一种高增益Boost变换器及其控制方法技术

本申请公开了一种高增益Boost变换器及其控制方法，变换器包括电源V

【技术实现步骤摘要】
一种高增益Boost变换器及其控制方法


[0001]本专利技术主要涉及变换器
，具体涉及一种高增益Boost变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]现有技术中，刻蚀机在对芯片进行刻蚀的过程中，需要芯片带高压正电荷吸附电子，刻蚀完成后需要芯片上带高压负电荷排斥电子。在实现高压直流的过程中，可以借助的方式有很多种：（1）将交流电经变压器升压后再经过整流形成高压直流电；（2）将低压直流电经逆变器变成交流电，再经过变压器升压后整流形成高压直流电；（3）采用电力电子中的DC
‑
DC变换实现升压。但现有技术的升压变换器存在如下缺点：（1）采用将直流逆变经变压器升压再整流的方式，其中的步骤较多容易产生较大的能量损耗；（2）直接将交流升压再整流，在高压的环境下器件将面临严重的应力问题；（3）变换器的输出EMI较高、电压增益较小、实现较高增益时所需的占空比较大、电路结构复杂，成本高。
[0003]因此，如何设计一种电压增益大、应力小、输出EMI小、能量损耗少、电路结构简单及成本低的增压变换器，是待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对现有的问题，提供一种高增益Boost变换器及其控制方法。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种高增益Boost变换器，包括电源V
g
、开关管S、电阻R、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、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、倍压电容C、寄生二极管D
s
、寄生电容C
s
；其中，电源V
g
的正极端分别与第一电感L1的第一端以及第一二极管D1的正极端电连接，电源V
g
的负极端分别与开关管S的第二端、寄生二极管D
s
的正极端、寄生电容C
s
的第二端、第四电感L4的第二端、第八二极管D8的负极端及电阻R的第二端电连接；第二二极管D2的正极端分别与第一二极管D1的负极端及第二电感L2的第一端电连接，第二二极管D2的负极端分别与第一电感L1的第二端及第三二极管D3的正极端电连接；第一电感L1的第一端与第一二极管D1的正极端电连接；第三二极管D3的负极端与第二电感L2的第二端电连接；第一电感L1的第一端与第一二极管D1的正极端电连接；倍压电容C的第一端分别与第四二极管D4的负极端、电阻R的第一端电连接，倍压电容C的第二端分别与第五二极管D5的负极端、第六二极管D6的正极端及第三电感L3的第一端电连接；开关管S的第一端分别与寄生二极管D
S
的负极端、寄生电容C
S
的第一端、第三二极管D3的负极端、第四二极管D4的正极端、第五二极管D5的正极端、第二电感L2的第二端电连接，开关管S的第三端连接控制电路；第七二极管D7的正极端分别与第六二极管D6的负极端及第四电感L4的第一端电连
接，第七二极管D7的负极端分别与第三电感L3的第二端及第八二极管D8的正极端电连接；第六二极管D6的正极端与第三电感的第一端电连接；第四电感L4的第二端与第八二极管D8的负极端电连接；其中，电阻R的第一端和第二端形成输出端。
[0006]优选地，所述开关管S为MOS管，所述开关管S的第一端为漏极，所述开关管S的第二端为源极，开关管S的第三端为栅极。
[0007]优选地，所述控制电路为PI控制电路。
[0008]第二方面，本申请实施例提供了一种高增益Boost变换器的控制方法，包括如下步骤：生成控制信号，将所述控制信号传输至开关管S的第三端；根据所述控制信号控制开关管S的导通和断开，使得所述变换器在一个工作周期内交替工作于多种工作模态。
[0009]优选地，所述多种工作模态为五种工作模态，所述五种工作模态分别为第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态和第五工作模态。
[0010]优选地，所述第一工作模态为：开关管S断开，第一二极管D1、第三二极管D3、第四二极管D4、第六二极管D6和第八二极管D8导通，第一电感L1、第二电感L2、电感L3和电感L4储存能量，流经第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4的电流线性减小。
[0011]优选地，所述第二工作模态为：开关管S断开，第一二极管D1、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6和第七二极管D7导通，寄生电容C
s
、第三电感L3、和第四电感L4发生谐振。
[0012]优选地，所述第三工作模态为：开关管S断开，寄生二极管D
s
、第一二极管D1、第三二极管D3、第四二极管D4、第六二极管D6和第八二极管D8导通，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4储存能量，流经第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4的电流线性增大。
