一种高增益Boost变换器及其控制方法与流程

本发明主要涉及变换器，具体涉及一种高增益boost变换器及其控制方法。

背景技术：

1、现有技术中，刻蚀机在对芯片进行刻蚀的过程中，需要芯片带高压正电荷吸附电子，刻蚀完成后需要芯片上带高压负电荷排斥电子。在实现高压直流的过程中，可以借助的方式有很多种：（1）将交流电经变压器升压后再经过整流形成高压直流电；（2）将低压直流电经逆变器变成交流电，再经过变压器升压后整流形成高压直流电；（3）采用电力电子中的dc-dc变换实现升压。但现有技术的升压变换器存在如下缺点：（1）采用将直流逆变经变压器升压再整流的方式，其中的步骤较多容易产生较大的能量损耗；（2）直接将交流升压再整流，在高压的环境下器件将面临严重的应力问题；（3）变换器的输出emi较高、电压增益较小、实现较高增益时所需的占空比较大、电路结构复杂，成本高。

2、因此，如何设计一种电压增益大、应力小、输出emi小、能量损耗少、电路结构简单及成本低的增压变换器，是待解决的技术问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有的问题，提供一种高增益boost变换器及其控制方法。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种高增益boost变换器，包括电源vg、开关管s、电阻r、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6、第七二极管d7、第八二极管d8、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第四电感l4、倍压电容c、寄生二极管ds、寄生电容cs；

3、其中，电源vg的正极端分别与第一电感l1的第一端以及第一二极管d1的正极端电连接，电源vg的负极端分别与开关管s的第二端、寄生二极管ds的正极端、寄生电容cs的第二端、第四电感l4的第二端、第八二极管d8的负极端及电阻r的第二端电连接；

4、第二二极管d2的正极端分别与第一二极管d1的负极端及第二电感l2的第一端电连接，第二二极管d2的负极端分别与第一电感l1的第二端及第三二极管d3的正极端电连接；第一电感l1的第一端与第一二极管d1的正极端电连接；第三二极管d3的负极端与第二电感l2的第二端电连接；第一电感l1的第一端与第一二极管d1的正极端电连接；

5、倍压电容c的第一端分别与第四二极管d4的负极端、电阻r的第一端电连接，倍压电容c的第二端分别与第五二极管d5的负极端、第六二极管d6的正极端及第三电感l3的第一端电连接；

6、开关管s的第一端分别与寄生二极管ds的负极端、寄生电容cs的第一端、第三二极管d3的负极端、第四二极管d4的正极端、第五二极管d5的正极端、第二电感l2的第二端电连接，开关管s的第三端连接控制电路；

7、第七二极管d7的正极端分别与第六二极管d6的负极端及第四电感l4的第一端电连接，第七二极管d7的负极端分别与第三电感l3的第二端及第八二极管d8的正极端电连接；第六二极管d6的正极端与第三电感的第一端电连接；第四电感l4的第二端与第八二极管d8的负极端电连接；

8、其中，电阻r的第一端和第二端形成输出端。

9、优选地，所述开关管s为mos管，所述开关管s的第一端为漏极，所述开关管s的第二端为源极，开关管s的第三端为栅极。

10、优选地，所述控制电路为pi控制电路。

11、第二方面，本申请实施例提供了一种高增益boost变换器的控制方法，包括如下步骤：

12、生成控制信号，将所述控制信号传输至开关管s的第三端；

13、根据所述控制信号控制开关管s的导通和断开，使得所述变换器在一个工作周期内交替工作于多种工作模态。

14、优选地，所述多种工作模态为五种工作模态，所述五种工作模态分别为第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态和第五工作模态。

15、优选地，所述第一工作模态为：开关管s断开，第一二极管d1、第三二极管d3、第四二极管d4、第六二极管d6和第八二极管d8导通，第一电感l1、第二电感l2、电感l3和电感l4储存能量，流经第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4的电流线性减小。

16、优选地，所述第二工作模态为：开关管s断开，第一二极管d1、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6和第七二极管d7导通，寄生电容cs、第三电感l3、和第四电感l4发生谐振。

17、优选地，所述第三工作模态为：开关管s断开，寄生二极管ds、第一二极管d1、第三二极管d3、第四二极管d4、第六二极管d6和第八二极管d8导通，第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4储存能量，流经第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4的电流线性增大。

18、优选地，所述第四工作模态为：开关管s导通，第一二极管d1、第三二极管d3和第七二极管d7导通，第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4释放能量，流经第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4的电流线性减小。

