[發明專利]一種零電壓關斷零電流開通高增益Boost變換器

有效

• 申請號: 202110546441.1
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113258774B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 邾玢鑫;趙孟浩;黃悅華;支樹播;楊楠;李振華;冉華軍
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/08
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

1.一種零電壓關斷零電流開通高增益Boost變換器，其特征在于:該變換器包括主電路、輔助電路；

所述主電路包括Boost變換器、n個外衣單元；

所述Boost變換器包含主電感L1、功率開關管S1、二極管D1、電容C1；

主電感L1一端連接輸入電源正極，主電感L1另一端分別連接功率開關管S1漏極、二極管D1陽極，功率開關管S1源極連接輸入電源負極，二極管D1陰極連接電容C1一端，電容C1另一端連接輸入電源負極；

所述n個外衣單元中，任意一個外衣單元均包含五端口：端口①、端口②、端口③、端口④、端口⑤；

第一個外衣單元包含電容C11、電容C12、電感L11、二極管D11；

第二個外衣單元包含電容C21、電容C22、電感L21、二極管D21；

第三個外衣單元包含電容C31、電容C32、電感L31、二極管D31；

......依次類推，

第n個外衣單元包含電容Cn1、電容Cn2、電感Ln1、二極管Dn1，n為自然數，且n≥1；其中：

電容C11一端連接端口①，電容C11另一端分別連接電感L11一端、二極管D11陽極，電感L11另一端連接端口②，二極管D11陰極連接電容C12一端，電容C12另一端連接端口③；二極管D11陽極為端口④，二極管D11陰極為端口⑤；

端口①連接到Boost變換器中二極管D1陽極，端口②連接到Boost變換器中二極管D1的陰極，端口③連接到輸入電源負極；

n個外衣單元中連接關系如下：

第二個外衣單元的端口①連接到第一個外衣單元中的端口④，

第二個外衣單元的端口②連接到第一個外衣單元中的端口⑤，

第二個外衣單元的端口③連接到輸入電源負極；

第三個外衣單元的端口①連接到第二個外衣單元中的端口④，

第三個外衣單元的端口②連接到第二個外衣單元中的端口⑤，

第三個外衣單元的端口③連接到輸入電源負極；

......依次類推，

第n個外衣單元的端口①連接到第n-1個外衣單元中的端口④，

第n個外衣單元的端口②連接到第n-1個外衣單元中的端口⑤，

第n個外衣單元的端口③連接到輸入電源負極；

所述輔助電路包括零電流電感Lr、輔助電感Ls、零電壓電容Cr、輔助電容Cs、二極管D2、D3、D4；

零電流電感Lr一端分別連接第一個外衣單元中的電容C11的另一端、電感L11一端；

零電流電感Lr另一端連接第一個外衣單元中的二極管D11陽極；

二極管D2陽極分別連接輔助電容Cs一端、功率開關管S1漏極，

二極管D2陰極分別連接零電壓電容Cr一端、輔助電感Ls一端；

輔助電感Ls另一端連接二極管D3陽極，二極管D3陰極分別連接輔助電容Cs另一端、二極管D4陽極，二極管D4陰極分別連接主電路的電容C1一端、二極管D1陰極；

零電壓電容Cr另一端分別連接功率開關管S1源極、電容C1另一端；

該變換器包含三個外衣單元時，電路的工作過程分為9個工作模態：

模態一：

功率開關管S1導通，二極管D1、D11、D21、D31導通，主電感L1、電感L11、L21、L31放電，電容C11、C21、C31放電，電容C1、C12、C22、C32充電；由于零電流電感Lr上的電流大小與方向不能夠突變，因此電感L11和電容C11上的電流也不能夠發生突變，從而使得電感L1、二極管D1和電容C1上的電流暫時不能發生突變，因此，在功率開關管S1導通的瞬間是沒有電流流過的，從而實現了零電流導通；在該工作過程中主電感L1和零電流電感Lr線性減小，當輔助電容Cr開始釋放能量時，該模態結束；

模態二：

在該模態下，輔助電路中二極管D3導通，零電壓電容Cr由于功率開關管S1斷開時，其上面有電壓而儲存的能量會在功率開關管S1導通后經由回路Cr→Ls→D3→Cs→S釋放能量，將Cr中儲存的能量傳遞到輔助電容Cs中；零電流電感Lr逐漸減小并開始反向；二極管D1、D11、D21、D31截止，主電路中電感L1開始充電，電流線性增加；電容C1、C12、C22開始放電并分別對電感L11、L21、L31和電容C11、C21、C31充電；當輔助電路中零電壓電容Cr兩端的電壓下降為零時,二極管D2導通，該模態結束；

模態三：

在該模態中，輔助電路中的二極管D2、D3導通；由于在電容Cr對電容Cs充電過程中，電感Ls上流過電流會有能量儲存；當電容Cr上電壓降為零的時候，電感Ls上電流會繼續流過對電容Cs充電；主電路中元器件的工作狀態和上一模態相同；當電感Ls電流降為零，二極管D2、D3截止時，該模態結束；

模態四：

在該模態下，輔助電路中二極管D2、D3截止，輔助電路停止動作；主電路中，主電路中電感L1開始充電，電流線性增加；電容C1、C12、C22開始放電并分別對電感L11、L21、L31和電容C11、C21、C31充電；負載由C32繼續供電；在功率開關管S1關斷時，該模態結束；

模態五：

當功率開關管S1關斷時，由于輔助電路中零電壓電容等于零，所以S1兩端電壓不會立即升高，從而實現了零電壓關斷；主電路中之前流過開關管的電流開始分為兩條路徑：一條經過二極管D2對零電壓電容Cr充電，使得電容Cr兩端電壓逐漸升高；另一條經由電容Cs和二極管D4將電容Cs中的能量釋放到后面的主電路中；在該過程進行的同時，零電流電感上的電流逐步減小并開始反向；當二極管D1、D11、D21、D31導通時，該模態結束；

模態六：

二極管D1、D11、D21、D31導通，輔助電路中二極管D2和D4截止；電容C1、C12、C22、C32開始充電，電容C11、C21、C31開始放電；電感L1上的電流開始線性減小；當功率開關管S1導通的時候，該模態結束。