【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子变换器，具体涉及含耦合电感的单输入多输出的buck变换器拓扑结构。
技术介绍
1、近年来，随着小体积便携式电子产品的不断发展，对于整机的功率密度提出了越来越高的要求[1-2]，而不同模块之间的供电等级通常是不一样的。使用传统的单输入单输出变换器不仅会增加成本和增大体积，不同电感之间还会存在电磁干扰现象。
2、因此，国内外许多文献提出了各种单输入多输出变换器拓扑结构，以四输出buck变换器为例，早期的解决方案为图1所示的四路并联buck变换器结构，该拓扑四路输出完全分离，这使得支路输出控制简单且每个开关管的占空比都可在[0，1]区间内切换，增益较高；但这也导致了电路元器件消耗大，容易造成成本高、功率密度低且不同电感之间存在电磁干扰现象的问题。
3、为了解决并联buck变换器成本高、拓扑复杂的问题，有文献提出了一种新型的同步并联buck变换器如图2所示。该变换器通过开关管代替二极管，并仅使用5个开关就实现了4路输出，在工作时始终有4个开关管处于开通状态，剩余1个开关管处于关断状态，这一设计降低了电路成本并实现了开关管零电压导通，减小了开关管开通损耗；但电路仍然存在功率密度低的问题，且s1的导通控制电路需要外加逻辑与门，使得控制电路变得复杂。
4、此外，有文献提出了通过变压器副边绕组实现不同等级的电压等级输出，如图3所示。这种电路可以对输出电压进行精确调节，然而由于需要复杂的外围电路以及钳位电路防止开关管击穿，使得电路体积增大并有严重的交叉影响，磁放大器等非线性器件也会使变换器
5、有文献提出了一种单电感多输出变换器，其所有输出支路共用一个电感，在实现了各路输出单独控制的同时，减小了电感数量并缩小了电路的体积，图4为单电感四输出(single-inductor quadruple-output，siqo)变换器，通过五个开关管来控制四路输出，仅用了一个电感极大的减小了电路的体积，但是支路开关管s2、s3、s4、s5导通占空比需要满足d2+d3+d4+d5＝1，输出增益小。此外，目前国内外文献对单输入多输出变换器的控制策略研究大多还停留在双输出层面上，对于三路及以上的输出控制策略还未见报道。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供含耦合电感的单输入多输出的buck变换器拓扑结构，通过磁集成耦合有效减小了电路的体积，使得单输入多输出变换器的功率密度和控制难度得以兼容。
2、本专利技术所采用的技术方案是，含耦合电感的单输入多输出的buck变换器拓扑结构，包括输入主路，输入主路连接有不少于两条输出支路，输入主路包括输入主开关管，输入主开关管一端连接有电源，另一端同时连接有耦合电感一端和二极管输出端，二极管输入端接地，输出支路包括与耦合电感另一端连接的输出支路开关管，输出支路开关管连接有输出电容和负载，输出电容和负载均接地。
3、本专利技术的特点还在于，
4、随着耦合系数的增大，耦合电感的去耦等效电感减小，耦合电感电流纹波增大。
5、同一耦合电感所在的输出支路间存在交叉影响，通过共模-差模控制方式抑制输出支路间的交叉影响。
6、输入主路设置有两个输入主开关管s1、s2，输入主开关管s1一端连接有电源，电源接地，另一端连接有耦合电感l1和二极管d1输出端，二极管d1输入端接地，输入主开关管s2一端连接有电源，电源接地，另一端连接有耦合电感l2和二极管d2输出端，二极管d2输入端接地。
7、耦合电感l1连接有两条输出支路，与耦合电感l1连接的两条输出支路分别包括输出支路开关管sa1、sb1，输出支路开关管sa1同时连接有输出电容ca1、负载ra1，输出电容ca1、负载ra1均接地，输出支路开关管sb1同时连接有输出电容cb1、负载rb1，输出电容cb1、负载rb1均接地；
8、耦合电感l2连接有两条输出支路，与耦合电感l1连接的两条输出支路分别包括输出支路开关管sa2、sb2，输出支路开关管sa2同时连接有输出电容ca2、负载ra2，输出电容ca2、负载ra2均接地，输出支路开关管sb2同时连接有输出电容cb2、负载rb2，输出电容cb2、负载rb2均接地。
9、输出支路开关管sa1和sb1互补导通、sa2和sb2互补导通。
