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负输出罗氏变换器实用性剖析

发布时间:2019-12-21 16:09    点击次数:122次   

  DC/DC变换器广泛应用于计算机硬件和工业应用上[1-5],如计算机的外设电源、汽车辅助电源、伺服马达驱动器和医疗设备的电源。近年来DC/DC变换器技术有了很大发展,重点是研究高效、高功率密度和简易价廉的结构,例如:已开发的Cuk变换器[6-10],

  电压举升技术已成功地应用于DC/DC变换器的设计。已开发的负输出罗氏三举变换器是一新型的DC/DC升压电路,能完成从正到负的DC/DC升压变换,其原理电路图如图1所示。它是从罗氏复举变换器[3]推导出来的,由17个无源元器件组成,分别为:一个固态开关S,四只电感L11、L12、L13和L14,五只电容C10、C11、C12、C13和C14,七只二极管D10、D11、D12、D13、D21、D22和D23。固态开关S用的是P沟道功率MOSFET器件,由具有脉宽调制(PWM)功能的脉冲信号串驱动电路所控制。开关重复周期为T=1/f,导通占空比为k,因此每周期中开关闭合时间为kT,开关关断时间为(1-k)T。

  电容C12、C13和C14的作用是把电容C11的电压VC11举升到电源电压的三倍。接在三只电容C12、C13和C14之间的电感L13和L14的作用像梯子的活动接头一样把电容C11上的电压VC11抬高。

  在本文中,所有电压和电流的方向均标在图上,文中所有描述和计算全用的是绝对值。对任一分量X,其电流和电压的瞬时值表示为ix和vx,或ix(t)和vx(t);其电流和电压的平均值表示为Ix和Vx;其电流和电压的峰值表示为IXM和VXM。假设所有电容的容量足够大,则在讨论平均值时,电容两端的纹波电压都可以忽略。因为电感L11、L12、L13和L14上电压的平均值为零,所以在连续模式时,电容C11上电压等于输出电压,即VC11=VC10=V0。负输出罗氏三举变换器可以分别工作在连续模式或非连续模式,连续模式的等效电路图如图2(a)、(b)所示,非连续模式的等效电路图如图2(c)所示。连续模式和非连续模式工作时的理想电流和电压波形描绘在图3和图4上。其中,Son表示开关S闭合,Soff表示开关S关断。

  如果流过二极管D10的下降电流iD10在开关再次转向闭合前已下降到零,则电路工作在图2(c)所示的非连续模式工作状态,相应的波形如图3(b)和图4(b)所示。

  (2)所有电容的容量足够大。因此,电容上电压是一恒定值,并等于VO或VI。在此假设下,在图2所示的等效电路中,电容C10和C11可用电压源VO来代替,电容C12、C13和C14可用电压源VI来代替。


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