CN101882869B - 带有电感电容开关网络的高增益升压变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的带有电感电容开关网络的高增益升压变换器，包括一个功率开关管，两个Boost功率电感，一个中间储能电容，三个整流二极管。本发明利用了LC开关网络的内在特性来实现输出升压，结合Boost变换器可达到输出电压的高增益。

Description

带有电感电容开关网络的高增益升压变换器
技术领域
本发明涉及一种非隔离型直流-直流变换器，具体说是带有LC(电感电容)开关网络的高增益Boost(升压)变换器。
背景技术
常规的Boost变换器，包括一个功率开关管，一个Boost功率电感，一个整流二极管。功率开关管的漏极与Boost功率电感的一端及整流二极管的阳极相连，Boost功率电感的另一端接至输入电源的正极。
这种非隔离型直流-直流变换器输出电压增益较小，虽然可以通过设置更大的占空比来得到更高的输出电压，但Boost功率电感及电路中的其他寄生因素限制了输出电压的进一步提高。占空比增大至某个范围时，甚至会出现输入电压反而下降的情况。因此，常规Boost变换器的的占空比不能过大，这样才能得到输出电压与占空比的正比例线性关系。
发明内容
本发明的目的是提供电路结构简单，且实现高增益的带有电感电容开关网络的高增益升压变换器。
本发明的带有电感电容开关网络的高增益升压变换器，包括一个功率开关管，两个Boost功率电感，一个中间储能电容，三个整流二极管。功率开关管的漏极与第一Boost功率电感的一端、第二整流二极管的阴极及第三整流二极管的阳极相连，第一Boost功率电感的另一端与中间储能电容的一端及第一整流二极管的阴极相连，第二Boost功率电感的一端与中间储能电容的另一端及第二整流二极管的阳极相连，第二Boost功率电感的另一端与第一整流二极管的阳极相连并接至输入电源的正极。
增加一个LC开关网络L3、C2，及另外两个整流二极管D3、D4，这种功率变换器可以实现常规Boost变换器三倍的输出电压。
增加两个LC开关网络L3、C2及L4、C3，及另外四个整流二极管D3、D4及D5、D6，实现常规Boost变换器四倍的输出电压。
增加N个LC开关网络，及相应的整流二极管，实现常规Boost变换器N倍的输出电压。
本发明利用了LC开关网络的内在特性来实现输出升压，结合Boost变换器适当的占空比可达到输出电压的高增益；通过安排不同数量的LC开关网络，可以灵活地在输出端得到常规Boost变换器输出电压的两倍、三倍、四倍等。甚至可安排N个LC开关网络，能得到N倍的输出电压。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：本发明利用LC开关网络的内在特性，在功率开关管导通时电感、电容进行并联储能；在功率开关管关断时电感、电容进行串联泄放能量，从而实现输出升压，结合Boost变换器可达到输出电压的高增益。
附图说明
图1是本发明的一种带有电感电容开关网络的高增益升压变换器的电路图；
图2是本发明的另一种带有电感电容开关网络的高增益升压变换器的电路图；
图3是第三种带有电感电容开关网络的高增益升压变换器的电路图；
图4是带有电感电容开关网络的高增益升压变换器的稳态工作波形图；
具体实施方式
参见图1，本发明的带有电感电容开关网络的高增益升压变换器，包括一个功率开关管Q1，两个Boost功率电感L1、L2，一个中间储能电容C1，三个整流二极管D1、D2、D3。Q1的漏极与L1的一端、D2的阴极及D3的阳极相连，L1的另一端与C1的一端及D1的阴极相连，L2的一端与C1的另一端及D2的阳极相连，L2的另一端与D1的阳极相连并接至输入电源的正极。
或者也可以如图2所示，主功率变换电路的连接方式不变，增加一个LC开关网络L3、C2，及另外两个整流二极管D3、D4，这种功率变换器可以实现常规Boost变换器三倍的输出电压。
或者也可以如图3所示，主功率变换电路的连接方式不变，增加两个LC开关网络L3、C2及L4、C3，及另外四个整流二极管D3、D4及D5、D6，这种功率变换器可以实现常规Boost变换器四倍的输出电压。如果电路中存在有N个LC开关网络，就可以实现常规Boost变换器N倍的输出电压，这里不再详述。
一个完整的工作周期内，带有电感电容开关网络的高增益升压变换器存在两个工作模态(图1与图2、图3所示变换器的工作过程相同)，如图4所示。
t0～t1：功率开关管导通，整流二极管D1、D2也导通，Boost功率电感L1、L2储能，同时中间储能电容也储能，输出能量由输出滤波电容Cout提供。
t1～t2：功率开关管关断，整流二极管D1、D2截止，Boost功率电感L1、L2释放能量，同时中间储能电容也释放能量，这个能量向输出滤波电容Cout提供充电并给输出负载供电。
功率变换器工作于电感电流连续导通模式时，由上述开关工作过程可以得到：
功率开关管导通时，有这里L1＝L2＝L，且中间储能电容电压为Vc＝Vin；
功率开关管关断时，可得到
一个完整的开关周期内，两个Boost功率电感必须实现伏秒平衡，因而可以得到：
Figure BSA00000176740800023
D为功率开关管的占空比。
从以上分析过程可以看出，可以得到高增益的输出电压，
Figure BSA00000176740800024
这种带有电感电容开关网络的高增益升压变换器在功率开关管导通时，两个Boost功率电感及中间储能电容都进行类似的并联充电储能，而在功率开关管关断时，两个Boost功率电感及中间储能电容都进行类似的串联放电向负载释放能量，可以实现Boost变换器的倍压输出，这就是LC开关网络的内在升压特性。通过类似的LC网络安排，可以实现3、4倍的输出电压，甚至N个LC开关网络时，能得到N倍的输出电压。

