CN103401426B - 一种高增益Boost电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高增益Boost电路，包括变压器(T₁）、开关管(Q₁）、第一二极管(D₁）、第二二极管(D₂）、第三二极管(D₃）、第一储能电容(C₁）、第二储能电容(C₂）及负载(R）；所述变压器(T₁）的第一次级绕组(W₂₁）、第二次级绕组(W₂₂）、第二二极管(D₂）和第三二极管(D₃）构成变压器升压模块(1）；所述变压器(T₁）的初级绕组(W₁）、开关管(Q₁）、第一二极管(D₁）和第一储能电容(C₁）构成Boost电路模块(2）；所述第二储能电容(C₂）和负载(R）构成输出模块。本发明解决了由于开关管数目增多，导致系统的稳定性下降的问题。

Description

一种高增益Boost电路

技术领域

本发明涉及电力电子电路技术领域，具体涉及一种高增益Boost电路。

背景技术

随着生活和工业的发展，对电力电子电路的要求也日益苛刻。传统的Boost电路已经无法满足工业的需要，工业上需要更高增益的升压电路。传统的方法是通过多个Boost环节电路来级联升压，该方法成本较高，且由于开关管数目的增多，导致系统的稳定性下降，若其中一个环节崩溃，整个系统将会崩溃。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种高增益Boost电路，适用于需要高增益的电力电子电路中。

本发明采用的技术方案：

一种高增益Boost电路，包括变压器T₁、开关管Q₁、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃、第一储能电容C₁、第二储能电容C₂及负载R；

所述变压器T₁的第一次级绕组W₂₁、第二次级绕组W₂₂、第二二极管D₂和第三二极管D₃构成变压器升压模块1；

所述变压器T₁的初级绕组W₁、开关管Q₁、第一二极管D₁和第一储能电容C₁构成Boost电路模块2；

所述第二储能电容C₂和负载R构成输出模块。

所述变压器T₁的初级绕组W₁的同名端与直流电源V_d的正极连接；

所述变压器T₁的初级绕组W₁的异名端、第一二极管D₁的阳极和开关管Q₁的源极连接于一点；

第一二极管D₁的阴极、第一储能电容C₁的一端、变压器T₁的第一次级绕组W₂₁的异名端和变压器T₁的第二次级绕组W₂₂的同名端连接于一点；

变压器T₁的第一次级绕组W₂₁的同名端和第二二极管D₂的阳极连接于一点；

变压器T₁的第二次级绕组W₂₂的异名端和第三二极管D₃的阳极连接于一点；

第二二极管D₂的阴极、第三二极管D₃的阴极、第二储能电容C₂的一端和输出负载R的一端连接于一点；

第二储能电容C2的另一端、输出负载R的另一端、第一储能电容C1的另一端和开关管Q1的漏极与电源Vd的负极连接于一点。

所述变压器T₁的初级绕组W₁为升压电感，用于将变压器的第一次级绕组W₂₁和第二次级绕组W₂₂的输出叠加于第一储能电容C₁上。

本发明的有益效果：

(1）本发明适用于高增益Boost电路电源；

(2）本发明只需要一个开关管得到较高的Boost升压效果，解决了传统方法中通过多个Boost环节电路来级联升压，由于开关管数目增多，导致系统的稳定性下降的问题。

附图说明

图1是本发明一种高增益Boost电路结构图；

图2(a）～图2(d）是图1所述电路在占空比D小于0.5和大于0.5两种情况下的工作过程图，其中，图2(a）是D小于0.5的情况下，开关管Q₁导通，此时二极管D₂导通，二极管D₁和二极管D₃处于关断状态时的电路工作图；图2(b）是D小于0.5的情况下，开关管Q₁关断，此时二极管D₁导通，二极管D₂和二极管D₃处于关断状态的电路工作图；图2(c）是D大于0.5的情况下，开关管Q₁导通，此时二极管D₁导通，二极管D₂和二极管D₃处于关断状态的电路工作图；图2(d）是D大于0.5的情况下，开关管Q₁关断，此时二极管D₃导通，二极管D₁和二极管D₂处于关断状态电路工作图；

图3是图1中开关管的驱动波形图及其对应的输出波形图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种高增益Boost电路，包括变压器T₁、开关管Q₁、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃、第一储能电容C₁、第二储能电容C₂及负载R；

