[发明专利]耦合电感升压单元实现的高增益boost变换器及其控制方法

权利要求书

1.耦合电感升压单元实现的高增益boost变换器，其特征在于：包括耦合电感、功率开关管、箝位电路、升压电路和输出滤波电路，耦合电感的原边线圈连接输入电源V_in，箝位电路前端连接耦合电感原边线圈，后端连接升压电路，耦合电感副边线圈连接在升压电路内，输出滤波电路连接在升压电路后端，功率开关管的栅极连接变换器控制信号电压V_gs，源极连接输入电源V_in的负极，漏极连接至耦合电感的原边线圈与箝位电路之间；箝位电路包括箝位二极管D_c和箝位电容C_c，箝位二极管D_c的阳极与耦合电感的原边线圈、功率开关管的漏极相连，箝位二极管D_c的阴极、箝位电容C_c一端与升压电路相连，箝位电容C_c的另一端与功率开关管的源极相连；

耦合电感包括耦合电感原边绕组N₁、耦合电感副边绕组N₂；箝位电路包括箝位二极管D_c和箝位电容C_c；升压电路包括第一升压二极管D₁、第二升压二极管D₂、第三升压二极管D₃、第一升压电容C₁、第二升压电容C₂；输出滤波电路包括输出二极管D_o、第一输出电容C_o1和第二输出电容C_o2；耦合电感原边绕组N₁一端和输入电源V_in正极连接；另一端与功率开关管S的漏极和箝位二极管D_c阳极连接；箝位二极管D_c阴极、箝位电容C_c一端和第一升压二极管D₁阳极连接；第一升压二极管D₁阴极、第一升压电容C₁一端和第二升压二极管D₂阳极连接；第一升压电容C₁另一端、第二升压电容C₂一端和耦合电感副边绕组N₂一端连接；耦合电感副边绕组N₂另一端、第二升压二极管D₂阴极、第三升压二极管D₃阳极和第二输出电容C_o2一端连接；第二升压电容C₂另一端、第三升压二极管D₃阴极和输出二级管D_o阳极连接；输出二级管D_o阴极和第一输出电容C_o1一端连接；第一输出电容C_o1另一端、第三升压二极管D₃阳极和第二输出电容C_o2一端连接；第二输出电容C_o2另一端、箝位电容C_c另一端、功率开关管S的源极和输入电源V_in负极连接；第一输出电容C_o1和第二输出电容C_o2串联后得到的电压为输出电压，负载R并接在变换器的输出端；

所述高增益boost变换器的控制方法，包括以下步骤：S01)、控制boost变换器处于开关模态1，对应时刻为[t₀,t₁]，实现方法为：t₀时刻开通功率开关管S，耦合电感原边绕组漏感电流和耦合电感副边绕组电流i_N2上升；第二升压二极管电流上升，为第一升压电容充电，输出二极管电流上升，为第一输出电容充电，功率开关管电流i_S上升，第一输出电容C_o1和第二输出电容C_o2为负载R供电；

S02)、控制boost变换器处于开关模态2，对应时刻为[t₁,t₂]，实现方法为：t₁时刻，功率开关管S关断，开关模态1结束，开关模态2开始，耦合电感原边绕组漏感电流下降，耦合电感副边绕组电流i_N2反向上升；第一箝位二极管电流下降，箝位电容吸收耦合电感原边绕组漏感能量，第一升压二极管电流上升，输入电源V_in、耦合电感、第一升压电容C₁共同转移能量到第二输出电容C_o2，第一输出电容C_o1和第二输出电容C_o2为负载R供电；

S03)、控制boost变换器处于开关模态3，对应时刻为[t₂,t₃]，实现方法为：t₂时刻，箝位二极管电流下降至零，开关模态2结束，开关模态3开始，耦合电感副边绕组、第一升压电容C₁和箝位电容共同为第二输出电容充电，第三升压二极管电流i_D3上升，耦合电感副边绕组为第二升压电容充电，同时，第一输出电容C_o1和第二输出电容C_o2为负载R供电；

S04)、导通功率开关管S，新的开关周期开始，boost变换器继续执行从开关模态1至开关模态3的工作过程；

高增益boost变换器的增益M为：其中D为功率开关管的导通占空比，N＝N₂/N₁为耦合电感副边绕组与耦合电感原边绕组的匝数比。

2.根据权利要求1所述的耦合电感升压单元实现的高增益boost变换器，其特征在于：功率开关管S为MOSFET管。