[发明专利]一种耦合电感升降压直流变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种耦合电感升降压直流变换器，属于宽输入电压范围的升降压直流变换器。

背景技术

能源危机和环境污染问题日益严重，新型能源的开发和利用受到世界各国的重视。在热能温差发电、蓄电池充电等场合需要采用具有升降压特性的直流变换器。开发一种具有高效率、高功率密度、宽输入电压范围的升降压直流变换器具有重要的现实意义。

传统的单管升降压变换器如Buck-Boost、Flyback、SEPIC和Cuk 变换器等都具有升降压变换的功能，但它们的器件应力较高、体积和重量较大。特别是Buck-Boost和Cuk变换器，其输出电压的极性与输入电压相反，更加限制了它们在某些场合的应用。

Boost与Buck变换器级联可以构成两种升降压变换器，如附图1(a)和附图1(b)所示。附图1(a)所示Buck级联Boost变换器由于拓扑结构简洁而获得了较多的应用，但其电感在中间，工作于降压模式时，输入电流断续，工作于升压模式时，输出电流断续，不适合热发电、蓄电池充电等输出大电流且要求电流脉动很小的应用场合。附图1(b)所示Boost级联Buck变换器电感分布在两端，输入输出电流连续，但需要采用两个电感，体积和重量较大，从而降低了变换器的功率密度。

发明内容

本发明提出了一种耦合电感升降压直流变换器，能够实现宽输入电压范围升降压变换，同时工作时输入输出电流连续，有效地提高了变换器效率和功率密度。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种耦合电感升降压直流变换器，包括输入电源、第一电容、第一耦合电感、第一开关管、第二开关管、第二电容、第三开关管、第四开关管、第二耦合电感、第三电容和负载；其中，输入电源的正输出端与第一电容的一端、第一耦合电感的                                                端相连，第一耦合电感的端与第一开关管的漏极、第二开关管的源极相连，第二开关管的漏极与第二电容的一端、第三开关管的漏极相连，第三开关管的源极与第四开关管的漏极、第二耦合电感的端相连，第二耦合电感的端与第三电容的一端、负载的一端相连，负载的另一端与第三电容的另一端、第四开关管的源极、第二电容的另一端、第一开关管的源极、第一电容的另一端和输入电源的负输出端相连。

所述第一耦合电感和第二耦合电感通过共用一个电感磁芯而相互耦合在一起，第一耦合电感的端与第二耦合电感的端为同名端。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的耦合电感升降压直流变换器，实际上是由Boost变换器和Buck变换器级联且输入输出电感共用磁芯所构成，尤其适合宽输入电压范围升降压变换、大电流且要求输入输出电流脉动小的场合应用。通过输入输出电感的反向耦合，可以有效地减小耦合电感磁芯中直流偏磁磁通，提高磁芯的利用率，有利于减小磁性元件的损耗和体积，进而提高变换器的功率密度。

附图说明

图1(a)是Buck级联Boost升降压变换器电路原理图；图1(b)是Boost级联Buck升降压变换器电路原理图。

图2是本发明耦合电感升降压变换器实施例一电路原理图。

图3(a)是本发明耦合电感升降压变换器实施例二电路原理图；图3(b)是本发明耦合电感升降压变换器实施例三电路原理图；图3(c)是本发明耦合电感升降压变换器实施例四电路原理图。

图4(a)是本发明耦合电感升降压变换器实施例一Boost模式下等效电路原理图；图4(b)是本发明耦合电感升降压变换器实施例一Buck模式下等效电路原理图。

图5(a)是本发明耦合电感升降压变换器实施例一Boost模式下工作模态1等效电路原理图；图5(b)是本发明耦合电感升降压变换器实施例一Boost模式下工作模态2等效电路原理图。

图6(a)是本发明耦合电感升降压变换器实施例一Buck模式下工作模态1等效电路原理图；图6(b)是本发明耦合电感升降压变换器实施例一Buck模式下工作模态2等效电路原理图。