CN102594134A - 单开关高增益boost变换器 - Google Patents

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胡雪峰
李艳
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Abstract

本发明公开的单开关高增益BOOST变换器包括一个直流输入电源、一个功率开关管,一个独立升压电感,一个带有两个绕组的耦合电感,四个单向整流二极管,两个中间储能电容,一个输出滤波电容。与现有的基本BOOST变换器相比,本发明的单开关高增益BOOST变换器在相同占空比的情况下具有更大的升压变比,开关管的电压应力低,控制方便且灵活等特点,非常适用于今后光伏/燃料电池等可再生能源发电系统,具有较好的应用和推广前景。

Description

单开关高增益BOOST变换器
技术领域
本发明涉及直流-直流变换器,具体说是一种单开关高增益BOOST变换器。
技术背景
由于环境,温度等因素的影响,可再生能源的输出电压通常波动较大,且单体的输出电压等级较低,而并网发电系统需要电压较高的直流母线。为了得到并网逆变器所需的直流母线电压,通常将光伏或燃料电池阵列进行串联,然后采用BOOST或两相交错并联BOOST电路进行升压,这两种结构变换器的升压变比相等,输出电压增益较小,当输入电压较低时,为了达到较高的输出电压,其开关导通占空比就会接近于1,功率开关管的电压应力较大,这样一方面会降低变换器的效率,同时开关频率也不易进一步提高。为了达到更高的升压变比,因此研究新型高性能且具有更大升压变比的直流-直流变换器来满足后级并网逆变器的需要,有着重要的理论意义和应用价值。
发明内容:
本发明的目的是提供一种结构简单,开关管数量少,成本低,低开关电压应力的一种单开关高增益BOOST变换器。
为达上述目的,本发明的技术解决方案是,单开关高增益BOOST变换器。如图1所示,包括一个直流输入电源(Vin),一个功率开关管(T),一个升压电感(L1),一个带有两个绕组(L21、L22)的耦合电感,四个单向整流二极管(D1、D2、D3、D4)两个中间储能电容(C1、C2),一个输出滤波电容(C3)。
如图1所示,所述电路结构如下:直流输入电源(Vin)的正极和升压电感(L1)的一端相连,升压电感(L1)的另一端和单向整流二极管(D1)的阳极相连,单向整流二极管(D1)的阴极和耦合电感的一个绕组(L21)的同名端相连,耦合电感的绕组(L21)的另一端和单向整流二极管(D3)的阳极相连,单向整流二极管(D2)的阳极和单向整流二极管(D1)的阳极相连,单向整流二极管(D3)的阳极和单向整流二极管(D2)的阴极相连,中间储能电容(C1)的一端和单向整流二极管(D1)的阴极相连,中间储能电容(C1)的另一端和功率开关管(T)的源极相连,功率开关管(T)的漏极和单向整流二极管(D3)的阳极相连,中间储能电容(C2)的一端和功率开关管(T)的源极相连,中间储能电容(C2)的另一端和单向整流二极管(D3)的阴极相连,单向整流二极管(D3)的阴极和耦合电感的另一个绕组(L22)的同名端相连,耦合电感的绕组(L22)的另一端和单向整流二极管(D4)的阳极相连,单向整流二极管(D4)的阴极和输出滤波电容(C3)的一端相连,输出滤波电容(C3)的另一端和直流输入电源(Vin)的负极相连,再与功率开关管(T)的源极相连。
本发明的变换器有三种工作模式:功率开关管(T)导通模式,中间储能电容(C2)处于悬浮状态;功率开关管(T)关断,中间储能电容(C2)处于充电状态;功率开关管(T)关断,中间储能电容(C2)处于放电状态。在这三种模式下,实现变换器的运行。
具体实施方式:
本发明的单开关高增益BOOST变换器。如图1所示,包括一个直流输入电源(Vin),一个功率开关管(T),一个升压电感(L1),一个带有两个绕组(L21、L22)的耦合电感,四个单向整流二极管(D1、D2、D3、D4)两个中间储能电容(C1、C2),一个输出滤波电容(C3)。所述电路结构如下:直流输入电源(Vin)的正极和升压电感(L1)的一端相连,升压电感(L1)的另一端和单向整流二极管(D1)的阳极相连,单向整流二极管(D1)的阴极和耦合电感的一个绕组(L21)的同名端相连,耦合电感的绕组(L21)的另一端和单向整流二极管(D3)的阳极相连,单向整流二极管(D2)的阳极和单向整流二极管(D1)的阳极相连,单向整流二极管(D3)的阳极和单向整流二极管(D2)的阴极相连,中间储能电容(C1)的一端和单向整流二极管(D1)的阴极相连,中间储能电容(C1)的另一端和功率开关管(T)的源极相连,功率开关管(T)的漏极和单向整流二极管(D3)的阳极相连,中间储能电容(C2)的一端和功率开关管(T)的源极相连,中间储能电容(C2)的另一端和单向整流二极管(D3)的阴极相连,单向整流二极管(D3)的阴极和耦合电感的另一个绕组(L22)的同名端相连,耦合电感的绕组(L22)的另一端和单向整流二极管(D4)的阳极相连,单向整流二极管(D4)的阴极和输出滤波电容(C3)的一端相连,输出滤波电容(C3)的另一端和直流输入电源(Vin)的负极相连,输入电源(Vin)的负极再与功率开关管(T)的源极相连,负载(R)跨接在滤波电容(C3)的两端。
本发明的单开关高增益BOOST变换器,有三种工作模式,分别如图2、3、4所示,详细分析如下:
图2功率开关管(T)导通模式,在此种模式下,单向整流二极管(D1、D3、D4)关断,单向整流二极管(D2)导通,电容(C2)处于悬浮状态。其中,直流输入电源(Vin)、升压电感(L1)、功率开关管(T)和单向整流二极管(D2)构成回路,直流输入电源(Vin)向升压电感(L1)充电,升压电感(L1)上的电流(IL1)增加;中间储能电容(C1)、耦合电感的一个绕组(L21)和功率开关管(T)构成回路,中间储能电容(C1)向耦合电感的绕组(L21)充电,耦合电感的绕组(L21)上的电流(IL21)增加。
图3为功率开关管(T)关断,中间储能电容(C2)充电模式;在此种模态下,单向整流二极管(D1、D3、D4)导通,单向整流二极管(D2)关断。其中,直流输入电源(Vin)、升压电感(L1)、单向整流二极管(D1)和中间储能电容(C1)构成回路,升压电感(L1)放电,其上的电流(IL1)减少;中间储能电容(C1)、耦合电感的绕组(L21)、单向整流二极管(D3)和中间储能电容(C2)构成回路,耦合电感的绕组(L21)放电,其上的电流(IL21)减少,中间储能电容(C2)处于充电状态,其上的电流方向为从上到下,且通过耦合电感的绕组(L22)向负载端供电。
图4为功率开关管(T)关断,中间储能电容(C2)放电模式;在此种模态下,单向整流二极管(D1、D3、D4)导通,单向整流二极管(D2)关断。其中,直流输入电源(Vin)、升压电感(L1)、单向整流二极管(D1)和中间储能电容(C1)构成回路,升压电感(L1)放电,其上的电流(IL1)减少;中间储能电容(C1)、耦合电感的绕组(L21)通过单向整流二极管(D3)和中间储能电容(C2)一起,再通过耦合电感的绕组(L22)向负载端供电,中间储能电容(C2)处于放电状态,其上的电流方向为从下到上。
本发明的单开关高增益BOOST变换器,在这三种能量传输模态下,完成能量的转换,实现变换器的高增益、且具有开关管数量少,功率开关管的电压应力小,成本低的技术特点。
附图说明
图1是本发明的单开关高增益BOOST变换器的拓扑结构图。
图2是本发明的单开关高增益BOOST变换器,功率开关管(T)导通,模态,中间储能电容(C2)处于悬浮状态。
图3是本发明的单开关高增益BOOST变换器,功率开关管(T)关断,中间储能电容(C2)充电状态。
图4是本发明的单开关高增益BOOST变换器,功率开关管(T)关断,中间储能电容(C2)放电状态。

