摘要：提出了一種自耦式Boost變換電路，并進行了理論分析和實驗研究。
關鍵詞：自耦；升壓；DC/DC變換
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
中圖分類號：TN86 文獻標識碼：B 文章編號：0219－ 2713(2003)04－ 0168－ 021
1 引言
BoostDC/DC變換在通信、電子、計算機等領域有著廣泛的應用前景。現廣泛采用的Boost變換電路拓撲可分為兩類，一類是變壓器耦合式，典型的電路是Fly—Boost和Back—Boost；另一類是非隔離的L—C耦合式和開關電容式。常見的是單管Boost、Cuk以及SPIC等電路，前者由于雙繞組變壓器的存在，限制了電路體積的進一步減小，同時分布參數也制約了效率的提高；后者受寄生參數的影響，升壓比的提高受到了限制，不得不采用級聯的方式提高輸出電壓，這勢必使電路結構復雜化。本文研究了一種新型的BoostDC/DC變換，具有體積小、結構簡單、效率高、升壓比大等特點。
2 電路與工作原理
自耦正激式Boost變換的電路拓撲如圖1所示。U1為輸入電壓，Uo為輸出電壓，L1、L2為同芯電感。電路的工作過程可分為兩個模態(tài)，如圖2所示。
圖1 Boost DC/DC變 換 電 路 拓 撲 圖
（ a） 模 態(tài) 1（ S導 通 ） （ b） 模 態(tài) 2（ S關 斷 ）
圖2 電 路 的 工 作 模 態(tài)
模態(tài)1 S導通〔圖2(a)〕，U1通過開關S給L1充電。同時，由于L1、L2的互感作用，產生一個U2加到輸出端。U2由式（1）決定。
U2=(L1＋L2)=U1 (1)
式中：N1、N2分別是L1，L2的匝數。
輸入、輸出電流由式（2）決定。
I1－I2=IL （2）
式中：IL為電感的激磁電流。
模態(tài)2 S關斷〔圖2（b）〕，若忽略漏感，則儲存在L2內的磁場能量以IL的形式，通過U1、Uo和D2續(xù)流放電，IL衰減到零時，磁芯復位。
磁芯復位的條件為
U1ton= （3）
式中：ton、toff分別為S的導通時間與關斷時間。
根據式（3）可以求出滿足磁芯復位條件的最大占空比為
DM=1－ （4）
式中：K=為升壓比。
3 輸出電壓的表達式
輸出部分的等效電路，如圖3所示，R為線路電阻。
（a） 模 態(tài)1（S導 通 ） （b） 模 態(tài)2（S關 斷 ） （c） 輸 出 電 壓 波 形
圖 3 輸 出 等 效 電 路 與 輸 出 電 壓 波 形 分 析
模態(tài)1時，輸出電壓的表達式為
uo1=U21＋(UOL－U21) （5）
式中：U21=；
τ1=；
UOL為輸出電壓波動的下限。
模態(tài)2時，輸出電壓的表達式為
uo2=UOH （6）
式中：UOH=U21＋(UOL－U21)為輸出電壓波動的上限；
τ2=CRL；
D為占空比，D=。
則輸出電壓的平均值為
UAV=U21＋（UOL－U21)＋〔U21＋(UOL－U21)〕(7)
式（7）表明：D與UAV呈正相關，但不呈線性關系。這為通過改變占空比來改變輸出電壓提供了理論依據。
4 實驗研究
對本電路拓撲進行了實驗研究，具體參數如下：UI=10V，Uo=30V，P=5W，f=5kHz，自耦變壓器采用鐵氧磁芯，N1=15；N2=32。實驗結果，如圖4所示。
（ a） 基 極 驅 動 電 壓 波 形
（ b） 集 電 極 電 壓 波 形
圖 4 實 驗 波 形
5 結語
本電路與現有的Boost DC/DC變換電路相比，具有下述優(yōu)點：
1）相對于雙繞組變壓器，自耦變壓器的體積明顯減小。由于匝數小、漏磁少，故效率高。
2）電路結構簡單、升壓比大。
3）磁芯復位容易、電壓過沖小。
4）磁場能量直接傳送到輸出端，進一步提高了變換效率。
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