所述变压器T₁的第一次级绕组W₂₁、第二次级绕组W₂₂、第二二极管D₂和第三二极管D₃构成变压器升压模块1；

所述变压器T₁的初级绕组W₁、开关管Q₁、第一二极管D₁和第一储能电容C₁构成Boost电路模块2；

所述第二储能电容C₂和负载R构成输出模块。

具体连接：

所述直流电源V_d的正极与变压器T₁的初级绕组W₁的同名端连接；

所述变压器T₁的初级绕组W₁的异名端、第一二极管D₁的阳极和开关管Q₁的源极连接于一点；

第一二极管D₁的阴极、第一储能电容C₁的一端、变压器T₁的第一次级绕组W₂₁的异名端和变压器T₁的第二次级绕组W₂₂的同名端连接于一点；

变压器T₁的第一次级绕组W₂₁的同名端和第二二极管D₂的阳极连接于一点；

变压器T₁的第二次级绕组W₂₂的异名端和第三二极管D₃的阳极连接于一点；

第二二极管D₂的阴极、第三二极管D₃的阴极、第二储能电容C₂的一端和输出负载R的一端连接于一点；

第二储能电容C2的另一端、输出负载R的另一端、第一储能电容C1的另一端和开关管Q1的漏极与电源Vd的负极连接于一点。

本发明变压器升压模块，与传统Boost电路模块的电压值叠加，将能量输送给输出模块。

所述变压器T₁的初级绕组W₁为升压电感，用于将变压器的第一次级绕组W₂₁和第二次级绕组W₂₂的输出叠加于第一储能电容C₁上，起到高增益Boost电路的效果。

整个电路在传统的Boost电路的基础上，增加了一个升压变压器也就是变压器T1，且升压变压器的初次绕组W₁也同时作为Boost电路的升压电感。整个电路只使用一个开关管，且开关管的电压应力较低，通过此方法可以得到较高增益的Boost电路。

图2(a）～图2(d）所示，本发明电路在占空比D小于0.5和大于0.5两种情况下的工作过程图。

在占空比D小于0.5的情况下：

阶段1，如图2(a)：开关管Q₁导通，此时二极管D₂导通，二极管D₁和二极管D₃处于关断状态，变压器T₁的次级绕组W₂₁和电容C₁给电容C₂进行充电，W₂₁和C₁释放能量。

阶段2，如图2(b)：开关管Q₁关断，此时二极管D₁导通，二极管D₂和二极管D₃处于关断状态，C₂释放能量给负载。

在占空比D大于0.5的情况下：

阶段1，如图2(c)：开关管Q₁导通，此时二极管D₁导通，二极管D₂和二极管D₃处于关断状态，C₂释放能量给负载。

阶段2，如图2(d)：开关管Q₁关断，此时二极管D₃导通，二极管D₁和二极管D₂处于关断状态，变压器T₁的次级绕组W₂₂和电容C₁给电容C₂进行充电，W₂₂和C₁释放能量。

综上两种情况，

设开关管占空比为D，变压器原边与副边的变比为：1:N:N。在一个周期内，输出电压为U_o。根据电感伏秒数守恒原理，得出以下的电压增益推导过程。

开关管Q₁导通期间，所述变压器T₁的初级绕组W₁的电压等于输入电压V_d，导通时间为DT，T为开关周期；开关管Q₁关断期间，所述变压器T₁的初级绕组W₁的电压等于输入电压U_o-NV_d-V_d，导通时间为T-DT。由以上分析，并根据W₁上电感伏秒数守恒关系可得：

V_dD=(1-D)(U_o-NV_d-V_d)

由上是化简可得到增益公式为：

$M=N+\frac{1}{1-D}$

显然对比传统的Boost电路增益有显著的提高。

本发明波形如图3所示，图上方的波形图为开关管的驱动波形图，图下方的波形图为输出电压的波形图，其中V_C1为本发明的电容C₁的输出电压，等于传统Boost电路的输出电压，本发明在负载端输出电压比传统Boost电路增加了NV_d。

本发明解决了传统Boost电路的增益限制问题。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高增益Boost电路，其特征在于，包括变压器(T₁)、开关管(Q₁)、第一二极管(D₁)、第二二极管(D₂)、第三二极管(D₃)、第一储能电容(C₁)、第二储能电容(C₂)及负载(R)；

所述变压器(T₁)的第一次级绕组(W₂₁)、第二次级绕组(W₂₂)、第二二极管(D₂)和第三二极管(D₃)构成变压器升压模块(1)；

所述变压器(T₁)的初级绕组(W₁)、开关管(Q₁)、第一二极管(D₁)和第一储能电容(C₁)构成Boost电路模块(2)；

所述第二储能电容(C₂)和负载(R)构成输出模块；

所述变压器(T₁)的初级绕组(W₁)的同名端与直流电源(V_d)的正极连接；

所述变压器(T₁)的初级绕组(W₁)的异名端、第一二极管(D₁)的阳极和开关管(Q₁)的漏极连接于一点；

第一二极管(D₁)的阴极、第一储能电容(C₁)的一端、变压器(T₁)的第一次级绕组(W₂₁)的异名端和变压器(T₁)的第二次级绕组(W₂₂)的同名端连接于一点；

变压器(T₁)的第一次级绕组(W₂₁)的同名端和第二二极管(D₂)的阳极连接于一点；

变压器(T₁)的第二次级绕组(W₂₂)的异名端和第三二极管(D₃)的阳极连接于一点；

第二二极管(D₂)的阴极、第三二极管(D₃)的阴极、第二储能电容(C₂)的一端和负载(R)的一端连接于一点；

第二储能电容(C₂)的另一端、输出负载(R)的另一端、第一储能电容(C₁)的另一端和开关管(Q₁)的源极与电源(V_d)的负极连接于一点。

2.根据权利要求1所述的一种高增益Boost电路，其特征在于，所述变压器(T₁)的初级绕组(W₁)为升压电感，用于将变压器的第一次级绕组(W₂₁)和第二次级绕组(W₂₂)的输出叠加于第一储能电容(C₁)上。