19、优选地，所述第五工作模态为：开关管s断开，第一二极管d1、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6和第八二极管d8导通，第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4给寄生电容cs充电直至寄生电容cs的电压与倍压电容c的电压相等。

20、与现有技术相比，本发明的高增益boost变换器具有以下优点：（1）寄生电容cs、第三电感l3和第四电感l4构成谐振网络，实现了开关管s的零电压开关（zvs）；当开关关闭时，倍压电容c通过第四二极管d4充电，当开关断开时，施加到第三电感l3和第四电感l4的电压高于传统的boost电路，在实现了高增益的同时，降低了器件的电压应力；（2）电路中仅用一个开关管及电路元件就实现了高增输出的变换器结构，节省了成本的同时，还简化了电路结构；（3）开关管在导通和断开的模式下，能够实现五种不同的工作模态，实现了模式的多种变化，扩展了变换器的应用场景；（4）第一电感l1和第二电感l2的并联设计，使得电路在ccm模态时可以降低输出电流纹波；（5）与其他高增益变换器相比，具有电路结构简单、控制方案简单、功率器件少、效率高、成本低，开关损耗小、输出emi低等优点。

技术特征：

1.一种高增益boost变换器，其特征在于，包括电源vg、开关管s、电阻r、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6、第七二极管d7、第八二极管d8、第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3、第四电感l4、倍压电容c、寄生二极管ds、寄生电容cs；

2.根据权利要求1所述的一种高增益boost变换器，其特征在于，所述开关管s为mos管，所述开关管s的第一端为漏极，所述开关管s的第二端为源极，开关管s的第三端为栅极。

3.根据权利要求1所述的一种高增益boost变换器，其特征在于，所述控制电路为pi控制电路。

4.一种根据权利要求1-3任一项所述的一种高增益boost变换器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种高增益boost变换器的控制方法，其特征在于，所述多种工作模态为五种工作模态，所述五种工作模态分别为第一工作模态、第二工作模态、第三工作模态、第四工作模态和第五工作模态。

6.根据权利要求5所述的一种高增益boost变换器的控制方法，其特征在于，所述第一工作模态为：开关管s断开，第一二极管d1、第三二极管d3、第四二极管d4、第六二极管d6和第八二极管d8导通，第一电感l1、第二电感l2、电感l3和电感l4储存能量，流经第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4的电流线性减小。

7.根据权利要求5所述的一种高增益boost变换器的控制方法，其特征在于，所述第二工作模态为：开关管s断开，第一二极管d1、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6和第七二极管d7导通，寄生电容cs、第三电感l3、和第四电感l4发生谐振。

8.根据权利要求5所述的一种高增益boost变换器的控制方法，其特征在于，所述第三工作模态为：开关管s断开，寄生二极管ds、第一二极管d1、第三二极管d3、第四二极管d4、第六二极管d6和第八二极管d8导通，第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4储存能量，流经第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4的电流线性增大。

9.根据权利要求5所述的一种高增益boost变换器的控制方法，其特征在于，所述第四工作模态为：开关管s导通，第一二极管d1、第三二极管d3和第七二极管d7导通，第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4释放能量，流经第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4的电流线性减小。

10.根据权利要求5所述的一种高增益boost变换器的控制方法，其特征在于，所述第五工作模态为：开关管s断开，第一二极管d1、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6和第八二极管d8导通，第一电感l1、第二电感l2、第三电感l3和第四电感l4给寄生电容cs充电直至寄生电容cs的电压与倍压电容c的电压相等。

技术总结
本申请公开了一种高增益Boost变换器及其控制方法，变换器包括电源V<subgt;g</subgt;、开关管S、电阻R、二极管D<subgt;1</subgt;‑D<subgt;8</subgt;、电感L<subgt;1</subgt;‑L<subgt;5</subgt;、倍压电容C、寄生二极管D<subgt;S</subgt;、寄生电容C<subgt;S</subgt;和电阻R；本发明具有优点：（1）寄生电容C<subgt;S</subgt;、电感L<subgt;3</subgt;和L<subgt;4</subgt;谐振实现了开关管S的ZVS；当开关关闭时，电容C通过D<subgt;4</subgt;充电，当开关断开时，施加到L<subgt;3</subgt;和L<subgt;4</subgt;的电压高于传统的Boost电路，实现了高增益且降低了器件的电压应力；（2）仅用一个开关管就实现了高增输出，节省了成本且简化了结构；（3）在一个周期内有五种工作模态，扩展了应用场景；（4）电感的并联设计，使得在CCM模态时可降低输出电流纹波。

技术研发人员：乐卫平,林桂浩,唐亚海
受保护的技术使用者：深圳市恒运昌真空技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14