[发明专利]一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器

权利要求书

1.一种零电压关断零电流开通高增益Boost变换器，其特征在于:该变换器包括主电路、辅助电路；

所述主电路包括Boost变换器、n个外衣单元；

所述Boost变换器包含主电感L1、功率开关管S1、二极管D1、电容C1；

主电感L1一端连接输入电源正极，主电感L1另一端分别连接功率开关管S1漏极、二极管D1阳极，功率开关管S1源极连接输入电源负极，二极管D1阴极连接电容C1一端，电容C1另一端连接输入电源负极；

所述n个外衣单元中，任意一个外衣单元均包含五端口：端口①、端口②、端口③、端口④、端口⑤；

第一个外衣单元包含电容C11、电容C12、电感L11、二极管D11；

第二个外衣单元包含电容C21、电容C22、电感L21、二极管D21；

第三个外衣单元包含电容C31、电容C32、电感L31、二极管D31；

......依次类推，

第n个外衣单元包含电容Cn1、电容Cn2、电感Ln1、二极管Dn1，n为自然数，且n≥1；其中：

电容C11一端连接端口①，电容C11另一端分别连接电感L11一端、二极管D11阳极，电感L11另一端连接端口②，二极管D11阴极连接电容C12一端，电容C12另一端连接端口③；二极管D11阳极为端口④，二极管D11阴极为端口⑤；

端口①连接到Boost变换器中二极管D1阳极，端口②连接到Boost变换器中二极管D1的阴极，端口③连接到输入电源负极；

n个外衣单元中连接关系如下：

第二个外衣单元的端口①连接到第一个外衣单元中的端口④，

第二个外衣单元的端口②连接到第一个外衣单元中的端口⑤，

第二个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；

第三个外衣单元的端口①连接到第二个外衣单元中的端口④，

第三个外衣单元的端口②连接到第二个外衣单元中的端口⑤，

第三个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；

......依次类推，

第n个外衣单元的端口①连接到第n-1个外衣单元中的端口④，

第n个外衣单元的端口②连接到第n-1个外衣单元中的端口⑤，

第n个外衣单元的端口③连接到输入电源负极；

所述辅助电路包括零电流电感Lr、辅助电感Ls、零电压电容Cr、辅助电容Cs、二极管D2、D3、D4；

零电流电感Lr一端分别连接第一个外衣单元中的电容C11的另一端、电感L11一端；

零电流电感Lr另一端连接第一个外衣单元中的二极管D11阳极；

二极管D2阳极分别连接辅助电容Cs一端、功率开关管S1漏极，

二极管D2阴极分别连接零电压电容Cr一端、辅助电感Ls一端；

辅助电感Ls另一端连接二极管D3阳极，二极管D3阴极分别连接辅助电容Cs另一端、二极管D4阳极，二极管D4阴极分别连接主电路的电容C1一端、二极管D1阴极；

零电压电容Cr另一端分别连接功率开关管S1源极、电容C1另一端；

该变换器包含三个外衣单元时，电路的工作过程分为9个工作模态：

模态一：

功率开关管S1导通，二极管D1、D11、D21、D31导通，主电感L1、电感L11、L21、L31放电，电容C11、C21、C31放电，电容C1、C12、C22、C32充电；由于零电流电感Lr上的电流大小与方向不能够突变，因此电感L11和电容C11上的电流也不能够发生突变，从而使得电感L1、二极管D1和电容C1上的电流暂时不能发生突变，因此，在功率开关管S1导通的瞬间是没有电流流过的，从而实现了零电流导通；在该工作过程中主电感L1和零电流电感Lr线性减小，当辅助电容Cr开始释放能量时，该模态结束；

模态二：

在该模态下，辅助电路中二极管D3导通，零电压电容Cr由于功率开关管S1断开时，其上面有电压而储存的能量会在功率开关管S1导通后经由回路Cr→Ls→D3→Cs→S释放能量，将Cr中储存的能量传递到辅助电容Cs中；零电流电感Lr逐渐减小并开始反向；二极管D1、D11、D21、D31截止，主电路中电感L1开始充电，电流线性增加；电容C1、C12、C22开始放电并分别对电感L11、L21、L31和电容C11、C21、C31充电；当辅助电路中零电压电容Cr两端的电压下降为零时,二极管D2导通，该模态结束；

模态三：

在该模态中，辅助电路中的二极管D2、D3导通；由于在电容Cr对电容Cs充电过程中，电感Ls上流过电流会有能量储存；当电容Cr上电压降为零的时候，电感Ls上电流会继续流过对电容Cs充电；主电路中元器件的工作状态和上一模态相同；当电感Ls电流降为零，二极管D2、D3截止时，该模态结束；

模态四：

在该模态下，辅助电路中二极管D2、D3截止，辅助电路停止动作；主电路中，主电路中电感L1开始充电，电流线性增加；电容C1、C12、C22开始放电并分别对电感L11、L21、L31和电容C11、C21、C31充电；负载由C32继续供电；在功率开关管S1关断时，该模态结束；

模态五：

当功率开关管S1关断时，由于辅助电路中零电压电容等于零，所以S1两端电压不会立即升高，从而实现了零电压关断；主电路中之前流过开关管的电流开始分为两条路径：一条经过二极管D2对零电压电容Cr充电，使得电容Cr两端电压逐渐升高；另一条经由电容Cs和二极管D4将电容Cs中的能量释放到后面的主电路中；在该过程进行的同时，零电流电感上的电流逐步减小并开始反向；当二极管D1、D11、D21、D31导通时，该模态结束；

模态六：

二极管D1、D11、D21、D31导通，辅助电路中二极管D2和D4截止；电容C1、C12、C22、C32开始充电，电容C11、C21、C31开始放电；电感L1上的电流开始线性减小；当功率开关管S1导通的时候，该模态结束。