具有反比平方特性的高增益boost变换器及其控制方法

1.一种具有反比平方特性的高增益boost变换器，其特征在于：包括耦合电感网络、输入滤波电感L in 、箝位升压电路和功率开关管S，输入滤波电感L in 输入侧连接输入电源V in ，输出侧连接箝位升压电路，耦合电感网络的输入侧连接箝位升压电路的升压电容C 1 ，输出端连接功率开关管S的漏极和箝位升压电路，功率开关管S的栅极连接控制信号电压V gs ，功率开关管S的源极与输入电源V in 的负极相连，箝位升压电路的输出端就是boost变换器的输出端，负载连接在boost变换器的输出端；所述耦合电感网络包括耦合电感第一绕组N 2 、耦合电感第二绕组N 1 ，箝位升压电路包括第一升压二极管D 1 、第二升压二极管D 2 、第三升压二极管D 4 、第一箝位二极管D c 、输出二极管D o 、第一升压电容C 1 、第二升压电容C 2 、第一箝位电容C c 、输出电容C o ；输入滤波电感L in 、第二升压二极管D 2 、第一箝位二极管D c 和第一箝位电容C c 串联成支路1，第一升压电容C 1 、耦合电感第一绕组N 2 、第二升压电容C 2 和输出二极管D o 串联成支路2，支路1与支路2并联后输入端与输入电源V in 的正极相连，输出端通过输出电容C o 与输入电源V in 的负极相连；输入滤波电感L in 与第二升压二极管D 2 正极之间的结点称为结点1，第二升压二极管D 2 负极与第一箝位二极管D c 正极之间的结点称为结点2，第一箝位二极管D c 负极与第一箝位电容C c 之间的结点称为结点3，第一升压电容C 1 与耦合电感第一绕组N 2 之间的结点称为结点4，耦合电感第一绕组N 2 与第二升压电容C 2 之间的结点称为结点5，第二升压电容C 2 和输出二极管D o 正极之间的结点称为结点6，第一升压二极管D 1 连接在结点1与结点4之间，其正极连接结点1，负极连接结点4，耦合电感第二绕组N 1 连接在结点2和结点5之间，并且功率开关管S的漏极连接至结点2，第三升压二极管D 4 连接在结点3和结点6之间，其正极连接结点3，负极连接结点6。 2.根据权利要求1所述的具有反比平方特性的高增益boost变换器，其特征在于：负载R并联在输出电容C o 两端。 3.根据权利要求1所述的具有反比平方特性的高增益boost变换器，其特征在于：所述功率开关管S为MOS管。 4.权利要求1所述高增益boost变换器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S01)、控制boost变换器处于开关模态1，对应时刻为[t 0 ,t 1 ]，实现方法为：t 0 时刻开通功率开关管S，D 1 、D c 、D o 反向偏置，D 2 、D 4 正向偏置，耦合电感第一绕组漏感电流和耦合电感第二绕组电流 i N1 上升，第二升压二极管电流 上升，第三升压二极管电流 上升，功率开关管电流i S 上升，输出电容C o 为负载供电；S02)、控制boost变换器处于开关模态2，对应时刻为[t 1 ,t 2 ]，实现方法为：t 1 时刻，功率开关管S关断，开关模态1结束，开关模态2开始，D 2 、D 4 反向偏置，D 1 、D c 、D o 正向偏置，耦合电感第一绕组漏感电流和耦合电感第二绕组电流 i N1 下降；第一箝位二极管电流 下降，输出二极管电流 上升，第一升压二极管电流 下降，输入电源V in 、输入滤波电感L in 、耦合电感第一绕组N 2 、耦合电感第二绕组N 1 和第二升压电容C 2 共同转移能量到输出电容C o 和负载R；S03)、控制boost变换器处于开关模态3，对应时刻为[t 2 ,t 3 ]，实现方法为：t 2 时刻，第一箝位二极管电流 下降至零，开关模态2结束，开关模态3开始，功率开关管S保持关断，D 2 、D c 、D 4 反向偏置，D 1 、D o 正向偏置，耦合电感第一绕组漏感电流 输出二极管电流 和第一升压二极管电流 下降，同时，输入电源V in 、输入滤波电感L in 、耦合电感第一绕组N 2 、耦合电感第二绕组N 1 和第二升压电容C 2 共同转移能量到输出电容C o 和负载R；S04)、导通功率开关管S，新的开关周期开始，boost变换器继续执行从开关模态1至开关模态3的工作过程。 5.根据权利要求4所述的高增益boost变换器的控制方法，其特征在于：高增益boost变换器的增益M为： 其中D为功率开关管的导通占空比，N＝N 2 /N 1 为耦合电感第一绕组与耦合电感第二绕组的匝数比。