CN216774617U - 一种高增益Buck-Boost直流变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于双向直流电源技术领域，公开了一种高增益Buck‑Boost直流变换器，包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第六电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻和第一直流源；其中，第三电感和第四电感互为耦合电感，第五电感为第三电感的磁化电感，第六电感为第三电感的漏电感。通过新型的电感耦合结构实现高增益升降压功能，本变换器具有低的电流纹波，简单的控制方式，且输入和输出端口的共地并具有正输出电压，功率器件低电压应力。并通过DSP芯片和PWM控制器实现升压变换电路中开关管的控制，技术成熟，便于实现，结构简单，降低成本。

Description

一种高增益Buck-Boost直流变换器

技术领域

本实用新型属于双向直流电源技术领域，涉及一种高增益Buck-Boost 直流变换器。

背景技术

在过去的几十年里，可再生能源、电动汽车和不间断电源的发展是电力电子领域最具吸引力的话题之一，其中DC-DC双向变换器是其应用的关键组件。但是由于可再生能源、电动汽车、不间断电源侧直流电压等级低，因此需要通过高升降压的双向变换器来实现。

现有的升降压双向变换器具有以下缺点：1、电压增益低；2、耦合电感的使用可提高增益，但会增大电流纹波；3、高电压增益结构存在输入输出不共地或输出负电压；4、功率器件电压应力大。因此，近年来，国内外研究人员一直在努力研究能够实现高电压增益和高效率以及更好的运行特性的新型结构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中，现有升压变换器电压增益低、耦合电感结构增大电流纹波、高电压增益结构存在输入输出不共地或输出负电压以及功率器件电压应力大的缺点，提供一种高增益Buck-Boost直流变换器。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种高增益Buck-Boost直流变换器，其特征在于，包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第六电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻和第一直流源；

其中，第三电感和第四电感互为耦合电感，第五电感为第三电感的磁化电感，第六电感为第三电感的漏电感；

所述第一直流源正极分别连接第一电感和第二电感的一端，

所述第一电感另一端分别连接第一开关管漏极和第一电容正极，

所述第二电感另一端分别连接第二开关管漏极和第二电容正极，

所述第一电容负极分别连接第二开关管源极和第一二极管正极，

所述第二电容负极分别连接第二二极管正极、第三电感和第五电感一端，第三电感另一端分别连接第五电感和第六电感一端，

所述第二二极管负极分别连接第四电感一端、第四电容负极和第三电容正极相连接，第四电感另一端和第三二极管正极相连接，第三二极管负极分别连接第四电容正极和第一电阻一端，

所述第一直流源负极、第一开关管源极、第一二极管负极、第六电感另一端、第三电容负极依次连接并接入第一电阻另一端。

进一步，所述第一直流源电压值为25V。

进一步，所述第一开关管和第二开关管均为型号为IRFB4227的N通道功率MOSFET开关管。

进一步，所述第一二极管采用MUR410的快恢复二极管，第二二极管采用MUR420的快恢复二极管，第三二极管采用MUR440的快恢复二极管。

进一步，所述第一电感的磁芯采用型号为T184-52电感值为600uH的电感，第二电感的磁芯采用型号为T184-5电感值为900uH的电感。

进一步，第三电感、第四电感、第五电感和第六电感的磁芯采用型号均为EE42的电感，电感值分别为23uH、37uH、200uH和1uH。

进一步，所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容均为耐压值 160V容量100uF。

进一步，还包括电压传感器、DSP芯片和PWM控制器；

所述电压传感器测量端连接在第一电阻两端，输出端依次连接DSP芯片和PWM控制器，PWM控制器上设置两个输出端，分别连接第一开关管的栅极和第二开关管的栅极。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供一种高增益Buck-Boost直流变换器，包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第六电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻和第一直流源；其中，第三电感和第四电感互为耦合电感，第五电感为第三电感的磁化电感，第六电感为第三电感的漏电感。通过新型的电感耦合结构实现高增益升降压功能，本变换器具有低的电流纹波，简单的控制方式，且输入和输出端口的共地并具有正输出电压，功率器件低电压应力。并通过DSP芯片和PWM控制器实现升压变换电路中开关管的控制，技术成熟，便于实现，结构简单，降低成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电路拓扑图；

图2为本实用新型实施例第一种工作状态示意图；

图3为本实用新型实施例第二种工作状态示意图；

图4为本实用新型实施例第三种工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型提供一种高增益Buck-Boost直流变换器，如图1所示，包括第一开关管S₁、第二开关管S₂、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃、第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃、第四电感L₄、第五电感L₅、第六电感L₆、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃、第四电容 C₄、第一电阻R₁和第一直流源V_in；

所述第三电感L₃和第四电感L₄互为耦合电感，第五电感L₅为第三电感 L₃的磁化电感，第六电感L₆为第三电感L₃的漏电感；

所述第一直流源V_in正极、第一电感L₁一端和第二电感L₂一端相连接；所述第一电感L₁另一端、第一开关管S₁漏极和第一电容C₁正极相连接；所述第二电感L₂另一端、第二开关管S₂漏极和第二电容C₂正极相连接，第一电容C₁负极、第二开关管S₂源极和第一二极管D₁正极相连接，第二电容C₂负极、第二二极管D₂正极、第三电感L₃一端和第五电感L₅一端相连接，第三电感L₃另一端、第五电感L₅另一端和第六电感L₆一端相连接，第二二极管D₂负极、第四电感L₄一端、第四电容C₄负极和第三电容 C₃正极相连接，第四电感L₄另一端和第三二极管D₃正极相连接，第三二极管D₃负极、第四电容C₄正极和第一电阻R₁一端相连接，第一直流源V_in负极、第一开关管S₁源极、第一二极管D₁负极、第六电感L₆另一端、第三电容C₃负极和第一电阻R₁另一端相连接。

