集成耦合電感的升壓-反激變換器

1、第13卷第3期2015年5月電源學(xué)報(bào)JournalofPowerSupplyVol.13No.3May2015DOI:1013234/j.issn.2095-2805.2015.3.87中圖分類號(hào)：TM42文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A集成耦合電感的升壓-反激變換器王天兵，丁新平，王伯榮(青島理工大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院，青島266520)摘要：提出了一種高效JL流升壓變揍器分析了它的工作原理并且闡述了理論推導(dǎo)過(guò)程。集成楓合電感的升壓-反激變換器通過(guò)集滋耦合電感和升壓-反激變換器在低占空比情況下實(shí)現(xiàn)了高升壓比和高效率°運(yùn)用電感伏秒平衡定理、電容安秒平衡定理推導(dǎo)出在電感電波連續(xù)模丸(CCM)下該幷型拓?fù)潆婄?/p>

2、的電壓增益和效率。說(shuō)后，在實(shí)臉室里設(shè)計(jì)出了30W的電路樣權(quán)，實(shí)現(xiàn)了50V的穩(wěn)定輸出并采集了實(shí)驗(yàn)波形。根按仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果臉證了理論分析的正確也。關(guān)鍵詞：升壓交換;S；為合電感；反激麥換器；電流連續(xù)模式IntegratedCoupled-inductorBoost-flybackConverterWANGTianbing,DINGXinping,WANGBorong(CollegeofAutoinalionEngineering,QingdaoTechnologicalUniversity,Qingdao266520)Abstract：Theoperalingprinciples,theoreti

3、calanalysisofahighefficiencyDCstep-upconverterarepresentedThe*integratedcoupled-inductorlxx)st-flybackconverter(1CBEC)usescoupledinductorandboost-flybackconvertertoachievehighstep-upvoltageandhighefficiencywithlowdutyratio.Thevoltagegainandefficiencyatsteadystatearederivedusingtheprinciplesofinducto

4、rvoltsecondbalance,capacitorchargebalanceforcontinuous-conduclionmode(CCM).Finally9a30Wcircuitprototypehasbeenimplementedinthelaboratorytorealizeconstantoutputvoltageof50V9theexperimentalwaveformsandareacquired.Thesimulationandexperimentalresultsaregiventoverifytheanalysisinthepaper.Keywords:step-up

5、converter；coupledinductor；flybackconverter；continuouscurrentmode(X!M)引言理論上，升壓變換器(Boostconverter)通過(guò)增加收稿日期：2015-04-01墓金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)茶金資助項(xiàng)目(51477079)：山東省自然科學(xué)基金(ZR2013EEM020)ProjectSupportedbyNaturalScienceFoundationofChina(51477079);NaturalScienceFoundationofShandong(ZR2013EEMO2O)占空比可以實(shí)現(xiàn)較高電壓增益。但在實(shí)際應(yīng)用中，升壓變換

6、器中等效串聯(lián)電阻會(huì)造成電路的電壓增益損耗和低效率。而且高電壓輸出時(shí)，開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力較大，輸出二極管存在較嚴(yán)取的反向恢復(fù)問(wèn)瀕.這也降低了變換器效率.所以設(shè)計(jì)出理想的具有離升壓比和島效率的升壓變換器有一定的堆度。反激變換器(Flyback)采用反激變壓器可以實(shí)現(xiàn)較高電壓増益，但由于繞組漏感在開(kāi)關(guān)管上容易造成電壓尖蜂，增加開(kāi)關(guān)損耗，降低變換器效率，所以反激變換器一般只應(yīng)用于降壓型中小功率場(chǎng)88總第59期合'。而LiangT.J和TsengK.C.提出了集成升壓-反激變換器1BEC(integratedboost-flybackconverter)o該電路集成了反激變換器和升壓變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)電路

7、的高升壓比和髙效率，取得了較好的效果。該變換器要實(shí)現(xiàn)較高的電壓增益，就需要增加占空比，但是占空比超過(guò)一定范網(wǎng)，變換器的效率會(huì)迅速F降另外，變換器初級(jí)側(cè)也會(huì)承受較高電流增益，造成開(kāi)關(guān)管及二極管的電流應(yīng)力增加，增加了電路的成本和復(fù)雜程度，因而集成升壓-反激變換器的應(yīng)用也受到了一定的限制"為了克服上述電路的缺點(diǎn)，本文在集成升壓-反激變換器的基礎(chǔ)上，在Boost電路部分引入耦合電感提;I；集成耦合電感的升壓-反激變換器ICBEC(integratedcoupl(;(l-inductorboost-flybackconverter)0該電路優(yōu)點(diǎn)明顯：可以實(shí)現(xiàn)變換器電壓增益的大范圍拓展.避免了在

8、實(shí)現(xiàn)較大電壓增益時(shí)電路工作在極限占空比的狀態(tài)；降低了開(kāi)關(guān)管的電斥應(yīng)力，減小導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗；有效地抑制輸出二極管的反向恢復(fù)電流，減小反向恢復(fù)損耗，提高功率器件的可靠性,具冇一定的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力。本文在分析集成升壓-反激變換器的基礎(chǔ)上，提出了集成耦合電感升壓-反激變換器拓?fù)?ICBFC),詳細(xì)分析了該電路在CCM(continuouscurrentmode)模式下的工作原理，推導(dǎo)出了電路的電壓堆益、效率和寄生參數(shù)以及占空比的關(guān)系，放后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。1傳統(tǒng)集成升壓-反激變換器的分析圖1集成耦合電感的升壓-反激變換器Fig.lIntegratedcoupled-indu

9、ctorboost-flybackconverterFig.2EquivalentcircuitofIBFC(1+晉)2。(1)1臨+心)(1-0)匕(1+數(shù))t-(門(mén)+門(mén)2+口)1+巾2)+集成升壓-反激變換器(IBFC)如圖1所示，其通過(guò)集成升壓電路(Boost)和反激電路(Flyback)來(lái)獲得高電壓增益，其等效電路如圖2所示。由圖2可以推導(dǎo)出，電路的電壓増益VJV,和效率耳分別為匕“散一血呼型I廠匸廠匕(1+評(píng))I1+1(2)民、M“+rx(2)式中：仏、匕分別為電路的輸入、輸出電壓;葉為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通電阻;。為開(kāi)關(guān)管占空比；m、“分別為反激變換器原邊、副邊繞組寄生電阻、皿分別為二極管D|、D2的