[发明专利]一种非变压器的隔离型大降压比DC-DC转换器

权利要求书

1.一种非变压器的隔离型大降压比DC-DC转换器，其特征在于，包括输入电源(V_in)、第一电容(C₁)、第一开关管(S₁)、第二开关管(S₂)、第三电容(C₃)、第一电感(L₁)、第四开关管(S₄)、第二电感(L₂)、第二电容(C₂)、第三开关管(S₃)及第五开关管(S₅)；

输入电源(V_in)的正极与第一电容(C₁)的正极及第一开关管(S₁)的一端相连接，第一开关管(S₁)的另一端与第二开关管(S₂)的一端及第三电容(C₃)的正极相连接，第三电容(C₃)的负极与第一电感(L₁)的一端及第四开关管(S₄)的一端相连接，第一电感(L₁)的另一端与负载电阻(R_L)的一端及第二电感(L₂)的一端相连接，第一电容(C₁)的负极与第二电容(C₂)的正极、第二开关管(S₂)的另一端、第二电感(L₂)的另一端及第五开关管(S₅)的一端相连接，第二电容(C₂)的负极、输入电源(V_in)的负极及第三开关管(S₃)的一端均接地，第三开关管(S₃)的另一端与第五开关管(S₅)的另一端、第四开关管(S₄)的另一端及负载电阻(R_L)的另一端相连接；

第一开关管(S₁)、第二开关管(S₂)、第三开关管(S₃)、第四开关管(S₄)及第五开关管(S₅)均为有源开关管；

在t₀＜t＜t₁时刻，导通第一开关管(S₁)及第五开关管(S₅)，同时断开第二开关管(S₂)、第三开关管(S₃)及第四开关管(S₄)，流过第二电感(L₂)的电流i_L2流经第五开关管(S₅)，第二电感(L₂)将存储的能量供给负载，流过第一电感(L₁)的电流i_L1分为两路，其中一路经第一电容(C₁)、第一开关管(S₁)、第三电容(C₃)、第一电感(L₁)、输出滤波电容(C_o)、负载电阻(R_L)及第五开关管(S₅)返回至第一电容(C₁)，第一电容(C₁)给第三电容(C₃)和第一电感(L₁)充电，并向负载供电；另一路流经第一开关管(S₁)、第三电容(C₃)、第一电感(L₁)、输出滤波电容(C_o)、负载电阻(R_L)、第五开关管(S₅)及第二电容(C₂)最后返回至输入电源(V_in)，通过输入电源(V_in)给第二电容(C₂)及第一电感(L₁)充电，并向负载供电，此时，流经第二电感(L₂)的电流i_L2降低，流经第一电感(L₁)的电流i_L1增加，根据KVL定理得：

V_C1＝V_C3+V_L1+V_o (1)

V_L2＝V_o (2)

V_in＝V_C1+V_C2 (3)

其中，V_C1为第一电容(C₁)两端的电压，V_C2为第二电容(C₂)两端的电压，V_C3为第三电容(C₃)两端的电压，V_o为输出电压，V_in为输入电压；

在t₁＜t＜t₂时刻，断开第一开关管(S₁)，导通第四开关管(S₄)，流经第二电感(L₂)的电流i_L2通过第五开关管(S₅)向负载供电，第一电感(L₁)通过第四开关管(S₄)向负载供电，根据KVL定理得：

V_L1＝-V_o (4)

V_L2＝-V_o(5)

在t₂＜t＜t₃时刻，导通第二开关管(S₂)及第三开关管(S₃)，关断第五开关管(S₅)，流经第一电感(L₁)的电流i_Ll通过第四开关管(S₄)为负载供电，流经第二电感(L₂)的电流i_L2有三条支路，其中，第一条支路流经第二电容(C₂)、第二电感(L₂)、输出滤波电容(C_o)、负载电阻(R_L)及第三开关管(S₃)并回到第二电容(C₂)，第二电容(C₂)放电为负载提供能量；第二条支路流经第三电容(C₃)、第二开关管(S₂)、第二电感(L₂)、输出滤波电容(C_o)、负载电阻(R_L)及第四开关管(S₄)返回至第三电容(C₃)，第三电容(C₃)放电为负载提供能量；第三条支路流经输入电源(V_in)、第一电容(C₁)、第二电感(L₂)、输出滤波电容(C_o)、负载电阻(R_L)、第三开关管(S₃)后返回至输入电源(V_in)，输入电源(V_in)为第二电感(L₂)充电，并向负载供电，根据KVL定理得：

V_in＝V_C1+V_C2 (6)

V_L1＝-V_o (7)

V_C3＝V_L2+V_o (8)

V_C2＝V_L2+V_o (9)

在t₃＜t＜t₄时刻，第一开关管(S₁)、第二开关管(S₂)、第三开关管(S₃)、第四开关管(S₄)及第五开关管(S₅)的开关状态与t₁＜t＜t₂时刻相同，根据电感元件的伏秒平衡特性，得：

D(V_C1-V_C3-V_o)＝(1-D)V_o (10)

D(V_C3-V_o)＝(1-D)V_o (11)

结合式(6)、式(8)、式(9)、式(10)及式(11)，得DC-DC转换器的电压增益M为：