[发明专利]一种多单元耦合电感开关电容网络高增益直流变换器

权利要求书

1.一种多单元耦合电感开关电容网络高增益直流变换器，其特征在于：包括输入端电源V_in、可控开关管S、副边多绕组的耦合电感、多个二端口二极管电容升压单元、二极管D、输出电容C以及输出端负载R_L；

耦合电感等效为多绕组理想变压器与励磁电感L_m并联后再与漏感L_k串联；输入端电源V_in的正极接耦合电感原边正极，可控开关管S接在耦合电感原边负极与输入端电源V_in的负极两端，同时并联在第一二端口二极管电容升压单元输入端，第一二端口二极管电容升压单元由二极管D₁,D₂和电容C₁,C₂组成，其他二端口二极管电容升压单元与第一二端口二极管电容升压单元结构相同；耦合电感副边第一绕组串接在第一二端口二极管电容升压单元与第二二端口二极管电容升压单元之间，同名端位于第二二端口二极管电容升压单元输入端，耦合电感副边第二绕组串接在第二二端口二极管电容升压单元与第三二端口二极管电容升压单元之间，同名端位于第二二端口二极管电容升压单元输出端，依次类推，耦合电感副边第N_i绕组接在第i二端口二极管电容升压单元与第(i+1)二端口二极管电容升压单元之间，如果i为偶数，同名端位于与第i二端口二极管电容升压单元连接侧，如果(i+1)为偶数，同名端位于与第(i+1)二端口二极管电容升压单元连接侧，直流变换器输出端接整流二极管D和输出电容C并联输出端负载R_L；所述二端口二极管电容升压单元包括第一二极管D_i1、第二二极管D_i2、第一直流电容C_i1和第二直流电容C_i2；

耦合电感串接在二端口输入端正极，当i为偶数时，同名端连接第一二极管D_i1的阳极，当i为奇数时，异名端连接第一二极管D_i1的阳极，第一直流电容C_i1的正极接第一二极管D_i1的阳极，第二直流电容C_i2的正极接第一二极管D_i1的阴极；第一直流电容C_i1的负极接第二二极管D_i2的阳极，第二直流电容C_i2的负极接第二二极管D_i2的阴极；当i为偶数时，副边绕组异名端和第二二极管D_i2的阴极为二端口耦合电感二极管电容升压单元的输入端；当i为奇数时，副边绕组同名端和第二二极管D_i2的阴极为二端口耦合电感二极管电容升压单元的输入端；第一二极管D_i1的阴极和第二二极管D_i2的阳极为二端口耦合电感二极管电容升压单元的输出端；其中1≤i≤M+1，M为耦合电感副边绕组数；

当耦合电感副边绕组数M＝1时，变换器工作时一个周期中电路分为五种工作模式：

模式1(t₀～t₁):t₀时刻开关管S闭合，由于变压器初次级电流相等，开关电流从零开始上升，二极管D₁、D₂、D₃、D₄承受反压关断；耦合电感励磁电压仍然反向为左负右正，励磁电流减小，同时漏感电流迅速上升；励磁电感L_m通过次级线圈释放能量给负载；二极管电流i_D5快速降低，当漏感电流等于励磁电感电流时，即t₁时刻，二极管电流i_D5降为零，该模式结束；

模式2(t₁～t₂):t₁时刻D₅关断，D₃、D₄立刻导通，电流i_D3、i_D4从零开始缓慢增加；D₁、D₂仍然断开，开关管S继续导通；该模式期间，电源给励磁电感充电，同时通过次级线圈与电容C₁、C₂串联给电容C₃、C₄并联充电；此时电容C₅单独为负载供电；t₂时刻开关管断开，该模式结束；

模式3(t₂～t₃):开关管断开瞬间，二级管D₁、D₂立刻导通，漏感电流开始减小；D₃、D₄保持导通，D₅继续关断；励磁电压为正，电流继续上升，同时漏感电流急剧减小，次级线圈电流和二极管电流i_D3、i_D4因此迅速减小；负载由电容C₅单独供电；当漏感电流减小到与励磁电流相等时，即t₃时刻，二极管电流i_D3、i_D4减小到零时，该模式结束；

模式4(t₃～t₄):t₃时刻D₃、D₄断开，D₅导通；开关管继续断开，二级管D₁、D₂保持导通；励磁电压反向为负，励磁电流开始下降，漏感电流继续下降但下降速率大于励磁电流；当漏感电流等于i_Lm/(N+1)时，L_m为励磁电流，N为初次级电流比，即t₄时刻，二极管D₁、D₂电流降为零，该模式结束；

模式5(t₄～t₅):t₄时刻二极管D₁、D₂断开；S、D₃、D₄继续断开，D₅保持导通；励磁电流继续下降，漏感电流为i_Lm/(N+1)，L_m为励磁电流，N为初次级电流比；t₅时刻开关管导通，本周期结束，重新进入下一周期。