自耦式Boost DC/DC变换
自耦式boost dc/dc变换
摘要：提出了一种自耦式boost变换电路，并进行了理论分析和实验研究。
关键词：自耦；升压；dc/dc变换
self-couple boost dc/dc conversion
zhou jian-hong, liu gang
abstract:a kind of self-couple boost dc/dc converter is proposed, the analysis in theory and research in experiment are carried out.
keywords:self-couple; boost; dc/dc conversion
中图分类号：tn86 文献标识码：b 文章编号：0219－ 2713(2003)04－ 0168－ 021
1 引言
boostdc/dc变换在通信、电子、计算机等领域有着广泛的应用前景。现广泛采用的boost变换电路拓扑可分为两类，一类是变压器耦合式，典型的电路是fly—boost和back—boost；另一类是非隔离的l—c耦合式和开关电容式。常见的是单管boost、cuk以及spic等电路，前者由于双绕组变压器的存在，限制了电路体积的进一步减小，同时分布参数也制约了效率的提高；后者受寄生参数的影响，升压比的提高受到了限制，不得不采用级联的方式提高输出电压，这势必使电路结构复杂化。本文研究了一种新型的boostdc/dc变换，具有体积小、结构简单、效率高、升压比大等特点。
2 电路与工作原理
自耦正激式boost变换的电路拓扑如图1所示。u1为输入电压，uo为输出电压，l1、l2为同芯电感。电路的工作过程可分为两个模态，如图2所示。
图1 boost dc/dc变 换 电 路 拓 扑 图
（ a） 模 态 1（ s导 通 ） （ b） 模 态 2（ s关 断 ）
图2 电 路 的 工 作 模 态
模态1 s导通〔图2(a)〕，u1通过开关s给l1充电。同时，由于l1、l2的互感作用，产生一个u2加到输出端。u2由式（1）决定。
u2=(l1＋l2)=u1 (1)
式中：n1、n2分别是l1，l2的匝数。
输入、输出电流由式（2）决定。
i1－i2=il （2）
式中：il为电感的激磁电流。
模态2 s关断〔图2（b）〕，若忽略漏感，则储存在l2内的磁场能量以il的形式，通过u1、uo和d2续流放电，il衰减到零时，磁芯复位。
磁芯复位的条件为
u1ton= （3）
式中：ton、toff分别为s的导通时间与关断时间。
根据式（3）可以求出满足磁芯复位条件的最大占空比为
dm=1－ （4）
式中：k=为升压比。 3 输出电压的表达式 输出部分的等效电路，如图3所示，r为线路电阻。 （a） 模 态1（s导 通 ） （b） 模 态2（s关 断 ） （c） 输 出 电 压 波 形 图 3 输 出 等 效 电 路 与 输 出 电 压 波 形 分 析 模态1时，输出电压的表达式为 uo1=u21＋(uol－u21) （5） 式中：u21=； τ1=； uol为输出电压波动的下限。 模态2时，输出电压的表达式为 uo2=uoh （6） 式中：uoh=u21＋(uol－u21)为输出电压波动的上限； τ2=crl； d为占空比，d=。 则输出电压的平均值为 uav=u21＋（uol－u21)＋〔u21＋(uol－u21)〕(7) 式（7）表明：d与uav呈正相关，但不呈线性关系。这为通过改变占空比来改变输出电压提供了理论依据。 4 实验研究 对本电路拓扑进行了实验研究，具体参数如下：ui=10v，uo=30v，p=5w，f=5khz，自耦变压器采用铁氧磁芯，n1=15；n2=32。实验结果，如图4所示。 （ a） 基 极 驱 动 电 压 波 形 （ b） 集 电 极 电 压 波 形 图 4 实 验 波 形 5 结语 本电路与现有的boost dc/dc变换电路相比，具有下述优点： 1）相对于双绕组变压器，自耦变压器的体积明显减小。由于匝数小、漏磁少，故效率高。 2）电路结构简单、升压比大。 3）磁芯复位容易、电压过冲小。 4）磁场能量直接传送到输出端，进一步提高了变换效率。 参考文献 [1] 刘刚.无输入电容的高功率因数单端反激式开关电源[j].电力电子技术,1997,31（2）. [2] 徐哲谆.一种新型的升压式功率因数校正电路[j].电力电子技术,1997,31（1）. [3] 萧岚.升降压式软开关dc—dc变换器的研究[j].电力电子技术,1997,31（1）.
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式中：k=为升压比。 3 输出电压的表达式 输出部分的等效电路，如图3所示，r为线路电阻。 （a） 模 态1（s导 通 ） （b） 模 态2（s关 断 ） （c） 输 出 电 压 波 形 图 3 输 出 等 效 电 路 与 输 出 电 压 波 形 分 析 模态1时，输出电压的表达式为 uo1=u21＋(uol－u21) （5） 式中：u21=； τ1=； uol为输出电压波动的下限。 模态2时，输出电压的表达式为 uo2=uoh （6） 式中：uoh=u21＋(uol－u21)为输出电压波动的上限； τ2=crl； d为占空比，d=。 则输出电压的平均值为 uav=u21＋（uol－u21)＋〔u21＋(uol－u21)〕(7) 式（7）表明：d与uav呈正相关，但不呈线性关系。这为通过改变占空比来改变输出电压提供了理论依据。 4 实验研究 对本电路拓扑进行了实验研究，具体参数如下：ui=10v，uo=30v，p=5w，f=5khz，自耦变压器采用铁氧磁芯，n1=15；n2=32。实验结果，如图4所示。 （ a） 基 极 驱 动 电 压 波 形 （ b） 集 电 极 电 压 波 形 图 4 实 验 波 形 5 结语 本电路与现有的boost dc/dc变换电路相比，具有下述优点： 1）相对于双绕组变压器，自耦变压器的体积明显减小。由于匝数小、漏磁少，故效率高。 2）电路结构简单、升压比大。 3）磁芯复位容易、电压过冲小。 4）磁场能量直接传送到输出端，进一步提高了变换效率。 参考文献 [1] 刘刚.无输入电容的高功率因数单端反激式开关电源[j].电力电子技术,1997,31（2）. [2] 徐哲谆.一种新型的升压式功率因数校正电路[j].电力电子技术,1997,31（1）. [3] 萧岚.升降压式软开关dc—dc变换器的研究[j].电力电子技术,1997,31（1）.
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