三绕组耦合电感实现的交错并联降压型变换器

摘要

本发明的三绕组耦合电感实现的交错并联降压型变换器包括两个功率开关管，两个续流二极管，二个箝位电容，一个输出电容和两个耦合电感，两个耦合电感分别有三个绕组。本发明利用两个耦合电感的第三绕组实现了变换器的大降压比变换，第一开关管与第一箝位电容组成的电路无损的吸收和转移了第一耦合电感的漏感能量，第二开关管与第二箝位电容组成的电路无损的吸收和转移了第二耦合电感的漏感能量，耦合电感既具有变压器的隔离功能，又具有滤波电感的功能，第一耦合电感的第一、第三绕组，第二耦合电感的第一、第三绕组的漏感和第一箝位电容，第二箝位电容组成的低通滤波器可减小输入电流纹波，电路元件少，结构简单，可实现变换器的大降压比变换和提高变换器的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及直流-直流变换器，具体说是三绕组耦合电感实现的交错并联降压型变换器。

背景技术

常规的反激型(Flyback)交错并联直流-直流变换器，包括两个分别具有二个绕组的耦合电感，两个续流二极管，两个功率开关管和一个输出电容，第一功率开关管的漏极与第一耦合电感的第一绕组的一端相连，第二功率开关管的漏极与第二耦合电感的第一绕组的一端相连，第一耦合电感的第一绕组的另一端与第二耦合电感的第一绕组的另一端相连，第一耦合电感的第二绕组的一端与第一二极管的阳极相连，第二耦合电感的第二绕组的一端与第二二极管的阳极相连，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极及输出电容的一端相连，第一耦合电感的第二绕组的另一端与第二耦合电感的第二绕组的另一端及输出电容的另一端相连。这种反激型交错并联直流-直流变换器为硬开关工作，开关损耗大，不适合大降压比变换，漏感能量导致第一功率开关管、第二功率开关管的电压尖峰，效率较低。其他隔离型降压型变换器中，正激式变换器的输入电流和输出电流纹波较大，需要额外的电路来实现开关管的软开关，全桥式降压型变换器需要较多的开关管，成本较高，传统半桥式降压型变换器的电流纹波较大，只适合小功率场合。

发明内容

本发明的目的是提供功率开关管数量少，结构简单，成本低，且能有效的转移耦合电感漏感能量的三绕组耦合电感实现的交错并联降压型变换器。

本发明的技术解决方案是，三绕组耦合电感实现的交错并联降压型变换器，包括两个功率开关管，两个续流二极管，二个箝位电容，一个输出电容和两个耦合电感，第一耦合电感有三个绕组，第二耦合电感有三个绕组，其特征是第一功率开关管的漏极与第二耦合电感的第三绕组的一端及第一箝位电容的一端相连，第二功率开关管的漏极与第一耦合电感的第三绕组的一端及第二箝位电容的一端相连，第一耦合电感的第三绕组的另一端与第二耦合电感的第三绕组的另一端及输入电源的正端相连，第一功率开关管的源极与第一耦合电感的第一绕组的一端及第二箝位电容的另一端相连，第二功率开关管的源极与第二耦合电感的第一绕组的一端及第一箝位电容的另一端相连，第一耦合电感的第一绕组的另一端与第二耦合电感的第一绕组的另一端及输入电源的负端相连，第一耦合电感的第二绕组的一端与第二耦合电感的第二绕组的一端及输出电容的负端相连，第一耦合电感的第二绕组的另一端与第一续流二极管的阳极相连，第二耦合电感的第二绕组的另一端与第二续流二极管的阳极相连，第一续流二极管的阴极与第二续流二极管的阴极及输出电容的正端相连，上述第一耦合电感的第一绕组与第一功率开关管的源极的连接端和第一耦合电感的第二绕组与输出电容的负端的连接端以及第一耦合电感的第三绕组与第二功率开关管的漏极的连接端为第一耦合电感的同名端；第二耦合电感的第一绕组与第二功率开关管的源极的连接端和第二耦合电感的第二绕组与输出电容的负端的连接端以及第二耦合电感的第三绕组与第一功率开关管的漏极的连接端为第一耦合电感的同名端。

工作时，利用两个耦合电感的第三绕组实现了电路的大降压比输出；利用两个耦合电感的第一绕组和第二绕组实现了变换器的电气隔离功能，不需要额外的变压器；第一箝位电容、第二箝位电容收集第一耦合电感、第二耦合电感的漏感能量，并通过第二开关管、第一开关管最终转移到输入端，实现了漏感能量的无损转移；变换器的交错并联结构减小了输入、输出电流纹波。

