集成耦合电感的升压-反激变换器

1、第13卷第3期2015年5月电源学报JournalofPowerSupplyVol.13No.3May2015DOI:1013234/j.issn.2095-2805.2015.3.87中图分类号：TM42文献标志码：A集成耦合电感的升压-反激变换器王天兵，丁新平，王伯荣(青岛理工大学自动化工程学院，青岛266520)摘要：提出了一种高效JL流升压变揍器分析了它的工作原理并且阐述了理论推导过程。集成枫合电感的升压-反激变换器通过集滋耦合电感和升压-反激变换器在低占空比情况下实现了高升压比和高效率°运用电感伏秒平衡定理、电容安秒平衡定理推导出在电感电波连续模丸(CCM)下该幷型拓扑电珞

2、的电压增益和效率。说后，在实脸室里设计出了30W的电路样权，实现了50V的稳定输出并采集了实验波形。根按仿真及实验结果脸证了理论分析的正确也。关键词：升压交换;S；為合电感；反激麦换器；电流连续模式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)引言理论上，升压变换器(Boostconverter)通过增加收稿日期：2015-04-01墓金项目：国家自然科学茶金资助项目(51477079)：山东省自然科学基金(ZR2013EEM020)ProjectSupportedbyNaturalScienceFoundationofChina(51477079);NaturalScienceFoundationofShandong(ZR2013EEMO2O)占空比可以实现较高电压增益。但在实际应用中，升压变换

6、器中等效串联电阻会造成电路的电压增益损耗和低效率。而且高电压输出时，开关管电压应力较大，输出二极管存在较严取的反向恢复问濒.这也降低了变换器效率.所以设计出理想的具有离升压比和岛效率的升压变换器有一定的堆度。反激变换器(Flyback)采用反激变压器可以实现较高电压増益，但由于绕组漏感在开关管上容易造成电压尖蜂，增加开关损耗，降低变换器效率，所以反激变换器一般只应用于降压型中小功率场88总第59期合'。而LiangT.J和TsengK.C.提出了集成升压-反激变换器1BEC(integratedboost-flybackconverter)o该电路集成了反激变换器和升压变换器来实现电路

7、的高升压比和髙效率，取得了较好的效果。该变换器要实现较高的电压增益，就需要增加占空比，但是占空比超过一定范网，变换器的效率会迅速F降另外，变换器初级侧也会承受较高电流增益，造成开关管及二极管的电流应力增加，增加了电路的成本和复杂程度，因而集成升压-反激变换器的应用也受到了一定的限制"为了克服上述电路的缺点，本文在集成升压-反激变换器的基础上，在Boost电路部分引入耦合电感提;I；集成耦合电感的升压-反激变换器ICBEC(integratedcoupl(;(l-inductorboost-flybackconverter)0该电路优点明显：可以实现变换器电压增益的大范围拓展.避免了在

8、实现较大电压增益时电路工作在极限占空比的状态；降低了开关管的电斥应力，减小导通损耗和开关损耗；有效地抑制输出二极管的反向恢复电流，减小反向恢复损耗，提高功率器件的可靠性,具冇一定的研究价值和应用潜力。本文在分析集成升压-反激变换器的基础上，提出了集成耦合电感升压-反激变换器拓扑(ICBFC),详细分析了该电路在CCM(continuouscurrentmode)模式下的工作原理，推导出了电路的电压堆益、效率和寄生参数以及占空比的关系，放后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。1传统集成升压-反激变换器的分析图1集成耦合电感的升压-反激变换器Fig.lIntegratedcoupled-indu

9、ctorboost-flybackconverterFig.2EquivalentcircuitofIBFC(1+晋)2。(1)1临+心)(1-0)匕(1+數)t-(门+门2+口)1+巾2)+集成升压-反激变换器(IBFC)如图1所示，其通过集成升压电路(Boost)和反激电路(Flyback)来获得高电压增益，其等效电路如图2所示。由图2可以推导出，电路的电压増益VJV,和效率耳分别为匕“散一血呼型I厂匸厂匕(1+評)I1+1(2)民、M“+rx(2)式中：仏、匕分别为电路的输入、输出电压;叶为开关管导通电阻;。为开关管占空比；m、“分别为反激变换器原边、副边绕组寄生电阻、皿分别为二极管D|、D2的