PDF《一种开关电感型准开关升压变换器》

switched鄄inductor;

high voltage gain;

quasi鄄switched boost network 电源学报Journal of Power Supply Vol.17 No.2 Mar.

2019 第17 卷第2期2019 年3月总第

82 期电源学报开关电感和有源开关电感技术也被提出[11鄄12] ;

开关单 元的使用可以极大地提高变换器电压增益, 但采用 过多的单元,系统将过于复杂. 交错并联技术的使 用,在升压的同时可以降低电流纹波,非常适用于 低压大电流的场合[13] ;

文献[14]提出了一种电压举 升单元,具有很好的扩展性,可以实现高增益的输 出,但同样存在因升压单元数量过多而导致系统体 积庞大的问题;

Z 源阻抗网络因其结构简单, 升压 因子高,在直流变换领域有着广泛的应用[15鄄18] ;

针对 Z 源阻抗网络提出的准开关升压网络旨在减小系 统体积而实现相同的升压功能[19鄄20] ;

文献[21鄄22]将 变压器和倍压整流器应用到准开关升压网络中以 提高变换器升压因子;

文献[23]则同时采用了开关 电感和开关电容技术,并提出了多开关单元的升压 拓扑,但这导致了系统的复杂化. 本文提出的开关电感型准开关升压变换器,在 准开关升压网络的基础上,仅引入了单个开关电感 单元,具有结构简单、升压因子高、电感电流应力低 等特点. 本文详细介绍了该变换器的运行原理、边 界条件和元器件应力, 并对电路的参数进行了设 计,仿真和实验验证了理论分析和设计的正确性.

1 工作原理 新型变换器的拓扑结构如图

1 所示. 不失一般 性,假设:①所有的元器件为理想元器件;

②电感电 流线性增大或减小,且L1=L2;

③电容足够大,电容 电压在工作周期内恒定. 1.1 连续电流模式 该变换器工作在连续导通模式 CCM(continu鄄ous conduction mode)下,有2个工作模态,等效电 路如图

2 所示,对应的主要波形如图

3 所示. (1)工作模态 1:该模态工作期间,电路开关管 S

1、S2 同时开通,二极管 D

1、D

3、D6 正向开通,二极管 图2所提变换器不同工作模态等效电路 Fig.2 Equivalent circuits of the proposed converter in different operation modes (a)工作模态

1 (b)工作模态

2 图3所提变换器主要波形 Fig.3 Key waveforms of the proposed converter 图1所提变换器 Fig.1 Proposed converter Vgs

0 iL1 iL2

0 Vo VC

0 iD6

0 iD2 iD4 iD5

0 iD1 iD3 t t t t t t t0 t1 t2 t3 T0=DT T1=(1-D)T Ts 开关电感单元 D6 L1 D2 D3 D1 D4 L2 Vi S2 S1 D5 Cf R C D6 L1 D2 D3 D1 D4 L2 Vi S2 S1 D5 Cf R C VL鄄on iL1 iin iL2 VC iC Vo VCf D6 L1 D2 D3 D1 D4 L2 Vi S2 S1 D5 Cf R C VL鄄off iL1 iin iL2 VC iC Vo VCf Io

64 第2期金林,等:一种开关电感型准开关升压变换器 D

2、D

4、D5 反偏截止. 电路中存在两个环路,电源 Vi 和电容 C 通过开关管 S

1、S2 对并联电感 L

1、L2 共同 充电,同时通过二极管D6 对负载供电. 由于 VL1 = VL2 = VL鄄on,有VL鄄on = Vi+VC (1) Vo = Vi+VC (2) (2)工作模态 2:该模态工作期间,电路开关管 S

1、S2 同时关断,二极管D

2、D

4、D5 正向开通,二极管 D

1、D

3、D6 反偏截止. 电源 Vi 和串联电感 L

1、L2 对电 容C充电;

滤波电容对负载进行供电. 同样有 VL1 = VL2 = VL鄄off,可知 VL鄄off =

1 2 (Vi+VC) (3) 开关管的占空比为 D,对电感运用伏秒平衡原 理可知 (VC+Vi)D+

1 2 (Vi-VC)(1-D) =

0 (4) VC = 1+D 1-3D Vi (5) 将式(5)代入式(2),可得输出电压为 Vo = Vi+VC = 2(1-D) 1-3D Vi (6) 1.2 边界条件 为了保证该变换器处于 CCM 下运行, 需要确 定变换器 CCM 运行的边界条件. 该变换器工作在 CCM 时,稳态运行情况下,每个开关周期的电感电 流均大于 0. 因此,可以得到边界条件为 IL-