自耦式Boost DC/DC变换

2011-05-20 23:46:01来源: 互联网

摘要:提出了一种自耦式Boost变换电路,并进行了理论分析和实验研究。

关键词:自耦;升压;DC/DC变换

Self-couple Boost DC/DC Conversion 

ZHOU Jian-hong, LIU Gang 

Abstract:A kind of self-couple Boost DC/DC converter is proposed, the analysis in theory and research in experiment are carried out. 

Keywords:Self-couple; Boost; DC/DC conversion

中图分类号:TN86    文献标识码:B    文章编号:0219- 2713(2003)04- 0168- 021

 

1  引言

    BoostDC/DC变换在通信、电子、计算机等领域有着广泛的应用前景。现广泛采用的Boost变换电路拓扑可分为两类,一类是变压器耦合式,典型的电路是Fly—Boost和Back—Boost;另一类是非隔离的LC耦合式和开关电容式。常见的是单管Boost、Cuk以及SPIC等电路,前者由于双绕组变压器的存在,限制了电路体积的进一步减小,同时分布参数也制约了效率的提高;后者受寄生参数的影响,升压比的提高受到了限制,不得不采用级联的方式提高输出电压,这势必使电路结构复杂化。本文研究了一种新型的BoostDC/DC变换,具有体积小、结构简单、效率高、升压比大等特点。

2  电路与工作原理

    自耦正激式Boost变换的电路拓扑如图1所示。U1为输入电压,Uo为输出电压,L1L2为同芯电感。电路的工作过程可分为两个模态,如图2所示。

图1  Boost  DC/DC变 换 电 路 拓 扑 图

( a)  模 态 1( S导 通 )    ( b)  模 态 2( S关 断 )

图2  电 路 的 工 作 模 态

    模态1  S导通〔图2(a)〕,U1通过开关S给L1充电。同时,由于L1L2的互感作用,产生一个U2加到输出端。U2由式(1)决定。

           U2=(L1L2)=U1   (1)

式中:N1N2分别是L1L2的匝数。

    输入、输出电流由式(2)决定。

         I1I2=IL      (2)

式中:IL为电感的激磁电流。

    模态2  S关断〔图2(b)〕,若忽略漏感,则储存在L2内的磁场能量以IL的形式,通过U1Uo和D2续流放电,IL衰减到零时,磁芯复位。

    磁芯复位的条件为

         U1ton=  (3)

式中:tontoff分别为S的导通时间与关断时间。

    根据式(3)可以求出满足磁芯复位条件的最大占空比为

DM=1-  (4)

式中:K=为升压比。

3  输出电压的表达式

    输出部分的等效电路,如图3所示,R为线路电阻。

(a) 模 态1(S导 通 ) (b) 模 态2(S关 断 ) (c) 输 出 电 压 波 形

图 3  输 出 等 效 电 路 与 输 出 电 压 波 形 分 析

    模态1时,输出电压的表达式为

      uo1=U21+(UOLU21)   (5)

式中:U21=

          τ1=

     UOL为输出电压波动的下限。

    模态2时,输出电压的表达式为

       uo2=UOH  (6)

式中:UOH=U21+(UOLU21)为输出电压波动的上限;

         τ2=CRL

      D为占空比,D=

    则输出电压的平均值为

    UAV=U21UOLU21)U21+(UOLU21)〕(7)

    式(7)表明:DUAV呈正相关,但不呈线性关系。这为通过改变占空比来改变输出电压提供了理论依据。

4  实验研究

    对本电路拓扑进行了实验研究,具体参数如下:UI=10V,Uo=30V,P=5W,f=5kHz,自耦变压器采用铁氧磁芯,N1=15;N2=32。实验结果,如图4所示。

( a) 基 极 驱 动 电 压 波 形

( b) 集 电 极 电 压 波 形

图 4  实 验 波 形

5  结语

    本电路与现有的Boost DC/DC变换电路相比,具有下述优点:

    1)相对于双绕组变压器,自耦变压器的体积明显减小。由于匝数小、漏磁少,故效率高。

    2)电路结构简单、升压比大。

    3)磁芯复位容易、电压过冲小。

    4)磁场能量直接传送到输出端,进一步提高了变换效率。

参考文献

[1] 刘刚.无输入电容的高功率因数单端反激式开关电源[J].电力电子技术,1997,31(2).

[2] 徐哲谆.一种新型的升压式功率因数校正电路[J].电力电子技术,1997,31(1).

[3] 萧岚.升降压式软开关DC—DC变换器的研究[J].电力电子技术,1997,31(1).

关键字:变换

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0520/article_8875.html
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