一种单管Boost-Buck-Boost变换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种单管Boost-Buck-Boost变换器。本实用新型以直流电源（Vin）、开关管（S）、第一二极管（D1）、第三二极管（D3）和第一电容（C1）构成输入Boost变换器，以第一电容（C1）、开关管（S）、第二二极管（D2）、第二电容（C2）和负载（R）构成输出Buck-Boost变换器。仅使用一个开关管（S）实现Boost变换器和Buck-Boost变换器的级联，增益可以达到D/(1-D)2。此外，该级联变换器的输入电流连续，非常有利于输入电流的滤波。
【专利说明】—种单管Boost-Buck-Boost变换器
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及级联DC-DC变换器领域,具体涉及一种单管Boost-Buck-Boost变换器变换器。
【背景技术】
[0002]近年来，高增益升压DC-DC变换器广泛用于UPS、分布式光伏发电和电池储能系统。目前，高增益升压DC-DC变换器有开关电容型、开关电感型，通过增加开关电容或电感来实现电压的升高，同时也使电路结构变得很复杂。此外，还有通过隔离变压器或耦合电感来实现高增益，然而变压器和耦合电感的漏感难以控制，会极大地增加器件的应力和能量损耗。此外，级联型DC-DC变换器可以实现高增益，同样受到很大的青睐，若将基本的Boost变换器和Buck-Boost变换器级联，可以得到结构简单的高增益级联变换器，但是如何使用一个开关管实现高增益级联变换器仍是个难题。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种单管Boost-Buck-Boost变换器变换器。
[0004]本实用新型采用的技术方案是:一种单管Boost-Buck-Boost变换器变换器，包括以直流电源、开关管、第一电感、第一二极管、第三二极管和第一电容构成的Boost变换器；以第一电容、开关管、第二电感、第二二极管、第二电容和负载构成的Buck-Boost变换器。
[0005]所述变换器中，第一电感的一端与直流电压的正极相连接，另一端同时与开关管的漏极和第一电容的阳极相连；第二电感的一端同时与第一电容的阴极、第一二极管的阳极、第二二极管的阳极相连接，另一端同时与开关管的源极、第三二极管的阳极、第二电容的阴极和负载的一端相连接；负载的另一端同时与第二二极管的阴极和第二电容的阳极相连接；直流电源的负极同时与第一二极管的阴极和第三二极管的阴极相连接。
[0006]当开关管开通时，第一二极管和第二二极管截止，第三二极管导通，直流电源给第一电感充电，第一电容给第二电感充电，同时第二电容给负载供电；当开关管关断时，第一电感通过第一二极管续流，第二电感通过第二二极管续流，第三二极管截止，直流电源和第一电感共同给第一电容充电，第二电感同时给第二电容和负载供电。
[0007]变换器包括第一电感的电流和第二电感的电流均工作于连续导通模式(L1-L2-CCM模式)、第一电感的电流或第二电感的电流工作于连续导通模式(L1Zl2-CCM模式)，其中L1/L2-CCM模式包括第一电感的电流工作于连续导通模式而第二电感的电流工作于断续导通模式、第一电感的电流工作于断续导通模式而第二电感的电流工作于连续导通模式、包括第一电感的电流和第二电感的电流均工作于断续导通模式。
[0008]与现有技术相比，本实用新型具有的优势为:仅使用一个开关管，实现Boost变换器和Buck-Boost变换器的级联，极大的简化了电路结构，增益为D/(l-D)2。【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型的一种单管Boost-Buck-Boost变换器结构图；
[0010]图2是图1所示的一种单管Boost-Buck-Boost变换器工作于L1-L2-CCM模式下关键电流波形图；
[0011]图3是图1所示的一种单管Boost-Buck-Boost变换器工作于IVL2-DCM模式下关键电流波形图；
[0012]图4a~图4d分别是图1所示的一种单管Boost-Buck-Boost变换器的四种工作模态；
[0013]图5是图1中的一种单管Boost-Buck-Boost变换器工作于L1-L2-CCM模式的仿真波形图；
[0014]图6是图1中的一种单管Boost-Buck-Boost变换器工作于L1Zl2-DCM模式的仿真波形图。
【具体实施方式】