本实用新型提供的一种优选实施例，第一直流源V_in电压值为25V；

第一开关管S₁和第二开关管S₂均采用型号为IRFB4227的N通道功率 MOSFET开关管；

第一二极管D₁采用型号为MUR410的快恢复二极管，第二二极管D₂采用型号为MUR420的快恢复二极管，第三二极管D₃采用型号为MUR440 的快恢复二极管。

本实用新型提供的另一种优选实施例，所述第一电感L₁的磁芯型号采用T184-52电感值为600uH；

所述第二电感L₂的磁芯型号采用T184-5电感值为900uH，

所述第三电感L₃、第四电感L₄、第五电感L₅和第六电感L₆的磁芯型号均采用EE42，电感值分别为23uH、37uH、200uH和1uH；

本实用新型提供的另一种优选实施例，所述第一电容C₁、第二电容 C₂、第三电容C₃和第四电容C₄均采用耐压值160V容量100uF。

本实用新型的另一种优选实施例为，还包括电压传感器、DSP芯片和 PWM控制器；

所述电压传感器测量端连接在第一电阻R₁两端，输出端依次连接DSP 芯片和PWM控制器，PWM控制器上设置两个输出端，分别连接第一开关管S₁的栅极和第二开关管S₂的栅极。

本实用新型的原理及工作过程：

本实用新型一种高增益Buck-Boost直流变换器分为以下三种工作模式。

第一种工作模式：如图2所示，第一开关管S₁和第二开关管S₂均开通，第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃均反偏截至。第一直流源V_in对第一电感L₁进行充电，第一直流源V_in和第一电容C₁共同为第二电感L₂进行充电，第一电容C₁和第二电容C₂同时对第五电感L₅进行充电，第三电容器C₃和第四电容C₄同时为第一电阻R₁供电，维持第一电阻 R₁两端电压稳定。

第二种工作模式：如图3所示，第一开关管S₁和第二开关管S₂均关断，第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃均正向导通。第一直流源V_in和第一电感L₁同时对第一电容C₁进行充电，第一直流源V_in和第二电感L₂同时对第二电容C₂和第三电容C₃进行充电，第五电感L₅将能量通过其耦合电感一次侧L₃送至二次侧L₄，为第四电容C₄和第一电阻R₁供电，维持第一电阻R₁两端电压稳定。

第三种工作模式：如图4所示，第一开关管S₁和第二开关管S₂均关断，第一二极管D₁、第三二极管D₃正向导通，第二二极管D₂反偏截至。

此模式中，第一直流源V_in和第一电感L₁同时对第一电容C₁进行充电，第一直流源V_in和第二电感L₂同时对第二电容C₂进行充电，第五电感 L₅将能量通过其耦合电感一次侧L₃送至二次侧L₄，为第四电容C₄和第一电阻R₁供电，维持第一电阻R₁两端电压稳定。

本变换器在使用过程中具有低的电流纹波，简单的控制方式，且输入和输出端口的共地并具有正输出电压，功率器件低电压应力。并通过DSP芯片和PWM控制器实现升压变换电路中开关管的控制，技术成熟，便于实现，结构简单，降低成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种高增益Buck-Boost直流变换器，其特征在于，包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第六电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻和第一直流源；

其中，第三电感和第四电感互为耦合电感，第五电感为第三电感的磁化电感，第六电感为第三电感的漏电感；

所述第一直流源正极分别连接第一电感和第二电感的一端，

所述第一电感另一端分别连接第一开关管漏极和第一电容正极，

所述第二电感另一端分别连接第二开关管漏极和第二电容正极，

所述第一电容负极分别连接第二开关管源极和第一二极管正极，

所述第二电容负极分别连接第二二极管正极、第三电感和第五电感一端，第三电感另一端分别连接第五电感和第六电感一端，

所述第二二极管负极分别连接第四电感一端、第四电容负极和第三电容正极相连接，第四电感另一端和第三二极管正极相连接，第三二极管负极分别连接第四电容正极和第一电阻一端，

所述第一直流源负极、第一开关管源极、第一二极管负极、第六电感另一端、第三电容负极依次连接并接入第一电阻另一端。

2.根据权利要求1所述的一种高增益Buck-Boost直流变换器，其特征在于，所述第一直流源电压值为25V。

3.根据权利要求1所述的一种高增益Buck-Boost直流变换器，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管均为型号为IRFB4227的N通道功率MOSFET开关管。

4.根据权利要求1所述的一种高增益Buck-Boost直流变换器，其特征在于，所述第一二极管采用MUR410的快恢复二极管，第二二极管采用MUR420的快恢复二极管，第三二极管采用MUR440的快恢复二极管。

5.根据权利要求1所述的一种高增益Buck-Boost直流变换器，其特征在于，所述第一电感的磁芯采用型号为T184-52电感值为600uH的电感，第二电感的磁芯采用型号为T184-5电感值为900uH的电感。

6.根据权利要求1所述的一种高增益Buck-Boost直流变换器，其特征在于，第三电感、第四电感、第五电感和第六电感的磁芯采用型号均为EE42的电感，电感值分别为23uH、37uH、200uH和1uH。

7.根据权利要求1所述的一种高增益Buck-Boost直流变换器，其特征在于，所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容均为耐压值160V容量100uF。

8.根据权利要求1所述的一种高增益Buck-Boost直流变换器，其特征在于，还包括电压传感器、DSP芯片和PWM控制器；

所述电压传感器测量端连接在第一电阻两端，输出端依次连接DSP芯片和PWM控制器，PWM控制器上设置两个输出端，分别连接第一开关管的栅极和第二开关管的栅极。

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