CN206850672U - 一种新型单开关直流高增益Boost变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到一种新型单开关直流高增益Boost变换器，是由连个电压升举单元级联而成。所述的单开关直流高增益Boost变换器，是由直流电源U_in的“+”端与电感L₁的一端连接，L₁的另一端分别连接电感L₂的一端、滤波电容C₁的阳极和二极管D₁的阳极。电感L₂的另一端分别与电容C₂阴极和和二极管D₅的阳极连接，二极管D₅的阴极与MOS管的漏极相连。二极管D₁的阴极与电感L₃的一端连接，二极管D₂的阳极分别与电感L₃的另一端和电容C₂的阳极相连。二极管D₂的阴极分别连接着滤波电容C₃的阳极、电感L₄的一端和二极管D₃的阳极，电感L₄的另一端与电容C₄的阴极好和MOS管的漏极相连。电感L₅一端连接D₃的阴极，另一端连接C₄的阳极和二极管D₄的阳极，D₄的阴极连接电容C₅的阳极和电阻R的一端。电源U_in的“‑”端连接滤波电容C₁的阴极、MOS管的源极、滤波电容C₃的负极、C₅的阴极和电阻R。其特征在于两个电压升举单元采用一个MOS管开关管，另外，电压升举单元中加入小滤波电感，可以抑制尖峰电流。输入电流的纹波小和开关管的电压应力低，电感电流一直处于连续状态。

Description

一种新型单开关直流高增益Boost变换器

技术领域：

本实用新型是一种新型单开关直流高增益Boost变换器，属于升压DC-DC变换器。

背景技术：

随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视。光伏、燃料电池等新能源并网发电技术得到广泛关注。现阶段，一般各种绿色发电场合的输出直流电压为30～60V，而并网逆变器的输入直流电压为360～400V。因此研究一种高效率高增益DC/DC变换器变得越来越重要。传统的Boost变换器可以通过调节占空比实现任意高增益变换，但是，占空比选择过高会带来的开关管电流应力增大，输入电流纹波大，二极管反向损耗突出等问题。而实际情况下，占空比超过一定值时，电路将会失去升压作用。变换器之间的级联是提高变换器增益的一种方法，但同样也会导致开关数量的增加和控制电路的复杂化，开关管之间的干扰也会对系统稳定性造成一定影响。

本实用新型提出的一种新型单开关直流高增益Boost变换器，它可以有效解决上述的问题，能够实现高增益的功能。同时还有开关管的电流应力小和输入电流的纹波小的的特点。

发明内容：

本实用新型提出的一种新型单开关直流高增益Boost变换器能够实现高增益的功能，同时还具有开关管的电流应力小和输入电流的纹波小的的特点。本实用新型单开关直流高增益Boost变换器是采用两个电压升举单元级联而成，两个电压升举单元采用一个MOS开关管来控制。所述的新型单开关直流高增益Boost 电路是由直流电源U_in的“+”端与电感L₁的一端连接，L₁的另一端分别连接电感L₂的一端、滤波电容C₁的阳极和二极管D₁的阳极。电感L₂的另一端分别与电容C₂阴极和和二极管D₅的阳极连接，二极管D₅的阴极与MOS管的漏极相连。二极管D₁的阴极与电感L₃的一端连接，二极管D₂的阳极分别与电感L₃的另一端和电容C₂的阳极相连。二极管D₂的阴极分别连接着滤波电容C₃的阳极、电感L₄的一端和二极管D₃的的阳极，电感L₄的另一端与电容C₄的阴极好和MOS 管的漏极相连。电感L₅一端连接D₃的阴极，另一端连接C₄的阳极和二极管D₄的阳极，D₄的阴极连接电容C₅的阳极和电阻R的一端。电源U_in的“-”端连接滤波电容C₁的阴极、MOS管的源极、滤波电容C₃的负极、C₅的阴极和电阻R。

本实用新型的原理：电源U_in对L₁和C₁充能，L₁可以降低电源的输入电流纹波，电容C₁的电压无限接近于U_in。当开关管S导通，电容C₁通过回路C₁-L₂-D₅-S 对电感L₂充能和回路C₁-D₁-L₃-C₂-D₅-S对电容C₂充能。感L₃在开关管开通瞬间起到抑制尖峰电流的作用，同时电容C₃与电感L₄构成回路，电容C₃向电感L₄充能，电容C₃还通过C₃-D₃-L₅-C₄回路对电容C₄充电，二极管D₂、二极管D₄因承受反压截止。当U_C2＝U_C1时，二极管D₁截止，同理，当U_C4＝U_C3时二极管D₃也截止。电容C₁、C₂，电感L₂通过回路C₁-L₂-C₂-D₂-C₃向电容C₃放电。电容 C₃、C₄，电感L₄通过回路C₃-L₄-C₄-D₄-C₅向电容C₅放电。二极管D₅因承受反压关断。