[0015]为进一步阐述本实用新型的内容和特点，以下结合附图对本实用新型的具体实施方案进行具体说明。但本实用新型的实施不限于此。
[0016]参考图1，本实用新型的一种单管Boost-Buck-Boost变换器，直流电源Vin、开关管
S、第一电感L1、第一二极管D1、第三二极管D3和第一电容C1构成的Boost变换器；以第一电容C1、开关管S、第二电感L2、第二二极管D2、第二电容C2和负载R构成的Buck-Boost变换器。其中，第一电感L1的一端与直流电压Vin的正极相连接,第一电感L1另一端同时与开关管S的漏极和第一电容C1的阳极相连；第二电感1^2的一端同时与第一电容C1的阴极、第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阳极相连接，第二电感L2另一端同时与开关管S的源极、第三二极管D3的阳极、第二电容C2的阴极和负载R的一端相连接；负载R的另一端同时与第二二极管D2的阴极和第二电容C2的阳极相连接；直流电源Vin的负极同时与第一二极管D1的阴极和第三二极管D3的阴极相连接。
[0017]下面以图1为主电路结构，结合图2~图4叙述本实用新型的具体工作原理。
[0018]首先考虑变换器工作在L1-L2-CCM模式:
[0019]图2中阶段，开关管S开通，第一二极管D1和第二二极管D2截止，第三二极管D3导通,直流电源Vin经开关管S和第三二极管D3给第一电感L1充电,第一电感L1的电流iu线性上升，第一电容C1经开关管S给第二电感L2充电，第二电感L2的电流^线性上升，同时第二电容C2给负载R供电，电流路径如图4a所示；图2中t1-t2阶段，开关管S关断，第一电感L1通过第一二极管D1续流，第二电感L2通过第二二极管D2续流，第三二极管D3截止，直流电源Vin和第一电感L1经第一二极管D1共同给第一电容C1充电,第一电感L1的电流iu线性下降，第二电感L2经第二二极管D2同时给第二电容C2和负载R供电，第二电感L2的电流込线性下降，电流路径如图4b所示。关键电流波形图如图3所示。
[0020]再考虑变换器工作在L1Zl2-DCM模式，以第一电感L1的电流和第二电感L2的电流均工作于断续导通模式且第一电感L1的电流比第二电感L2的电流提前降为零为例进行说明:
[0021]图3中^t1与trt2阶段变换器的工作过程与上述图2中^t1与trt2阶段相同。t2时亥lj，第一电感L1的电流iu降为零。
[0022]图3中t2_t3阶段，开关管S关断，第一二极管D1和第三二极管D3截止，第二电感L2继续经第二二极管D2续流同时给第二电容C2和负载R供电，第二电感L2的电流込继续线性下降，电流路径如图4c所示。t3时刻，第二电感L2的电流L降为零。
[0023]图3中t3_t4阶段，开关管S关断，第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3截止，第二电容C2给负载R供电，电流路径如图4d所示。
[0024]图5为所提供变换器工作于L1-L2-CCM模式的仿真图，验证了上述理论分析的正确性。
[0025]图6为所提供变换器工作于L1Zl2-DCM模式的仿真图，验证了上述理论分析的正确性。
【权利要求】
1.一种单管Boost-Buck-Boost变换器，其特征在于包括以直流电源(Vin)、开关管(S)、第一电感(L1)、第一二极管(D1)、第三二极管(D3)和第一电容(C1)构成的Boost变换器；以第一电容(C1X开关管(S)、第二电感(L2)、第二二极管(D2)、第二电容(C2)和负载(R)构成的Buck-Boost变换器。
2.根据权利要求1所述的一种单管Boost-Buck-Boost变换器,其特征在于:第一电感(L1)的一端与直流电压(Vin)的正极相连接，第一电感(L1)另一端同时与开关管(S)的漏极和第一电容(C1)的阳极相连；第二电感(L2)的一端同时与第一电容(C1)的阴极、第一二极管(D1)的阳极、第二二极管(D2)的阳极相连接，第二电感(L2)另一端同时与开关管(S)的源极、第三二极管(D3)的阳极、第二电容(C2)的阴极和负载(R)的一端相连接；负载(R)的另一端同时与第二二极管(D2)的阴极和第二电容(C2)的阳极相连接；直流电源(Vin)的负极同时与第一二极管(D1)的阴极和第三二极管(D3)的阴极相连接。
【文档编号】H02M3/07GK203827173SQ201320719472
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】张波, 付坚, 丘东元, 肖文勋, 黄子田 申请人:华南理工大学