本发明的三绕组耦合电感实现的交错并联降压型变换器，利用利用两个耦合电感的第三绕组实现了电路的大降压比输出，利用两个耦合电感的第一绕组和第二绕组实现了变换器的电气隔离功能，利用第一箝位电容、第二箝位电容和第二开关管和第一开关管无损的吸收和转移了两个耦合电感的漏感能量，利用变换器的交错并联结构减小了输入、输出电流纹波，不需要额外的有源功率器件，从而附加元件少，结构简单，成本低，无需额外的检测电路，电路中无能量损耗元件，可提高变换器的输出增益与电路效率，且换流过程中，功率开关管关断时无电压过冲。

附图说明

图1是三绕组耦合电感实现的交错并联降压型变换器。

具体实施方式

参见图1，本发明的三绕组耦合电感实现的交错并联降压型变换器包括两个功率开关管S1、S2，两个续流二极管Do1、Do2，二个箝位电容Cc1、Cc2，一个输出电容Co和两个耦合电感，第一耦合电感有三个绕组L1a、L1b、L1c，第二耦合电感有三个绕组L2a、L2b、L2c，其特征是第一功率开关管S1的漏极与第二耦合电感的第三绕组L2c的一端及第一箝位电容Cc1的一端相连，第二功率开关管S2的漏极与第一耦合电感的第三绕组L1c的一端及第二箝位电容Cc2的一端相连，第一耦合电感的第三绕组L1c的另一端与第二耦合电感的第三绕组L2c的另一端及输入电源的正端相连，第一功率开关管S1的源极与第一耦合电感的第一绕组L1a的一端及第二箝位电容Cc2的另一端相连，第二功率开关管S2的源极与第二耦合电感的第一绕组L2a的一端及第一箝位电容Cc1的另一端相连，第一耦合电感的第一绕组L1a的另一端与第二耦合电感的第一绕组L2a的另一端及输入电源的负端相连，第一耦合电感的第二绕组L1b的一端与第二耦合电感的第二绕组L2b的一端及输出电容Co的负端相连，第一耦合电感的第二绕组L1b的另一端与第一续流二极管Do1的阳极相连，第二耦合电感的第二绕组L2b的另一端与第二续流二极管Do2的阳极相连，第一续流二极管Do1的阴极与第二续流二极管Do2的阴极及输出电容Co的正端相连，上述第一耦合电感的第一绕组L1a与第一功率开关管S1的源极的连接端和第一耦合电感的第二绕组L1b与输出电容Co的负端的连接端以及第一耦合电感的第三绕组L1c与第二功率开关管S2的漏极的连接端为第一耦合电感的同名端；第二耦合电感的第一绕组L2a与第二功率开关管S2的源极的连接端和第二耦合电感的第二绕组L2b与输出电容Co的负端的连接端以及第二耦合电感的第三绕组L2c与第一功率开关管S1的漏极的连接端为第一耦合电感的同名端。

三绕组耦合电感实现的交错并联降压型变换器四种换流情况，即第一功率开关管S1关断与第一续流二极管Do1开通之间的换流；第一续流二极管Do1关断与第一功率开关管S1开通之间的换流；第二功率开关管S2关断与第二续流二极管Do2开通之间的换流；第二续流二极管Do2关断与第二功率开关管S2开通之间的换流。由于电路的对称性，仅以第一功率开关管S1与第一续流二极管Do1之间的换流过程为例分析如下：

第一功率开关管S1关断与第一续流二极管Do1开通之间的换流过程：换流之前，电路处于第一功率开关管S1导通、第二功率开关管S2关断，第一续流二极管Do1关断、第二续流二极管Do2导通的稳定工作状态。当第一功率开关管S1关断时，由于第一耦合电感的第一绕组L1a和第二耦合电感的第三绕组L1c的电流不能突变，电流分别转移到第一箝位电容Cc1和第二箝位电容Cc2上去，并通过第二功率开关管S2进行无损循环。由于第一箝位电容Cc1和第二箝位电容Cc2的电压箝位作用，第一功率开关管S1不存在额外的关断电压尖峰。第一第一续流二极管Do1上的电压逐渐下降到零，第一续流二极管Do1导通，输入能量通过第一续流二极管Do1导通传递到输出负载端，变换器进入第一功率开关管S1关断，第二功率开关管S2关断，第一续流二极管Do1导通，第二续流二极管Do2导通的稳定工作状态。

第一续流二极管Do1关断与第一功率开关管S1开通之间的换流的过程：换流之前，电路处于第一功率开关管S1关断，第二功率开关管S2关断，第一续流二极管Do1导通，第二续流二极管Do2导通的稳定工作状态。第一功率开关管S1的门极信号给出时，第一耦合电感的第一绕组L1a和第二耦合电感的第三绕组L1c的电流开始正向增加，第一续流二极管Do1的电流逐渐减小，当第一续流二极管Do1的电流下降到零时，第一续流二极管Do1关断，变换器进入第一功率开关管S1导通、第二功率开关管S2关断，第一续流二极管Do1关断、第二续流二极管Do2导通的稳定工作状态。