[發明專利]鏈式大功率正向升壓直流變換電路

有效

• 申請號: 201110436924.2
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102412728A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 劉建華;高海燕
• 申請（專利權）人: 航天長峰朝陽電源有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 蔣常雪

技術領域

本發明涉及一種鏈式大功率正向升壓直流變換電路。

背景技術

目前國內外正向升壓開關電源的電路常用的有BOOST升壓電路和基于反激的升壓電路拓撲等。

BOOST升壓電路的主電路圖如圖1所示，其工作原理是：輸入電源通過功率開關管Q的通斷將儲能電感L儲能并與輸入電壓疊加后經隔離二極管D傳遞給輸出電容C，完成升壓過程。

基于反激的升壓拓撲主電路圖如圖2所示，當開關管Q導通時，變壓器B的初級線圈儲能，當開關管截止時初級儲能再經高頻變壓器耦合給次級，通過初次級匝比設計，實現升壓過程。高頻變壓器在初次級耦合過程中有能量損失，會降低整機效率。

無論是BOOST升壓電路還是反激升壓電路都是單支功率管的電路結構，即便是可以采用多支功率管并聯的形式，但由于并聯功率管之間的均流及功率管自身的正溫度系數特性等因素不同，在實際使用中難以擴充功率，因此這兩種電路通常最大只能輸出幾百瓦的功率，難以滿足市場對大功率升壓電源的需求。

再者，兩者都是通過初級電感儲能后再進行能量傳遞，目前受磁性材料及導磁率等方面的限制，使得儲能電感及反激變壓器的磁材尺寸較大，磁材利用率較低，整體功率密度較低，產品在極限應用時易出現磁材飽和并導致電路損壞情況。

發明內容

本發明需要解決的技術問題就在于克服現有技術存在的正向升壓式直流變換器的輸出功率低、體積大、效率低、可靠性低的缺陷，提供一種鏈式大功率正向升壓直流變換電路，它實現了正向升壓電源在相同功率和電氣參數的要求下，體積減小50%，輸出功率增加了一倍，效率提高10%，效率最高可以達到96%。

為解決上述問題，本發明采用如下技術方案：

本發明提供了一種鏈式大功率正向升壓直流變換電路，所述電路由兩個功率開關MOS管Q1、Q2，一個無耦合高頻鏈式正向升壓變壓器B，一個次級同步整流電路，一個輸出濾波電感L，和一個輸出濾波電容C構成；電源輸入形成雙回路，一個回路為輸入電源正端從無耦合高頻鏈式正向升壓變壓器B的1腳輸入，?由2、3?腳分別經Q1、Q2流回輸入負端；另一個回路為輸入電源正端從無耦合高頻鏈式正向升壓變壓器B的1腳輸入，由4、5?腳升壓后分別經次級同步整流電路整流，L、C濾波，再依次經輸出負載正端、負端流回輸入的負端。

所述次級同步整流電路由兩個輸出快速恢復二極管D1、D2構成。

或者，所述次級同步整流電路由兩個MOS管P1、P2構成。

本發明的工作為：

1、當Q1導通，Q2截止，無耦合高頻鏈式正向升壓變壓器B電流方向由1到2，D2導通，L、C為儲能濾波元件，同時提供輸出電壓，輸出電壓＝K*D*Vin，其中，?K為匝數比；D為占空比；?Vin為輸入直流電壓；由于匝數比K＞1，因此輸出電壓較輸入電壓高。

2、當Q1截止，Q2導通，無耦合高頻鏈式正向升壓變壓器B電流方向由1到3，D1導通，為L、C儲能濾波，提供輸出電壓。

上述過程依次變換，高頻變壓器隨Q1、Q2交錯驅動雙極性磁極化工作，即可以為輸出提供升壓電壓值。

3、為了避免Q1、Q2同時導通，導致輸入端短路，在Q1、Q2交替導通間隔內設置了死區時間，即Q1、Q2在死區時間內需同時截止。

本發明鏈式大功率正向升壓直流變換電路創造了互為交錯增功率驅動、無耦合高頻鏈式正向升壓變壓器的全新電路拓撲。

本發明鏈式大功率正向升壓直流變換電路互為交錯增功率驅動建立了大功率輸出的雙管驅動結構，以交錯導通的方式每支開關管占空比為0-50%，使輸出功率比單管電路拓撲的輸出功率提升了一倍。

本發明鏈式大功率正向升壓直流變換電路突破了傳統設計，依據電磁感應原理，直接將目前傳統的初次級兩個線圈高度集成為一個具有對稱結構的升壓能量鏈。升壓鏈式高頻變壓器特點是節省了一組線圈，集成并共用了初級線圈，可以最大限度的將初級功率經升壓后傳遞至輸出端，改變了目前傳統高頻變壓器需初次級耦合進行能量交換，其傳輸效率在國內外高頻變壓器領域內為最高，并且節省了線圈所用銅線，減小磁材的體積和用料。

附圖說明

圖1為BOOST升壓電路圖。

圖2為反激升壓電路圖

圖3為本發明所述鏈式大功率升壓直流變換電路圖。

圖4為單管電路與雙管電路的工作過程對比圖。

圖5本本發明所述鏈式大功率升壓直流變換電路延伸拓撲圖。

圖6為本發明所述鏈式大功率升壓直流變換電路DC12V升壓DC24V實例原理圖。