耦合电感升压单元实现的高增益boost变换器及其控制方法

1.耦合电感升压单元实现的高增益boost变换器，其特征在于：包括耦合电感、功率开关管、箝位电路、升压电路和输出滤波电路，耦合电感的原边线圈连接输入电源V in ，箝位电路前端连接耦合电感原边线圈，后端连接升压电路，耦合电感副边线圈连接在升压电路内，输出滤波电路连接在升压电路后端，功率开关管的栅极连接变换器控制信号电压V gs ，源极连接输入电源V in 的负极，漏极连接至耦合电感的原边线圈与箝位电路之间；箝位电路包括箝位二极管D c 和箝位电容C c ，箝位二极管D c 的阳极与耦合电感的原边线圈、功率开关管的漏极相连，箝位二极管D c 的阴极、箝位电容C c 一端与升压电路相连，箝位电容C c 的另一端与功率开关管的源极相连；耦合电感包括耦合电感原边绕组N 1 、耦合电感副边绕组N 2 ；箝位电路包括箝位二极管D c 和箝位电容C c ；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 3 、第一升压电容C 1 、第二升压电容C 2 ；输出滤波电路包括输出二极管D o 、第一输出电容C o1 和第二输出电容C o2 ；耦合电感原边绕组N 1 一端和输入电源V in 正极连接；另一端与功率开关管S的漏极和箝位二极管D c 阳极连接；箝位二极管D c 阴极、箝位电容C c 一端和第一升压二极管D 1 阳极连接；第一升压二极管D 1 阴极、第一升压电容C 1 一端和第二升压二极管D 2 阳极连接；第一升压电容C 1 另一端、第二升压电容C 2 一端和耦合电感副边绕组N 2 一端连接；耦合电感副边绕组N 2 另一端、第二升压二极管D 2 阴极、第三升压二极管D 3 阳极和第二输出电容C o2 一端连接；第二升压电容C 2 另一端、第三升压二极管D 3 阴极和输出二级管D o 阳极连接；输出二级管D o 阴极和第一输出电容C o1 一端连接；第一输出电容C o1 另一端、第三升压二极管D 3 阳极和第二输出电容C o2 一端连接；第二输出电容C o2 另一端、箝位电容C c 另一端、功率开关管S的源极和输入电源V in 负极连接；第一输出电容C o1 和第二输出电容C o2 串联后得到的电压为输出电压，负载R并接在变换器的输出端；所述高增益boost变换器的控制方法，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，耦合电感原边绕组漏感电流和耦合电感副边绕组电流 i N2 上升；第二升压二极管电流 上升，为第一升压电容充电，输出二极管电流 上升，为第一输出电容充电，功率开关管电流i S 上升，第一输出电容C o1 和第二输出电容C o2 为负载R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，耦合电感原边绕组漏感电流 下降，耦合电感副边绕组电流i N2 反向上升；第一箝位二极管电流 下降，箝位电容吸收耦合电感原边绕组漏感能量，第一升压二极管电流 上升，输入电源V in 、耦合电感、第一升压电容C 1 共同转移能量到第二输出电容C o2 ，第一输出电容C o1 和第二输出电容C o2 为负载R供电；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，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，耦合电感副边绕组、第一升压电容C 1 和箝位电容共同为第二输出电容充电，第三升压二极管电流i D3 上升，耦合电感副边绕组为第二升压电容充电，同时，第一输出电容C o1 和第二输出电容C o2 为负载R供电；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；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 为耦合电感副边绕组与耦合电感原边绕组的匝数比。 2.根据权利要求1所述的耦合电感升压单元实现的高增益boost变换器，其特征在于：功率开关管S为MOSFET管。