[发明专利]一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器

权利要求书

1.一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器，其特征在于，包括直流输入电源，开关管，耦合电感，第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管，第一电感、第二电感，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容和负载；直流输入电源的正极经第二电感与第一电感的一端、第一电容的一端连接，直流输入电压的负极与开关管的源极、第二电容的一端、第五电容的一端、负载的一端连接，第一电感的另一端与第一二极管的阳极、第二二极管的阳极连接，第一电容的另一端与第一二极管的阴极、第三电容的一端、耦合电感原边绕组的第一端连接，第二二极管的阴极与开关管的漏极、耦合电感原边绕组的第二端、第三二极管的阳极、耦合电感副边绕组的第一端连接，耦合电感副边绕组的第二端与第四电容的一端连接，第三电容的另一端与第二电容的另一端、第三二极管的阴极、第四二极管的阳极连接，第四二极管的阴极与第五二极管的阳极、第四电容的另一端连接，第五二极管的阴极与第五电容的另一端、负载的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器，其特征在于，所述零输入电流纹波高增益DC-DC变换器将耦合电感变比升压、电容二极管升压网络和钳位电容相结合，实现高增益和零输入电流纹波的功能。

3.根据权利要求1所述的一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器，其特征在于，所述零输入电流纹波高增益DC-DC变换器利用第一电容、第二电容和第三电容的钳位作用使第二电感两端电压接近于零，实现零输入电流纹波。

4.根据权利要求1所述的一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器，其特征在于，所述零输入电流纹波高增益DC-DC变换器的电压增益为其中，n为耦合电感副边与原边的匝数比，D为开关管工作占空比。

5.根据权利要求1所述的一种零输入电流纹波高增益DC-DC变换器，其特征在于，所述零输入电流纹波高增益DC-DC变换器的工作方式如下：

(1)模态1(t₀-t₁)：t₀时刻，开关管S导通，第二二极管VD₂、第五二极管VD_o导通，第一二极管VD₁、第三二极管VD₃、第四二极管VD₄截止；直流输入电源V_in通过第二二极管VD₂和开关管S给第一电感L₁充电，电感电流i_L1线性增加；直流输入电源V_in与第二电感L_a、第一电容C₁串联在一起通过开关管S给耦合电感原边绕组励磁电感充电，原边电流i_p线性快速增加；耦合电感副边绕组与第四电容C₄串联通过输出第五二极管VD_o向负载侧传递能量；第二电容C₂通过开关管S向第三电容C₃放电，当t₁时刻，第五二极管VD_o电流i_VDo减为0时，此模态结束；

(2)模态2(t₁-t₂)：开关管S继续导通，第二二极管VD₂、第四二极管VD₄导通，第一二极管二极管VD₁、第三二极管VD₃、第五二极管VD_o截止；直流输入电源V_in与第二电感L_a、第一电容C₁串联在一起通过开关管S给耦合电感原边绕组励磁电感L_m充电，励磁电流i_Lm线性上升；直流输入电源V_in继续通过开关管S和第二二极管VD₂对第一电感L₁充电，电感电流i_L1线性上升；耦合电感副边绕组和第二电容C₂串联通过开关管S和第四二极管VD₄给第四电容C₄充电；第二电容C₂通过开关管S向第三电容C₃继续放电；第五电容C_o向负载R提供能量，当t₂时刻，开关管S关断，此模态结束；

(3)模态3(t₂-t₃)：t₂时刻开关管S关断，第一二极管VD₁、第三二极管VD₃、第四二极管VD₄导通，第二二极管VD₂、第五二极管VD_o截止；直流输入电源V_in与第二电感L_a、第一电容C₁、第三电容C₃串联在一起给第二电容C₂充电，第一电感L₁通过第一二极管VD₁对第一电容C₁放电，电感电流i_L1减小；耦合电感原边绕组漏感L_k能量通过第三二极管VD₃被第三电容C₃吸收，原边电流i_p快速减小；耦合电感副边绕组通过第三二极管VD₃、第四二极管VD₄继续给第四电容C₄充电，副边绕组电流快速减小；第五电容C_o向负载R提供能量，当t₃时刻，副边绕组电流减小为0时，第四二极管VD₄关断，此模态结束；

(4)模态4(t₃-t₄)：开关管S继续关断，第一二极管VD₁、第三二极管VD₃、第五二极管VD_o导通，第二二极管VD₂、第四二极管VD₄截止；直流输入电源V_in与第二电感L_a、第一电容C₁、第三电容C₃串联在一起给第二电容C₂充电，第一电感L₁通过第一二极管VD₁对第一电容C₁放电，电感电流i_L1减小；耦合电感原边绕组励磁电感通过第三二极管VD₃对第三电容C₃充电，励磁电流i_Lm减小；耦合电感副边绕组与第二电容C₂、第四电容C₄串联通过第三二极管VD₃、第五二极管VD_o向负载侧传递能量，t₄时刻，流过第三二极管VD₃的电流i_VD3为0时，此模态结束；

(5)模态5(t₄-t₅)：开关管S保持关断，第一二极管VD₁、第五二极管VD_o导通，第二二极管VD₂、第三二极管VD₃、第四二极管VD₄截止；直流输入电源V_in与第二电感L_a、第一电容C₁、第三电容C₃串联在一起给第二电容C₂充电，第一电感L₁通过第一二极管VD₁对第一电容C₁放电，电感电流i_L1减小；耦合电感原边绕组、副边绕组与第二电容C₂、第三电容C₃、第四电容C₄串联通过第五二极管VD_o向负载侧传递能量，原边电流i_p与励磁电流i_Lm继续减小，当t₅时刻，开关管S开通时，此模态结束，开始下一个开关周期。