一种自动均压双极性Cuk DC-DC变换器转让专利
申请号 : CN202011566207.7
文献号 : CN112737332B
文献日 : 2022-02-08
发明人 : 邾玢鑫 , 刘昱 , 张耀 , 杨楠 , 马辉
申请人 : 三峡大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种自动均压双极性Cuk DC‑DC变换器,其特征在于:该变换器包含一个直流输入源,一个Cuk变换器,m‑1个同极性扩展单元,n个反极性电压扩展单元;其中:Cuk变换器包含两个电感L、LP1,两个电容CP11、CP12,一个功率开关S1,一个二极管DP1;其连接形式如下:电感L的一端接直流输入源的正极,电感L的另一端分别连接功率开关S1的漏极以及电容CP11的一端,电容CP11的另一端分别与电感LP1的一端以及二极管DP1的阳极相连,电感LP1的另一端与电容CP12的一端相连,功率开关S1的源极、二极管DP1的阴极以及电容CP12的另一端与直流输入源的负极相连;
第1个同极性扩展单元包含电感LP2、二极管DP2两个电容CP21、CP22;其中,电容CP21的另一端分别与电感LP2的一端以及二极管DP2的阳极相连,电感LP2的另一端与电容CP22的一端相连;二极管DP2的阴极连接电容CP22的另一端;
第2个同极性扩展单元包含电感LP3、二极管DP3两个电容CP31、CP32;其中,电容CP31的另一端分别与电感LP3的一端以及二极管DP3的阳极相连,电感LP3的另一端与电容CP32的一端相连;二极管DP3的阴极连接电容CP32的另一端;
......依次类推,第i个同极性扩展单元,1
第1个反极性电压扩展单元包含电感LN1,二极管DN1,两个电容CN11、CN12;其中,电容CN11的另一端分别与电感LN1的一端以及二极管DN1的阳极相连,电感LN1的另一端与电容CN12的一端相连;二极管DN1的阴极连接电容CN12的另一端;
第2个反极性电压扩展单元包含电感LN2,二极管DN2,两个电容CN21、CN22;其中,电容CN21的另一端分别与电感LN2的一端以及二极管DN2的阳极相连,电感LN2的另一端与电容CN22的一端相连;二极管DN2的阴极连接电容CN22的另一端;
......依次类推,第j个反极性电压扩展单元,1
各个同极性扩展单元之间的连接形式如下:
1
各个反极性扩展单元之间的连接形式如下:
1
第1个同极性扩展单元与Cuk变换器之间的连接关系如下:Cuk变换器中电容CP11的一端与电感L的另一端相连的交点与第1个同极性扩展单元中电容CP21的一端相连,Cuk变换器中电感LP1的另一端与电容CP12的一端相连的交点与第1个同极性扩展单元中二极管DP2的阴极和电容CP22另一端的交点相连;
第1个反极性扩展单元与Cuk变换器之间的连接关系如下:Cuk变换器中电容CP11的一端与电感L的一端相连的交点与第1个反极性扩展单元中电容CN11的一端相连,Cuk变换器中二极管DP1的阴极与电容CP12的另一端相连的交点与第1个反极性扩展单元中电感LN1的另一端和电容CN12一端的交点相连;
负载RPL的两端分别与第m‑1个同极性扩展单元中电容CPm2的一端和直流输入源负极相连;
负载RNL的两端与第n个反极性电压扩展单元中电容CNn2的另一端和直流输入源负极相连。
2.根据权利要求1所述一种自动均压双极性Cuk DC‑DC变换器,其特征在于:功率开关S1的栅极连接控制器,其占空比在0至1之间变化。
3.根据权利要求1所述一种自动均压双极性Cuk DC‑DC变换器,其特征在于:m=2,n=2时,在电感L的电流连续导通时,根据功率开关状态的不同,将电路分为2种工作状态:
(1):功率开关S1导通,二极管DP1、DP2、DN1、DN2均关断,此时电感L、LP1、LP2、LN1、LN2,电容CP12、CP22、CN12、CN22充电,电容CP11、CP21、CN11、CN21放电;电感L、LP1、LP2、LN1、LN2端电压如下式所示:
(2):功率开关S1关断,二极管DP1、DP2、DN1、DN2均导通,此时电感L、LP1、LP2、LN1、LN2,电容CP12、CP22、CN12、CN22放电,电容CP11、CP21、CN11、CN21充电;电感L、LP1、LP2、LN1、LN2端电压如下式所示:
说明书 :
一种自动均压双极性Cuk DC‑DC变换器
技术领域
背景技术
以及Zeta电路。理论上通过调节占空比D,这些变换器的输入输出增益可以在零至无穷大之
间变化,但受元器件及电路寄生参数的影响,这些变换器的升压能力受到了较大的限制。目
前提高DC‑DC变换器输入输出增益的方案多基于Boost电路而构建,因而这些电路通常在同
一时间只能实现与电源同极性或者反极性的电压输出。因此研究即可实现高增益升压、同
时也可实现双极性输出的新型双极性宽输入输出升降压DC/DC变换器具有重要意义。
发明内容
变换器和若干个增益扩展单元组成。通过调节增益扩展单元的个数即可实现对变换器输入
输出增益以及开关器件电压应力的调节。该变换器具有控制及驱动电路简单、输入输出电
压调节范围宽、开关器件电压应力低等优势;较适合于输出需要正负电源输出且输入电压
与输出电压变化范围比较大的应用场合。
关S1的漏极以及电容CP11的一端,电容CP11的另一端分别与电感LP1的一端以及二极管DP1的阳
极相连,电感LP1的另一端与电容CP12的一端相连,功率开关S1的源极、二极管DP1的阴极以及
电容CP12的另一端与直流输入源的负极相连;
相连;
相连;
的另一端与电容CP(i+1)2的一端相连;二极管DP(i+1)的阴极连接电容CP(i+1)2的另一端;
的一端相连;
的一端相连;
的一端相连;
均与基本Cuk变换器电容CP22两端电压大小相同。
器电容CP22两端电压大小相同。
交点与第1个同极性扩展单元中二极管DP2的阴极和电容CP22另一端的交点相连。
与第1个反极性扩展单元中电感LN1的另一端和电容CN12一端的交点相连。
附图说明
具体实施方式
及电容CP11的一端,电容CP11的另一端与电感LP1的一端以及二极管DP1的阳极相连,电感LP1的
另一端与电容CP12的一端相连,功率开关S1的源极、二极管DP1的阴极以及电容CP12的另一端
与输入电源的负极相连。
一端以及二极管DN1的阳极相连,电感LN1的另一端与电容CN12的一端相连。
Cuk变换器中电感LP1的另一端与电容CP12的一端相连的交点与第1个扩展单元中二极管DP2
的阴极和电容CP22另一端的交点相连。
基本Cuk变换器中二极管DP1的阴极与电容CP12的另一端相连的交点与第2个非极性扩展单元
中电感LN2的另一端和电容CN22一端的交点相连。
示:
示:
器的增益为传统变换器的两倍,且可输出双极性的电压。
电压极性相反,大小相同。