[0013]优选地，所述第四工作模态为：开关管S导通，第一二极管D1、第三二极管D3和第七二极管D7导通，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4释放能量，流经第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4的电流线性减小。
[0014]优选地，所述第五工作模态为：开关管S断开，第一二极管D1、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6和第八二极管D8导通，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3和第四电感L4给寄生电容C
s
充电直至寄生电容C
s
的电压与倍压电容C的电压相等。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的高增益Boost变换器具有以下优点：（1）寄生电容C
s
、第三电感L3和第四电感L4构成谐振网络，实现了开关管S的零电压开关（ZVS）；当开关关闭时，倍压电容C通过第四二极管D4充电，当开关断开时，施加到第三电感L3和第四电感L4的电压高于传统的Boost电路，在实现了高增益的同时，降低了器件的电压应力；（2）电路中仅用一个开关管及电路元件就实现了高增输出的变换器结构，节省了成本的同时，还简化了电路结构；（3）开关管在导通和断开的模式下，能够实现五种不同的工作模态，实现了模式的多种变化，扩展了变换器的应用场景；（4）第一电感L1和第二电感L2的并联设计，使得电路在CCM模态时可以降低输出电流纹波；（5）与其他高增益变换器相比，具有电路结构简单、控制方案简单、功率器件少、效率高、成本低，开关损耗小、输出EMI低等优点。
附图说明
[0016]通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本专利技术的示例性实施方式。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
[0017]图1为现有技术的Boost斩波电路的电路图；图2为现有技术的基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高增益Boost变换器，其特征在于，包括电源V
g
、开关管S、电阻R、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、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、倍压电容C、寄生二极管D
s
、寄生电容C
s
；其中，电源V
g
的正极端分别与第一电感L1的第一端以及第一二极管D1的正极端电连接，电源V
g
的负极端分别与开关管S的第二端、寄生二极管D
s
的正极端、寄生电容C
s
的第二端、第四电感L4的第二端、第八二极管D8的负极端及电阻R的第二端电连接；第二二极管D2的正极端分别与第一二极管D1的负极端及第二电感L2的第一端电连接，第二二极管D2的负极端分别与第一电感L1的第二端及第三二极管D3的正极端电连接；第一电感L1的第一端与第一二极管D1的正极端电连接；第三二极管D3的负极端与第二电感L2的第二端电连接；第一电感L1的第一端与第一二极管D1的正极端电连接；倍压电容C的第一端分别与第四二极管D4的负极端、电阻R的第一端电连接，倍压电容C的第二端分别与第五二极管D5的负极端、第六二极管D6的正极端及第三电感L3的第一端电连接；开关管S的第一端分别与寄生二极管D
S
的负极端、寄生电容C
S
的第一端、第三二极管D3的负极端、第四二极管D4的正极端、第五二极管D5的正极端、第二电感L2的第二端电连接，开关管S的第三端连接控制电路；第七二极管D7的正极端分别与第六二极管D6的负极端及第四电感L4的第一端电连接，第七二极管D7的负极端分别与第三电感L3的第二端及第八二极管D8的正极端电连接；第六二极管D6的正极端与第三电感的第一端电连接；第四电感L4的第二端与第八二极管D8的负极端电连接；其中，电阻R的第一端和第二端形成输出端。2.根据权利要求1所述的一种高增益Boost变换器，其特征在于，所述开关管S为MOS管，所述开关管S的第一端为漏极，所述开关管S的第二端为源极，开关管S的第三端为栅极。3.根据权利要求1所述的一种高增益Boost变换器，其特征在于，所述控制电路为PI控制电路。4.一种根据权利要求1
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3任一项所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐卫平，林桂浩，唐亚海，
申请(专利权)人：深圳市恒运昌真空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：