当开关管S关断，电容C₁、C₂、电感L₂向电容C₃放电，电容C₃、C₄、电感L₄向电容C₅放电。由伏秒平衡原理可得单开关直流高增益变换器电压增益比 [(2-D)/(1-D)]²，电压管电压应力为U_out/(2-D)，其中D为占空比。

本实用新型的益处：(1)能够有效的解决传统Boost升压电路的升压幅度问题。(2)具有开关管的电流应力小和输入电流的纹波小的的优点。

附图说明：

图1为单开关直流高增益Boost变换器原理图。

图2为单开关直流高增益Boost变换器输出电压V_out和开关管电压应力V_S-stress仿真波形图。

图3为单开关直流高增益Boost变换器不加电感L₃和L₅开关管电流应力I_MOS’和加电感L₃和L₅开关管电流应力I_MOS的波形图。

图4为单开关直流高增益Boost变换器电感L₁、L₂、L₃和栅极驱动信号U_drive的波形图。

图5为单开关直流高增益Boost变换器二极管D₁、D₃和D₅的电压应力波形图。

图1的标记说明：U_in为直流电源，L₁、L₂、L₃、L₄和L₅为电感，C₁、C₂、 C₃、C₄和C₅为电容，D₁、D₂、D₃、D₄和D₅为二极管，S为MOS开关管，R为电阻。

图2的标记说明：V_out和V_S-stress分别为单开关直流高增益Boost变换器输出电压和开关管电压应力。

图3的标记说明：I_MOS’和I_MOS分别为单开关直流高增益Boost变换器不接入电感L₃和L₅和接入电感L₃和L₅的开关管电流应力。

图4的标记说明：I_L1、I_L2和I_L3分别为单开关高增益Boost变换器中电感L₁、 L₂和L₃的电流，U_drive为栅极驱动信号。

图5的标记说明：V_D1-stress、V_D3-stress和V_D5-stress分别为单开关高增益Boost变换器中二极管D₁、D₃和D₅的电压应力。

具体实施方式：

本实用新型是一种新型单开关直流高增益Boost变换器。主电路的具体连接方式是：直流电源U_in的“+”端与电感L₁的一端连接，L₁的另一端分别连接电感L₂的一端、滤波电容C₁的阳极和二极管D₁的阳极。电感L₂的另一端分别与电容C₂阴极和二极管D₅的阳极连接，二极管D₅的阴极与MOS管的漏极相连。二极管D₁的阴极与电感L₃的一端连接，二极管D₂的阳极分别与电感L₃的另一端和电容C₂的阳极相连。二极管D₂的阴极分别连接着滤波电容C₃的阳极、电感L₄的一端和二极管D₃的阳极，电感L₄的另一端与电容C₄的阴极和MOS管的漏极相连。电感L₅一端连接D₃的阴极，另一端连接C₄的阳极和二极管D₄的阳极，D₄的阴极连接电容C₅的阳极和电阻R的一端。电源U_in的“-”端连接滤波电容C₁的阴极、MOS管的源极、滤波电容C₃的负极、C₅的阴极和电阻R。

具体分析如下：

在新型单开关直流高增益Boost变换器中，通过加入电压升举单元来实现高增益的效果。在输入电压36V时，输出电压为534V，输出电压的结果与理论计算相符合。但是，引入的电压升举单元会使开关管有很大的尖峰电流，这样会加大开关损耗。图3为单开关直流高增益Boost变换器不接入电感L₃和L₅和接入电感L₃和L₅的开关管电流应力图。从图中可以看出，在没有加入电感前，开关管尖峰电流达到几百安培；加入电感L₃和L₅后，开关管电流最大值才35A，大大降低了开关管的损耗。本实用新型通过仿真得以验证。仿真参数如表1：

表1新型单开关直流高增益Boost变换器的仿真参数

Claims (2)

1.一种新型单开关直流高增益Boost变换器，是由两个电压升举单元级联而成；所述的单开关直流高增益Boost变换器，是由直流电源U_in的“+”端与电感L₁的一端连接，L₁的另一端分别连接电感L₂的一端、滤波电容C₁的阳极和二极管D₁的阳极；电感L₂的另一端分别与电容C₂阴极和二极管D₅的阳极连接，二极管D₅的阴极与MOS管的漏极相连；二极管D₁的阴极与电感L₃的一端连接，二极管D₂的阳极分别与电感L₃的另一端和电容C₂的阳极相连；二极管D₂的阴极分别连接着滤波电容C₃的阳极、电感L₄的一端和二极管D₃的阳极，电感L₄的另一端与电容C₄的阴极和MOS管的漏极相连；电感L₅一端连接D₃的阴极，另一端连接C₄的阳极和二极管D₄的阳极，D₄的阴极连接电容C₅的阳极和电阻R的一端；电源U_in的“-”端连接滤波电容C₁的阴极、MOS管的源极、滤波电容C₃的负极、C₅的阴极和电阻R；其特征在于前级电压升举单元中二极管D₁和电容C₂之间接有电感L₃。

2.根据权利要求1所述的新型单开关直流高增益Boost变换器，其特征是，电容C₁-C₅为电解电容。