CN103095134A - 一种有源网络升压变换器 - Google Patents

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汤雨
王挺
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Abstract

本发明涉及一种有源网络升压变换器，属于电力电力变换器的技术领域。所述有源网络升压变换器包括依次连接的X型有源网络、输出滤波电路。X型有源网络包括两组串联的电感和功率开关管，两个功率开关管呈X型放置。所述有源网络升压变换器选用的电感电流小、感值小、体积小，从而减轻了升压变换器的体积和重量，同时运用小占空比的功率开关管实现高转换效率的升压变换。

Description

一种有源网络升压变换器
技术领域
本发明涉及一种有源网络升压变换器，属于电力电子变换器技术领域。
背景技术
升压变换器广泛应用于工业领域，如电池充放电管理器、新能源发电、电机驱动器等场合。传统的升压变换器电路拓扑为Boost电路。Boost电路结构简单，应用广泛，但也存在如下一些缺陷：（1）当需要较大的升压比场合，工作占空比很大，因此能量传输模式所占的时间小，导致效率降低；（2）所需的升压电感大，电感上流过全部的输入电流，电感电流值为输入电流值，同时由于工作占空比大，电感储能时间长，导致电感电流纹波大，因此电感的体积重量大；（3）开关管电压应力较高，为电源电压，需选用较高电压应力的功率开关管，因此开关管的通态压降较高，导致电感储能阶段的损耗大，影响了变换器效率；（4)功率开管和功率二极管导通时流过全部的电感电流，即流过输入电流，其通态损耗大，效率低；（5）由于工作占空比较大，输出电流纹波大，需要选用较大的输出滤波电容，增加了系统的体积重量和成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种有源网络升压变换器。
 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
       一种有源网络升压变换器，包括：依次连接的X型有源网络、输出滤波电路；
       所述X型有源网络包括：直流电压源、第一电感、第二电感、第一功率开关管、第二功率开关管；其中：所述第一功率开关管的正端、第一电感的一端分别与直流电压源的正极连接；所述第一电感的另一端与第二功率开关管的正端连接；所述第二功率开关管的负端、第二电感的一端分别与直流电压源的负极连接；所述第二电感的另一端与第一功率开关管的负端连接；
       所述输出滤波电路包括串联连接的整流二极管和输出滤波电容。
所述有源网络升压变换器中，第一、第二功率开关管是MOS管或者IGBT管。
所述有源网络升压变换器X型有源网络中的第一、第二电感为分立电感或者耦合电感。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：输出电流波形波动小且电感电流值小，进而选择的电感电感值小且体积小，减小了升压变换器的体积。
附图说明
图1为有源网络升压变换器的电路图。
 图2至图4为输入电压Vi=50V，第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的占空比D=0.5，负载R=20Ω时的实验波形图。
图5至图7为输入电压Vi=50V，负载R=20Ω时Boost变换器的实验波形图。
 图中标号说明：Vi为直流电压源， L1为第一电感，L2为第二电感，S1为第一功率开关管、S2为第二功率开关管，D为整流二极管，C为输出滤波电容，R为负载，iL1、iL2分别为第一电感L1、第二电感L2中流过的电流，VC为输出滤波电容C上的电压。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
如图1所示的有源网络升压变换器：包括依次连接的X型有源网络、输出滤波电路。
X型有源网络包括：直流电压源Vi、第一电感L1、第二电感L2、第一功率开关管S1、第二功率开关管S2。第一功率开关管S1的正端、第一电感L1的一端分别与直流电压源Vi的正极连接，第一电感L1的另一端与第二功率开关管S2的正端连接，第二功率开关管S2的负端、第二电感L2的一端分别与直流电压源Vi的负极连接，第二电感L2的另一端与第一功率开关管S1的负端连接。    
输出滤波电路包括串联连接的整流二极管D和输出滤波电容C，输出滤波电容C两极的电压VC即为所述有源网络升压变换器的输出电压，该输出电压为负载R供电。
第一电感L1和第二电感L2为分立电感或者耦合电感。
功率开关管由MOS管和功率二极管组成，或者由IGBT管和功率二极管组成。功率二极管的阴极与MOS管的漏极连接，阳极与MOS管的源极连接。功率二极管的阴极与IGBT管集电极连接，阳极接IGBT管发射极。
图2至图4为输入电压Vi=50V，第一功率开关管S1和第二功率开关管S2的占空比D=0.5，负载R=20Ω时，开关管电压VS、第一电感电流iL1以及输出滤波电容电压VC的波形。从图中可以看到功率开关管导通时电压VS=100V，此时功率开关管电压应力约为100V ，说明功率开关管电压应力小。第一电感电流iL1的波形为幅值在14.4A至15.4A之间波动的三角波，可见电感电流波形波动小且电感电流值小，进而可以选择电感值小且体积小的电感，减小了升压变换器的体积。VC大约为150V。图5至图7为相同的输入输出和负载条件下，Boost变换器的实验波形图，功率开关占空比为0.67，从图中可以看到功率开关管电压应力为150V，电感电流的波形在22A至23.4A之间波动。
与传统的Boost变换器在相同输入输出条件下相比：
（1）有源网络升压变换器功率开关管占空比比Boost电路小，Boost电路中功率开关管占空比约为0.667，因此有源网络升压变换器能量传输模式所占的时间大，效率高；
（2）所需的储能电感小，电感上仅流过部分的输入电流，电感电流值小于输入电流值，同时由于功率开关管占空比小，电感储能时间短，电感电流纹波小，因此电感的体积重量相比Boost变换器小；
（3）功率开关管电压应力为100V，Boost电路中功率开关管电压应力为150V，可选用较低电压应力的功率开关管，因此开关管的通态压降小，储能阶段的损耗小，变换器效率高；
（4）由于电感电流小，功率开管和功率二极管导通时流过的电流小，其通态损耗小，效率高；
（5）功率开关工作占空小，输出电流纹波小，可选用较小的输出滤波电容，减小了系统的体积重量和成本。
 综上所述，本发明所述的有源网络升降压变换器有源网络升压变换器选用的电感电流小、感值小、体积小，从而减轻了升压变换器的体积和重量，同时运用小占空比的功率开关管实现高转换效率的升压变换。

Claims (3)

1.一种有源网络升压变换器，其特征在于包括：依次连接的X型有源网络、输出滤波电路；
       所述X型有源网络包括：直流电压源、第一电感、第二电感、第一功率开关管、第二功率开关管；其中：所述第一功率开关管的正端、第一电感的一端分别与直流电压源的正极连接；所述第一电感的另一端与第二功率开关管的正端连接；所述第二功率开关管的负端、第二电感的一端分别与直流电压源的负极连接；所述第二电感的另一端与第一功率开关管的负端连接；
       所述输出滤波电路包括串联连接的整流二极管和输出滤波电容。
2.根据权利要求1所述的有源网络升压变换器，其特征在于所述第一、第二功率开关管是MOS管或者IGBT管。
3.根据权利要求1或2所述的有源网络升压变换器，其特征在于所述X型有源网络中的第一、第二电感为分立电感或者耦合电感。
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