[发明专利]内置变压器和开关电容的倍压单元的Boost变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流－直流变换器。具体说是内置变压器和开关电容的倍压单元的Boost变换器。

背景技术

常规的升压型(Boost)直流－直流变换器结构简单，应用广泛，但该变换器的功率开关工作于硬开关状态，开关损耗较大，功率开关管的电压应力较大，输出二极管的反向恢复问题严重，且在高增益的应用场合下，需要高的开关占空比，这一点较难实现。近年来，相继研究了一些采用串联开关电容单元的高增益Boost变换器，该方法需要串联多个开关电容单元才能实现高增益变换，电路较复杂，续流二极管反向恢复严重，输出电流纹波大。

发明内容

本发明的目的是提供输出电压增益高，输入电流纹波小，输出电流纹波小，结构简单，且二极管方向恢复问题小的内置变压器和开关电容的倍压单元的Boost变换器。

本发明的技术解决方案是：内置变压器和开关电容的倍压单元的Boost变换器，包括一个功率开关管，一个输入滤波电感，一个隔直电容，一个箝位二极管，一个箝位电容，一个续流二极管，一个开关电容，一个输出二极管，一个输出电容和一个内置变压器，内置变压器有两个绕组，输入滤波电感的一端与电源的正端相连，输入滤波电感的另一端和功率开关管的源极与箝位二极管的阳极及隔直电容的一端和内置变压器的第二绕组的一端相连，隔直电容的另一端与内置变压器的第一绕组的一端相连，箝位二极管的阴极与箝位电容的一端及续流二极管的阳极相连，内置变压器的第二绕组的另一端与开关电容的一端相连，开关电容的另一端与续流二极管的阴极及输出二极管的阳极相连，输出二极管的阴极与输出电容的一端相连，功率开关管的漏极和内置变压器的第一绕组的另一端与箝位电容的另一端及电源的负端和输出电容的另一端相连。上述内置变压器的第一绕组与隔直电容的一端的连接端和内置变压器的第二绕组与开关电容的连接端为内置变压器的同名端。

工作时，利用内置变压器的漏感实现功率开关管的零电流开通以及输出二极管和箝位二极管的软关断；功率开关管关断时，由于箝位二极管和箝位电容的存在，实现了功率开关管的软箝位关断；功率开关管开通时，内置变压器漏感与隔直电容的谐振实现了续流二极管的软关断。利用内置变压器的第一、第二绕组实现变换器的高增益输出，利用开关电容进一步提高变换器的电压增益和降低功率器件的电压应力，同时，每个开关周期箝位电容收集内置变压器的漏感能量，并最终转移到负载，实现了无源箝位电路的无损运行。

本发明的内置变压器和开关电容的倍压单元的Boost变换器，利用输入滤波电感减小输入电流的纹波，利用内置变压器的漏感实现功率开关管的零电流开通以及输出二极管和箝位二极管的软关断，利用箝位二极管和箝位电容组成的无源箝位电路实现了功率开关管的软关断和漏感能量的无损转移，箝位二极管不串联在功率回路上，可减小导通损耗，利用内置变压器的第一、第二绕组实现变换器的高增益输出，利用开关电容进一步提高变换器的电压增益和降低功率器件的电压应力，无需额外的功率开关和电感元件，附件元件少，结构简单，控制方便，电路中无能量损耗元件，提高了变换器的效率，换流过程中，开关器件无电压过冲。

附图说明

图1是内置变压器和开关电容的倍压单元的Boost变换器的电路图；

图2是图1变换器工作过程波形图。

具体实施方式