲，续流二极管关断时无电流过冲。附图说明图1是具有开关电容的有源箝位交错并联DC/DC变换器的电路图。具体实施方式参见图1，本技术的具有开关电容的有源箝位交错并联DC/DC变换器 包括两个功率开关管Sl、 S2，两个钳位二极管Dcl、 Dc2，两个输出二极管Dol、 Do2， 一个辅助功率开关管Sc， 一个箝位电容Cc，两个开关电容Cfl、 Cf2， 一个输出电容Co和两个耦合电感，第一耦合电感有两个绕组Lla、 Llb，第二耦 合电感有两个绕组L2a、 L2b，第一耦合电感的第一绕组Lla的一端与第一耦合 电感的第二绕组Lib的一端及输入电源的正端相连，第一耦合电感的第一绕组 Lla的另一端与第一功率开关管Sl的漏极以及辅助功率开关管Sc的源极相连， 第二耦合电感的第一绕组L2a的一端与箝位电容Cc的一端以及第二功率开关管 S2的源极相连，箝位电容Cc的另一端与辅助功率开关管Sc的漏极相连，第二 耦合电感的第一绕组L2a的另一端以及第一功率开关管Sl的源极与地相连，第 一耦合电感的第二绕组Llb的另一端与第一钳位二极管Del的阳极以及第二开 关电容Cf2的一端相连，第一钳位二极管Dcl的阴极与第一输出二极管Dol的 阳极以及第一开关电容Cfl的一端相连，第二耦合电感的第二绕组L2b的一端 与第二功率开关管S2的漏极以及输入电源的正端相连，第二耦合电感的第二绕 组L2b的另一端与第二钳位二极管Dc2的阳极以及第一开关电容Cfl的另一端 相连，第二钳位二极管Dc2的阴极与第二输出二极管Do2的阳极以及第二开关 电容Cf2的另一端相连，第一输出二极管Dol的阴极与第二输出二极管Do2的 阴极以及输出电容Co的正端相连，输出电容Co的负端与地相连；上述第一耦合电感的第一绕组Lla与输入电源的正端的连接端和第一耦合 电感的第二绕组Lib与输入电源的正端的连接端为第一耦合电感的同名端；第 二耦合电感的第一绕组L2a与第二功率开关管S2的源极的连接端和第二耦合电 感的第二绕组(L2b)与输入电源的正端的连接端为第二耦合电感的同名端。具有开关电容的有源箝位交错并联DC/DC变换器存在四种换流情况，即第 一功率开关管Sl关断与辅助开关管Sc开通之间的换流；辅助开关管Sc关断与 第一开关管Sl开通之间的换流；第二功率开关管S2关断与辅助开关管Sc开通 之间的换流；辅助开关管Sc关断与第二功率开关管S2开通之间的换流。由于 电路的对称性，仅以第一功率开关管S1的换流过程为例分析如下第一功率开关管Sl关断与辅助开关管Sc开通的换流过程换流之前，电路处于第一功率开关管S1、第二功率开关管S2开通，第一钳 位二极管Dcl、第一输出二极管Dol、第二钳位二极管Dc2、第二输出二极管 Do2关断的稳定工作状态。当第一功率开关管S1关断时，由于第一功率开关管 Sl自身存在并联电容，第一功率开关管Sl的电压从零开始以一定斜率线性上 升，即第一功率开关管Sl实现了零电压关断。第一功本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有开关电容的有源箝位交错并联ＤＣ／ＤＣ变换器，其特征是：包括两个功率开关管（Ｓ１、Ｓ２），两个钳位二极管（Ｄｃ１、Ｄｃ２），两个输出二极管（Ｄｏ１、Ｄｏ２），一个辅助功率开关管（Ｓｃ），一个箝位电容（Ｃｃ），两个开关电容（Ｃｆ１、Ｃｆ２），一个输出电容（Ｃｏ）和两个耦合电感，第一耦合电感有两个绕组（Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ），第二耦合电感有两个绕组（Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ），第一耦合电感的第一绕组（Ｌ１ａ）的一端与第一耦合电感的第二绕组（Ｌ１ｂ）的一端及输入电源的正端相连，第一耦合电感的第一绕组（Ｌ１ａ）的另一端与第一功率开关管（Ｓ１）的漏极以及辅助功率开关管（Ｓｃ）的源极相连，第二耦合电感的第一绕组（Ｌ２ａ）的一端与箝位电容（Ｃｃ）的一端以及第二功率开关管（Ｓ２）的源极相连，箝位电容（Ｃｃ）的另一端与辅助功率开关管（Ｓｃ）的漏极相连，第二耦合电感的第一绕组（Ｌ２ａ）的另一端以及第一功率开关管（Ｓ１）的源极与地相连，第一耦合电感的第二绕组（Ｌ１ｂ）的另一端与第一钳位二极管（Ｄｃ１）的阳极以及第二开关电容（Ｃｆ２）的一端相连，第一钳位二极管（Ｄｃ１）的阴极与第一输出二极管（Ｄｏ１）的阳极以及第一开关电容（Ｃｆ１）的一端相连，第二耦合电感的第二绕组（Ｌ２ｂ）的一端与第二功率开关管（Ｓ２）的漏极以及输入电源的正端相连，第二耦合电感的第二绕组（Ｌ２ｂ）的另一端与第二钳位二极管（Ｄｃ２）的阳极以及第一开关电容（Ｃｆ１）的另一端相连，第二钳位二极管（Ｄｃ２）的阴极与第二输出二极管（Ｄｏ２）的阳极以及第二开关电容（Ｃｆ２）的另一端相连，第一输出二极管（Ｄｏ１）的阴极与第二输出二极管（Ｄｏ２）的阴极以及输出电容（Ｃｏ）的正端相连，输出电容（Ｃｏ）的负端与地相连；　上述第一耦合电感的第一绕组（Ｌ１ａ）与输入电源的正端的连接端和第一耦合电感的第二绕组（Ｌ１ｂ）与输入电源的正端的连接端为第一耦合电感的同名端；第二耦合电感的第一绕组（Ｌ２ａ）与第二功率开关管（Ｓ２）的源极的连接端和第二 耦合电感的第二绕组（Ｌ２ｂ）与输入电源的正端的连接端为第二耦合电感的同名端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何湘宁，汪东，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]