自耦式boost dc-dc变换

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1、自耦式BoostDC/DC变换周建洪，刘刚(鞍山科技大学高职院，辽宁 鞍山 114044）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-coupleBoostDC/DCConversion ZHOUJian-hong,LIUGang Abstract:Akindofself-coupleBoostDC/DCconverterisproposed,theanalysisintheoryandresearchinexperimentarecarried

2、out. Keywords:Self-couple;Boost;DC/DCconversion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

3、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

4、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。   

5、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

6、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

7、，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BoostDC/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）

8、.[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）.作者简介   周建洪（1960－），男，副教授。主要从事自动化专业的教学和科研工作，主持完成多项科研和技术开发项目，已发表论文10余篇。