CN103414344A - 宽范围输入高变换比率升降压转换电路和直流转换装置 - Google Patents

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马化盛
沈世荣
张化伟
孔鹏远
李少华
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Abstract

本发明是有关一种宽范围输入高变换比率升降压转换电路和直流转换装置。该转换电路，包括开关管，自耦变压器，续流二极管和滤波电容，该开关管分别与电源和该自耦变压器连接，并由所接收到的脉冲宽度调制控制信号控制，该续流二极管的正极与该滤波电容的一端连接后与负载的一端连接，该续流二极管的负极与该自耦变压器连接，该滤波电容的另一端、负载的另一端以及该自耦变压器的接地端分别接地。该直流转换装置包含前述的转换电路。本发明具有高变换比率，解决了现有同类拓扑的变换器在一定占空比条件下存在升降压比低、转换效率低等瓶颈。

Description

宽范围输入高变换比率升降压转换电路和直流转换装置
技术领域
本发明涉及新能源发电变换领域，特别是涉及一种宽范围输入高变换比率升降压转换电路和转换装置。
背景技术
在技术不断发展、非可再生能源日趋减少的今天，风能、太阳能、燃料电池等可再生新能源技术的研究与应用已经成为当今发展的重点，得到了各国政府、高校科研院所及企业单位的大力重视。
以分布式光伏发电系统为例，其核心部件是电力电子变换器，集功率变换及优化控制于一体。然而，由于分布式新能源发电系统的前级输入电压低且变化范围大，现有技术所提供的升压或降压电路无法在较高或较低输入电压及一定占空比范围内的情况下实现较高的升降压比率，即使可以用其他拓扑实现，但是增加了系统的复杂性、稳定性和BOM成本。
发明内容
有鉴于上述现有技术所存在的缺陷，本发明的目的在于，提供一种宽范围输入高变换比率升降压转换电路，使其具有高变换比率，解决了现有同类拓扑的变换器在一定占空比条件下存在升降压比低、转换效率低等瓶颈。
为了实现上述目的，依据本发明提出的一种宽范围输入高变换比率升降压转换电路，包括开关管Q1，自耦变压器TX1，续流二极管D1和滤波电容C1，开关管Q1分别与电源V1和自耦变压器TX1连接，并由所接收到的脉冲宽度调制PWM控制信号控制，续流二极管D1的正极与滤波电容C1的一端连接后与负载R1的一端连接，续流二极管D1的负极与自耦变压器TX1连接，滤波电容C1的另一端、负载R1的另一端以及自耦变压器TX1的接地端分别接地。
本发明还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的转换电路，自耦变压器TX1包括第一绕组P1，第二绕组P2，P2的异名端与续流二极管D1的负极连接，P2的同名端分别与开关管Q1和P1的异名端连接，P1的同名端接地。
前述的转换电路，自耦变压器TX1包括第一绕组P1，第二绕组P2，P2的异名端与开关管Q1连接，P2的同名端分别与续流二极管D1的负极和P1的异名端连接，P1的同名端接地。
前述的转换电路，自耦变压器TX1包括第一绕组P1，第二绕组P2，第三绕组P3，P3的异名端与开关管Q1连接，P3的同名端分别与续流二极管D1的负极和P2的异名端连接；所述转换电路还包括受另一脉冲宽度调制PWM控制信号控制的开关管Q2，开关管Q2分别与P2的同名端和P1的异名端连接，P1的同名端接地。
前述的转换电路，输入绕组的匝数为Ni，输出绕组的匝数为No，变换器的输入-输出关系式为Vo/Vi=n*D/（1-D），其中，Vo、Vi分别为所述转换电路的输出电压和输入电压，D是开关管Q1所接收到的PWM控制信号的占空比，n=No/Ni。
本发明还公布了一种直流转换装置，包括前述的宽范围输入高变换比率升降压转换电路。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案,本发明的一种宽范围输入高变换比率升降压转换电路，至少具有下列优点：
在相同的输入、输出电压下，相对于传统buck-boost电路的占空比将变小或变大，改善了传统buck-boost电路因输入、输出条件恶劣时占空比出现极端的缺点，同时由于变压器绕组之间的耦合作用，自耦变压器初次级绕组利用率高，确保变换器具有极高的转换效率。
附图说明
图1是本发明的宽范围输入高变换比率升降压转换电路具体实施例一的示意图。
图2是本发明的宽范围输入高变换比率升降压转换电路具体实施例二的示意图。
图3是本发明的宽范围输入高变换比率升降压转换电路具体实施例三的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的宽范围输入高变换比率升降压转换电路其具体实施方式、步骤、结构、特征及其功效详细说明。
请参阅图1-图3所示，分别是本发明的宽范围输入高变换比率升降压转换电路具体实施例一、二、三的示意图。