Claims (2)

1.一种单开关高增益BOOST变换器,其特征是:包括一个直流输入电源(Vin),一个功率开关管(T),一个升压电感(L1),一个带有两个绕组(L21、L22)的耦合电感,四个单向整流二极管(D1、D2、D3、D4)两个中间储能电容(C1、C2),一个输出滤波电容(C3)。
2.一种单开关高增益BOOST变换器所述的电路结构如下:直流输入电源(Vin)的正极和升压电感(L1)的一端相连,升压电感(L1)的另一端和单向整流二极管(D1)的阳极相连,单向整流二极管(D1)的阴极和耦合电感的一个绕组(L21)的同名端相连,耦合电感的绕组(L21)的另一端和单向整流二极管(D3)的阳极相连,单向整流二极管(D2)的阳极和单向整流二极管(D1)的阳极相连,单向整流二极管(D3)的阳极和单向整流二极管(D2)的阴极相连,中间储能电容(C1)的一端和单向整流二极管(D1)的阴极相连,中间储能电容(C1)的另一端和功率开关管(T)的源极相连,功率开关管(T)的漏极和单向整流二极管(D3)的阳极相连,中间储能电容(C2)的一端和功率开关管(T)的源极相连,中间储能电容(C2)的另一端和单向整流二极管(D3)的阴极相连,单向整流二极管(D3)的阴极和耦合电感的另一个绕组(L22)的同名端相连,耦合电感的绕组(L22)的另一端和单向整流二极管(D4)的阳极相连,单向整流二极管(D4)的阴极和输出滤波电容(C3)的一端相连,输出滤波电容(C3)的另一端和直流输入电源(Vin)的负极相连,再与功率开关管(T)的源极相连,负载(R)跨接在输出滤波电容(C3)的两端。
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