[发明专利]带有开关‑耦合电感的升降压DC‑DC变换器

说明书

技术领域

本发明属于DC-DC变换设备技术领域，涉及一种带有开关-耦合电感的升降压DC-DC变换器。

背景技术

目前，DC-DC变换器由于结构简单、成本较低而被广泛应用于远程及数据通讯、办公自动化、工业仪器仪表、军事、医疗设备等领域，但传统DC-DC升压变换器（如Sepic电路）受限于其拓扑结构，输出电压在输入电压不变的基础上只能通过改变开关管的导通占空比来发生变化，当输入输出电压相差等级较大时，开关管导通占空比就会无线趋近于1从而出现极限占空比的情况，使其在宽范围升降压的实际应用场合中开关管电压应力过高，加大了电路损耗并产生严重的电磁干扰，其工作效率明显下降，也大大降低了电路工作的可靠性。上述问题均对变换器的工作质量产生了较大的影响，且限制其应用范围。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种带有开关-耦合电感的升降压DC-DC变换器，应用于DC-DC升降压变换场合，能够克服传统升降压变换器工作效率低、升降压能力不足的缺点。

为了实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种带有开关-耦合的升降压DC-DC变换器，包括直流电源、开关电感模块、耦合电感模块和切换模块，切换模块通过导通或截止的切换，控制直流电源向所述开关电感模块和耦合电感模块提供或停止提供能量；所述开关电感模块和耦合电感模块均具有相互耦合的绕组，通过改变所述耦合绕组的匝数比，实现输出电压对所述直流电源电压的升降压变换。

进一步的，所述开关电感模块包括：与所述直流电源正极连接的第一二极管和第二绕组，第一二极管的负极分别与第二二极管的负极、第一绕组的一端相连；第二绕组的另一端分别与第二二极管的正极、第三二极管的正极相连。其有益效果是实现了电感器串联与并联连接之间的转换，在有效避免电路工作在极限占空比的情况下提高输出电压增益。

进一步的，所述切换模块包括一功率开关管，功率开关管的漏极分别与第一绕组的另一端、第三二极管的负极相连，直流电源的负极与功率开关管的源极相连。

进一步的，所述耦合电感模块包括开关电感模块、第四二级管和第三绕组；第四二极管的正极分别连接有一储能电感和第一电容，第一电容的正极与所述第一绕组的另一端、第三二极管的负极相连，第一电容的负极与所述储能电感的一端相连，储能电感的另一端与直流电源的负极相连；第三绕组的一端与第四二级管的负极相连；第一绕组、第二绕组和第三绕组相互耦合，且匝数比为1：1：n。其有益效果是通过耦合电感的变压器磁效应进行耦合绕组升压，既避免了变换器出现极限占空比情况，还可以减小开关管导通和开关损耗；功率开关管，用于改变变换器的工作状态；

进一步的，还包括一第二电容，第二电容的正极与负极分别和第三绕组的另一端、直流电源的负极相连；且第二电容的两端连接负载。第二电容用于滤波，在该变换器中，当功率开关管打开时，储能电感充电，输出电流由第二电容提供，因此采用第二电容可以抑制纹波电流，选定的第二电容能够提供最大的有效电流。

进一步的，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管为快恢复二极管。快恢复二极管是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管应用在本发明中可以实现反向恢复时间短，正向压降低，反向耐压值高的效果。

进一步的，所述切换模块的导通或截止采用单极性PWM控制方式。PWM控制方式有单极性模式和双极性模式，与单极性模式相比，双极性PWM模式控制电路和主电路比较简单，但是单极性PWM模式要比双极性PWM模式输出电压中、高次谐波分量小得多，本发明采用单极性的PWM控制方法实现切换模块的导通或截止，能够提高切换模块的工作效率，减小开关损耗。

当功率开关管开始导通时，第一二极管和第三二极管均导通；第二二极管截止，第二电容为负载供电。当功率开关管持续导通时，第一二极管和第三二极管均导通；第二二极管和第四二极管均截止；直流电源为第一绕组和第二绕组供电，第一电容为所述储能电感供电, 第二电容为负载供电。当功率开关管关断时，第一二极管和第三二极管均截止；第二二极管和第四二极管均导通，第一绕组和第二绕组通过正向导通的第二二极管释放能量，第一电容储存能量，第三绕组和储能电感释放能量，直流电源与第一绕组、第二绕组、第三绕组以及第一电容共同为负载和第二电容提供能量。

本发明的有益效果：