10、d1、d2分别为输入主开关管s1、s2在一个周期内的导通时间，电路的能量输入由主开关管的时序和占空比d1、d2决定，当变换器工作在ccm时，有da1+db1＝1，da2+db2＝1，其中da1、db1、da2、db2分别为输出支路开关管sa1、sb1、sa2、sb2的导通时间，四个输出支路开关管决定了输出能量的匹配。
11、本专利技术的有益效果是：
12、本专利技术含耦合电感的单输入多输出的buck变换器拓扑结构，是一种基于耦合电感的易控制、低成本、小体积单输入多输出(the coupled inductor single-inputmultiple-output，ci-simo)开关变换器拓扑结构，通过磁集成耦合有效减小了电路的体积，使得单输入多输出变换器的功率密度和控制难度得以兼容；通过共模-差模控制方式可以很好的抑制输出支路间的交叉影响；为单输入多输出电路设计提供了理论参考。
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1.含耦合电感的单输入多输出的Buck变换器拓扑结构，其特征在于，包括输入主路，所述输入主路连接有不少于两条输出支路，所述输入主路包括输入主开关管，所述输入主开关管一端连接有电源，另一端同时连接有耦合电感一端和二极管输出端，所述二极管输入端接地，所述输出支路包括与耦合电感另一端连接的输出支路开关管，所述输出支路开关管连接有输出电容和负载，所述输出电容和负载均接地。
2.根据权利要求1所述的含耦合电感的单输入多输出的Buck变换器拓扑结构，其特征在于，随着耦合系数的增大，耦合电感的去耦等效电感减小，耦合电感电流纹波增大。
3.根据权利要求1所述的含耦合电感的单输入多输出的Buck变换器拓扑结构，其特征在于，同一耦合电感所在的输出支路间存在交叉影响，通过共模-差模控制方式抑制输出支路间的交叉影响。
4.根据权利要求1所述的含耦合电感的单输入多输出的Buck变换器拓扑结构，其特征在于，所述输入主路设置有两个输入主开关管S1、S2，所述输入主开关管S1一端连接有电源，电源接地，另一端连接有耦合电感L1和二极管D1输出端，所述二极管D1输入端接地，所述输
5.根据权利要求4所述的含耦合电感的单输入多输出的Buck变换器拓扑结构，其特征在于，所述耦合电感L1连接有两条输出支路，与耦合电感L1连接的两条输出支路分别包括输出支路开关管Sa1、Sb1，所述输出支路开关管Sa1同时连接有输出电容Ca1、负载Ra1，输出电容Ca1、负载Ra1均接地，所述输出支路开关管Sb1同时连接有输出电容Cb1、负载Rb1，输出电容Cb1、负载Rb1均接地；
6.根据权利要求5所述的含耦合电感的单输入多输出的Buck变换器拓扑结构，其特征在于，所述输出支路开关管Sa1和Sb1互补导通、Sa2和Sb2互补导通。
7.根据权利要求5所述的含耦合电感的单输入多输出的Buck变换器拓扑结构，其特征在于，d1、d2分别为输入主开关管S1、S2在一个周期内的导通时间，电路的能量输入由主开关管的时序和占空比d1、d2决定，当变换器工作在CCM时，有da1+db1＝1，da2+db2＝1，其中da1、db1、da2、db2分别为输出支路开关管Sa1、Sb1、Sa2、Sb2的导通时间，四个输出支路开关管决定了输出能量的匹配。
...【技术特征摘要】
1.含耦合电感的单输入多输出的buck变换器拓扑结构，其特征在于，包括输入主路，所述输入主路连接有不少于两条输出支路，所述输入主路包括输入主开关管，所述输入主开关管一端连接有电源，另一端同时连接有耦合电感一端和二极管输出端，所述二极管输入端接地，所述输出支路包括与耦合电感另一端连接的输出支路开关管，所述输出支路开关管连接有输出电容和负载，所述输出电容和负载均接地。
2.根据权利要求1所述的含耦合电感的单输入多输出的buck变换器拓扑结构，其特征在于，随着耦合系数的增大，耦合电感的去耦等效电感减小，耦合电感电流纹波增大。
3.根据权利要求1所述的含耦合电感的单输入多输出的buck变换器拓扑结构，其特征在于，同一耦合电感所在的输出支路间存在交叉影响，通过共模-差模控制方式抑制输出支路间的交叉影响。
4.根据权利要求1所述的含耦合电感的单输入多输出的buck变换器拓扑结构，其特征在于，所述输入主路设置有两个输入主开关管s1、s2，所述输入主开关管s1一端连接有电源，电源接地，另一端连接有耦合电感l1和二极管d1输出端，所述二极管d1输入端接地，所述输入主开关管s2一端连接有电源，电源接地，另一端连接...
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