[发明专利]一种高增益软开关Buck-Boost变换器

权利要求书

1.一种高增益软开关Buck-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Buck-Boost变换器、至少一个外衣单元；

所述Buck-Boost变换器包含主电感L1、功率开关管S1、二极管D1、电容C1；

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

所述外衣单元包含电容Cn1、电容Cn2、电感Ln1、二极管Dn1，n为自然数，且n≥1，外衣单元包含五端口：端口①、端口②、端口③、端口④、端口⑤；

电容Cn1一端为端口①，电容Cn1另一端分别连接电感Ln1一端、二极管Dn1阴极，电感Ln1另一端为端口②，二极管Dn1阳极连接电容Cn2一端，电容Cn2另一端为端口③；二极管Dn1阴极为端口④，二极管Dn1阳极为端口⑤；

端口①连接到Buck-Boost变换器中二极管D1阴极，端口②连接到Buck-Boost变换器中二极管D1的阳极，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、二极管D2、D3、D4；

零电流电感Lr一端连接Buck-Boost变换器中功率开关管S1源极；

零电流电感Lr另一端分别连接第一外衣单元中的电容C11的一端、Buck-Boost变换器中二极管D1阴极、主电感L1一端；

二极管D2阴极分别连接输入电源阳极、功率开关管S1漏极；

二极管D2阳极连接辅助电感Ls一端；

辅助电感Ls另一端分别连接二极管D3阴极，零电压电容Cr一端；

零电压电容Cr另一端分别连接功率开关管S1源极、电感Lr一端、二极管D4阴极；

二极管D4阳极分别连接二极管D1阳极、电容C1一端；

二极管D3阳极连接输入电源负极。

2.根据权利要求1所述一种高增益软开关Buck-Boost变换器，其特征在于：

n个外衣单元中，

第二外衣单元的端口①连接到第一外衣单元中的端口④，

第二外衣单元的端口②连接到第一外衣单元中的端口⑤，

第二外衣单元的端口③连接到输入电源负极；

第三外衣单元的端口①连接到第二外衣单元中的端口④，

第三外衣单元的端口②连接到第二外衣单元中的端口⑤，

第三外衣单元的端口③连接到输入电源负极；

......依次类推，

第n外衣单元的端口①连接到第n-1外衣单元中的端口④，

第n外衣单元的端口②连接到第n-1外衣单元中的端口⑤，

第n外衣单元的端口③连接到输入电源负极；

电容Cn2两端分别连接负载RL两端。

3.根据权利要求1所述一种高增益软开关Buck-Boost变换器，其特征在于：所述功率开关管S1栅极连接PWM控制器。

4.根据权利要求1所述一种高增益软开关Buck-Boost变换器，其特征在于：在功率开关管S1导通时，由于零电流电感Lr的作用，使得功率开关管S1在零电流条件下导通，消除了功率开关管S1的开通损耗；

在功率开关管S1关断时，由于零电压电容Cr的作用，使得功率开关管S1在零电压条件下关断，消除了功率开关管S1的关断损耗。

5.根据权利要求1或2或3或4所述一种高增益软开关Buck-Boost变换器，其特征在于：包含两个外衣单元时，电路的工作过程分为7个工作模态：

模态一：

该模式开始时，由于零电流电感Lr、电感L1上的电流大小与方向不能够突变，在ZCS条件下主开关S1导通；在这种模式下，二极管D1、D2、D11、D21导通，电感L1、L11、L21放电，辅助电感Ls充电，电容C11、C21、Cr放电，电容C1、C12、C22充电；二极管D2导通，辅助电感Ls和零电压电容Cr之间开始谐振；因此，Cr电压呈正弦曲线下降，Ls电流呈正弦曲线上升；在该工作过程中主电感L1线性减小，零电流电感Lr线性增加，辅助电感Ls电流呈正弦增张，当零电流电感Lr线性增加iL1-iC1到时，该模态结束；

模态二：

当零电流电感Lr线性增加iL1-iC1到时，该模态开始；在该模态下，二极管D1、D11、D21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、Lr、L21和电容C11、C12充电；辅助电感Ls和零电压电容Cr之间继续谐振，当辅助电路中零电压电容Cr两端的电压达到负的输入电压-Vin时,二极管D2开始在ZVS条件下导通，Cr电压被钳位在这个水平，该模态结束；

模态三：

当二极管D3开始在ZVS条件下导通时，模态三开始，由于在与零电压电容Cr谐振过程中，电感Ls上流过电流会有能量储存；当Cr上电压达到负的输入电压-Vin时，电感Ls会通过二极管D3续流将能量反馈到输入电源；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截止时，该模态结束；

模态四：

在该模态下，辅助电路停止动作；主电路中元器件的工作状态和上一模态相同，负载由C22继续供电；在功率开关管S1关断时，该模态结束；

模态五：

在模态五时，由于零电压Cr的存在，功率开关管S1在ZVS下被关断；在这种模式下，主电路中元器件的工作状态和上一模态相同，负载由C22继续供电；电感L1电流线性放电Cr，当Vcr达到零时,电感L1电流线性充电Cr；当Vcr达到Vc1时，二极管D4开始在ZVS条件下导通，Cr电压被钳位在这个水平，该模态结束；

模态六：

当二极管D4导通时，模态六开始，二极管D4开始在ZVS条件下导通，电感L1、L11、L21电流线性下降，为电容C1、C12、C22和负载充电，C11、C21放电，Lr电流降低到零时，该模态结束；

模态七：

当Lr电流降低到零时，模态七开始，在该模态下，二极管D1导通，辅助电路结束工作，电路回到正常模态电感L1、L11、L21电流线性下降，为电容C1、C12、C22和负载充电，C11、C21放电。