Claims (4)

1.一种带有电感电容开关网络的高增益升压变换器，其特征在于包括一个功率开关管(Q1)，两个Boost功率电感(L1、L2)，一个中间储能电容(C1)，三个整流二极管(D1、D2、D3)；功率开关管(Q1)的漏极与第一功率电感(L1)的一端、第二二极管(D2)的阴极及第三二极管(D3)的阳极相连，第一功率电感(L1)的另一端与第一储能电容(C1)的一端及第一二极管(D1)的阴极相连，第二功率电感(L2)的一端与第一储能电容(C1)的另一端及第二二极管(D2)的阳极相连，第二功率电感(L2)的另一端与第一二极管(D1)的阳极相连并接至输入电源的正极。
2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于增加一个LC开关网络，这个LC开关网络由第三功率电感(L3)和第二中间储能电容(C2)构成，及另外两个整流二极管(D3、D4)。在权利要求1原有连接关系的基础上，将第二功率电感(L2)的另一端与输入电源的正极拆开，第二功率电感(L2)的另一端与第三二极管(D3)的阴极及第二储能电容(C2)的一端相连，第二储能电容(C2)的另一端与第三功率电感(L3)的一端及第四二极管(D4)的阳极相连，第四二极管(D4)的阴极与第一功率电感(L1)的一端及第二二极管(D2)的阴极相连，第三功率电感(L3)的另一端与第一、第三二极管(D1、D3)的阳极相连接并接至输入电源的正极。
3.根据权利要求2所述的变换器，其特征在于增加一个LC开关网络，这个LC开关网络由第四功率电感(L4)和第三中间储能电容(C3)构成，及另外两个整流二极管(D5、D6)。在权利要求2原有连接关系的基础上，将第三功率电感(L3)的另一端与输入电源的正极拆开，第三功率电感(L3)的另一端与第五二极管(D5)的阴极及第三储能电容(C3)的一端相连，第三储能电容(C3)的另一端与第四功率电感(L4)的一端及第六二极管(D6)的阳极相连，第六二极管(D6)的阴极与第一功率电感(L1)的一端及第二、第四二极管(D2、D4)的阴极相连，第四功率电感(L4)的另一端与第一、第三、第五二极管(D1、D3、D5)的阳极相连接并接至输入电源的正极。
4.根据权利要求3所述的变换器，其特征在于增加(N-2)个LC开关网络，及2*(N-2)个整流二极管，实现常规Boost变换器N倍的输出电压。
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