[發明專利]一種高增益軟開關Buck-Boost變換器

有效

• 申請號: 202110978051.1
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113746324B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 邾玢鑫;藍海;支樹播;黃悅華;楊楠;王凱宏;李振華
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M1/08;H02M1/44
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

1.一種高增益軟開關Buck-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Buck-Boost變換器、至少一個外衣單元；

所述Buck-Boost變換器包含主電感L1、功率開關管S1、二極管D1、電容C1；

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

所述外衣單元包含電容Cn1、電容Cn2、電感Ln1、二極管Dn1，n為自然數，且n≥1，外衣單元包含五端口：端口①、端口②、端口③、端口④、端口⑤；

電容Cn1一端為端口①，電容Cn1另一端分別連接電感Ln1一端、二極管Dn1陰極，電感Ln1另一端為端口②，二極管Dn1陽極連接電容Cn2一端，電容Cn2另一端為端口③；二極管Dn1陰極為端口④，二極管Dn1陽極為端口⑤；

端口①連接到Buck-Boost變換器中二極管D1陰極，端口②連接到Buck-Boost變換器中二極管D1的陽極，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、二極管D2、D3、D4；

零電流電感Lr一端連接Buck-Boost變換器中功率開關管S1源極；

零電流電感Lr另一端分別連接第一外衣單元中的電容C11的一端、Buck-Boost變換器中二極管D1陰極、主電感L1一端；

二極管D2陰極分別連接輸入電源陽極、功率開關管S1漏極；

二極管D2陽極連接輔助電感Ls一端；

輔助電感Ls另一端分別連接二極管D3陰極，零電壓電容Cr一端；

零電壓電容Cr另一端分別連接功率開關管S1源極、電感Lr一端、二極管D4陰極；

二極管D4陽極分別連接二極管D1陽極、電容C1一端；

二極管D3陽極連接輸入電源負極。

2.根據權利要求1所述一種高增益軟開關Buck-Boost變換器，其特征在于：

n個外衣單元中，

第二外衣單元的端口①連接到第一外衣單元中的端口④，

第二外衣單元的端口②連接到第一外衣單元中的端口⑤，

第二外衣單元的端口③連接到輸入電源負極；

第三外衣單元的端口①連接到第二外衣單元中的端口④，

第三外衣單元的端口②連接到第二外衣單元中的端口⑤，

第三外衣單元的端口③連接到輸入電源負極；

......依次類推，

第n外衣單元的端口①連接到第n-1外衣單元中的端口④，

第n外衣單元的端口②連接到第n-1外衣單元中的端口⑤，

第n外衣單元的端口③連接到輸入電源負極；

電容Cn2兩端分別連接負載RL兩端。

3.根據權利要求1所述一種高增益軟開關Buck-Boost變換器，其特征在于：所述功率開關管S1柵極連接PWM控制器。

4.根據權利要求1所述一種高增益軟開關Buck-Boost變換器，其特征在于：在功率開關管S1導通時，由于零電流電感Lr的作用，使得功率開關管S1在零電流條件下導通，消除了功率開關管S1的開通損耗；

在功率開關管S1關斷時，由于零電壓電容Cr的作用，使得功率開關管S1在零電壓條件下關斷，消除了功率開關管S1的關斷損耗。

5.根據權利要求1或2或3或4所述一種高增益軟開關Buck-Boost變換器，其特征在于：包含兩個外衣單元時，電路的工作過程分為7個工作模態：

模態一：

該模式開始時，由于零電流電感Lr、電感L1上的電流大小與方向不能夠突變，在ZCS條件下主開關S1導通；在這種模式下，二極管D1、D2、D11、D21導通，電感L1、L11、L21放電，輔助電感Ls充電，電容C11、C21、Cr放電，電容C1、C12、C22充電；二極管D2導通，輔助電感Ls和零電壓電容Cr之間開始諧振；因此，Cr電壓呈正弦曲線下降，Ls電流呈正弦曲線上升；在該工作過程中主電感L1線性減小，零電流電感Lr線性增加，輔助電感Ls電流呈正弦增張，當零電流電感Lr線性增加iL1-iC1到時，該模態結束；

模態二：

當零電流電感Lr線性增加iL1-iC1到時，該模態開始；在該模態下，二極管D1、D11、D21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、Lr、L21和電容C11、C12充電；輔助電感Ls和零電壓電容Cr之間繼續諧振，當輔助電路中零電壓電容Cr兩端的電壓達到負的輸入電壓-Vin時,二極管D2開始在ZVS條件下導通，Cr電壓被鉗位在這個水平，該模態結束；

模態三：

當二極管D3開始在ZVS條件下導通時，模態三開始，由于在與零電壓電容Cr諧振過程中，電感Ls上流過電流會有能量儲存；當Cr上電壓達到負的輸入電壓-Vin時，電感Ls會通過二極管D3續流將能量反饋到輸入電源；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截止時，該模態結束；

模態四：

在該模態下，輔助電路停止動作；主電路中元器件的工作狀態和上一模態相同，負載由C22繼續供電；在功率開關管S1關斷時，該模態結束；

模態五：

在模態五時，由于零電壓Cr的存在，功率開關管S1在ZVS下被關斷；在這種模式下，主電路中元器件的工作狀態和上一模態相同，負載由C22繼續供電；電感L1電流線性放電Cr，當Vcr達到零時,電感L1電流線性充電Cr；當Vcr達到Vc1時，二極管D4開始在ZVS條件下導通，Cr電壓被鉗位在這個水平，該模態結束；

模態六：

當二極管D4導通時，模態六開始，二極管D4開始在ZVS條件下導通，電感L1、L11、L21電流線性下降，為電容C1、C12、C22和負載充電，C11、C21放電，Lr電流降低到零時，該模態結束；

模態七：

當Lr電流降低到零時，模態七開始，在該模態下，二極管D1導通，輔助電路結束工作，電路回到正常模態電感L1、L11、L21電流線性下降，為電容C1、C12、C22和負載充電，C11、C21放電。