[发明专利]变换器开关电流解耦电路

说明书

本发明涉及一种变换器开关电流解耦电路，对于Buck、Boost和Buck‑Boost变换器而言，以储能元件为中心和公共支路，以开关管支路和二极管支路分开的方式来表示开关电流解耦电路；对于Cuk和Zeta变换器而言，如果以储能电容所在支路为电路的中心支路，第一电感和第一二极管所在支路电路分别布置于中心支路的左上和右上45度方向；第一开关管和第二电感所在支路分别布置于中心支路的左下和右下45度方向。本发明由于采用上述方案，既简单对称，又突出储能元件在开关管和二极管作用下实现能量储存与释放的物理过程，简单易学，是一种现有基本DC‑DC变换器原理描述的有益补充。

技术领域

本发明属于电子领域，尤其涉及一种变换器的等效电路。

背景技术

现有基本DC-DC变换器(包括Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk和Zeta)在电路描述上均采用电源-开关单元-负载描述方式，即电源经过开关单元的变换后为负载供电。如图1至图5所示。不失一般性，以Buck为例，电源为Vi，开关管S、二极管D和电感L共同构成开关单元，负载为R，C为滤波电容。

上述电路均为单开关管控制，因此存在开关管导通与开关管关断两种工作过程。在工作过程描述上，有两种方式。方式一采用开关管导通回路和开关管关断回路分别绘制电路图的方式，来表征开关管导通与关断所对应的能量传输与变换过程。如图6至图10所示，其中图6a至图10a表示开关管导通状态的电路图，用实线表示对应的电流回路；图6b至图10b表示开关管关断状态的电路图，用虚线表示对应的电流回路。

在工作过程描述方式二中，采用开关管导通状态和开关管闭合状态两个过程统一描述的方式，在原电路图上分别用实线和虚线表示导通电流和关断电流的流通途径。如图11至图15所示。

对比两种描述方式，可以看出：采用方式一描述工作过程，导通过程和关断过程是分开描述的，工作过程清晰，容易理解，但绘制复杂，必须用两张图描述；采用方式二描述工作过程，导通过程和关断过程是合并描述的，仅用一张图便可以描述两个工作过程，但工作过程不够清晰，较难理解，尤其对于Cuk和Zeta变换器，导通电流的流通路径和关断电流的流通途径混在一起，给初学者学习带来诸多不便。

发明内容

本发明的目的在于提出一种变换器开关电流解耦电路，该电路是基于DC-DC变换器电路工作过程的描述方式，简单且易理解。

为了实现上述目的，本发明提供变换器开关电流解耦电路，对于Buck、Boost和Buck-Boost变换器而言，以储能元件为中心和公共支路，以开关管支路和二极管支路分开的方式来表示开关电流解耦电路；对于Cuk和Zeta变换器而言，如果以储能电容所在支路为电路的中心支路，水平放置，第一电感所在支路电路布置于中心支路的左上45度方向；第一二极管所在支路布置于中心支路的右上45度方向；第一开关管所在支路布置于中心支路的左下45度方向；第二电感所在支路布置于中心支路右下方45度方向；并且中心支路的上方公共端和下方公共端均为电源负极；以第一电感和第一二极管所在支路与第一开关管和第二电感所在支路分开的方式来表示开关电流解耦电路。

进一步,所述的中心和公共支路包括电感、电容和负载，所述电感与相并联的电容和负载相串联，开关管支路包括相串联的开关管和电源，电源的正极与开关管的一端相连，开关管的另一端和电源的负极与中心和公共支路相并联，二极管支路包括二极管，中心和公共支路并联于二极管的阴极和阳极端。

进一步,所述的中心和公共支路包括相串联的电感、电源，开关管支路包括开关管，电感的一端与电源正极相连，电感的另一端与电源负极并联于开关管的两端，二极管支路包括二极管和相并联的电容和负载，二极管的阴极与相并联的电容和负载相连，二极管的阳极和相并联的电容和负载的另一端与电感的另一端和电源负极相并联。