本发明较佳实施例的宽范围输入高变换比率升降压转换电路，包括开关管Q1，自耦变压器TX1，续流二极管D1和滤波电容C1，开关管Q1分别与电源V1和自耦变压器TX1连接，并由所接收到的脉冲宽度调制PWM控制信号控制，续流二极管D1的正极与滤波电容C1的一端连接后与负载R1的一端连接，续流二极管D1的负极与自耦变压器TX1连接，滤波电容C1的另一端、负载R1的另一端以及自耦变压器TX1的接地端分别接地。
参照图1，实施例一的宽范围输入高变换比率升降压转换电路，自耦变压器TX1包括第一绕组P1，第二绕组P2，P2的异名端与续流二极管D1的负极连接，P2的同名端分别与开关管Q1和P1的异名端连接，P1的同名端接地。其中，输入绕组是第一绕组P1，输出绕组是第一绕组和第二绕组。
当开关管Q1导通时，自耦变压器TX1的输入绕组P1储能，二极管D1反向截止，由电容C1向负载提供能量；当开关管Q1关断时，二极管D1正向导通，自耦变压器TX1的输出绕组P1+P2向负载提供能量同时给电容C1充电。
由于自耦变压器TX1的输入绕组的匝数Ni和输出绕组匝数No有一定的比例关系n（n=No/Ni），本变换器的输入-输出关系式为Vo/Vi=n*D/（1-D），通过合理选择n值，可以实现更优的变换效果。其中，Vo、Vi分别为输出电压和输入电压，D是开关管Q1所接收到的PWM控制信号的占空比。相比传统的buck-boost变换电路，输入电压相同时候，D相同的话，输出电压就会更高。
参照图2，实施例二的宽范围输入高变换比率升降压转换电路，自耦变压器TX1包括第一绕组P1，第二绕组P2，P2的异名端与开关管Q1连接，P2的同名端分别与续流二极管D1的负极和P1的异名端连接，P1的同名端接地。其中，输入绕组是第一绕组P1和第二绕组P2，输出绕组是第一绕组P1。
当开关管Q1导通时，自耦变压器TX1的输入绕组P1和P2储能，二极管D1反向截止，由电容C1向负载提供能量；当开关管Q1关断时，二极管D1正向导通，自耦变压器TX1的输出绕组P1负载提供能量同时给电容C1充电。在开关管开通时候P1和P2串联构成输入绕组，在开关管Q1断开时，P1绕组为输出绕组。
由于自耦变压器TX1的输入绕组的匝数Ni和输出绕组的匝数No有一定的比例关系n（n=No/Ni），本变换器的输入-输出关系式为Vo/Vi=n*D/（1-D），通过合理选择n值，可以实现更优的变换效果。其中，Vo、Vi分别为输出电压和输入电压，D是开关管Q1所接收到的PWM控制信号的占空比。相比传统的buck-boost变换电路，输入电压相同，D相同的话，输出电压更小。
参照图3，实施例三的宽范围输入高变换比率升降压转换电路，自耦变压器TX1包括第一绕组P1，第二绕组P2，第三绕组P3，P3的异名端与开关管Q1连接，P3的同名端分别与续流二极管D1的负极和P2的异名端连接；所述转换电路还包括受另一脉冲宽度调制PWM控制信号控制的开关管Q2，开关管Q2分别与P2的同名端和P1的异名端连接，P1的同名端接地。其中，Q1不工作，Q2工作时，输入绕组P1，输出绕组P1、P2；Q1工作，Q2不工作时，输入绕组P1、P2和P3，输出绕组P1和P2。
输入绕组的匝数为Ni，输出绕组的匝数为No，变换器输入-输出关系式为Vo/Vi=n*D/（1-D），其中，Vo、Vi分别为输出电压和输入电压，D是开关管Q1所接收到的PWM控制信号的占空比，n=No/Ni。
本发明还公布了一种直流转换装置，包括附图1、2、3或4所示的宽范围输入高变换比率升降压转换电路中的一个。本发明所提供的宽范围输入高变换比率升降压转换电路可以用在直流转换装置，如DC-DC转换器，直流转换装置用于将一个范围或固定值的直流电压变换为另一个可变或固定值的直流电压。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本发明实施的范围，依据本发明的权利要求书及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种宽范围输入高变换比率升降压转换电路，其特征在于，包括开关管，自耦变压器，续流二极管和滤波电容，该开关管分别与电源和该自耦变压器连接，并由所接收到的脉冲宽度调制控制信号控制，该续流二极管的正极与该滤波电容的一端连接后与负载的一端连接，该续流二极管的负极与该自耦变压器连接，该滤波电容的另一端、负载的另一端以及该自耦变压器的接地端分别接地。
2.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，该自耦变压器包括第一绕组及第二绕组；该第二绕组的异名端与该续流二极管的负极连接，该第二绕组的同名端分别与该开关管和该第一绕组的异名端连接，该第一绕组的同名端接地。
3.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，该自耦变压器包括第一绕组及第二绕组，该第二绕组的异名端与该开关管连接，该第二绕组的同名端分别与该续流二极管的负极和该第一绕组的异名端连接，该第一绕组的同名端接地。
4.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，该自耦变压器包括第一绕组、第二绕组及第三绕组；该第三绕组的异名端与该开关管连接，该第三绕组的同名端分别与该续流二极管的负极和该第二绕组的异名端连接；所述转换电路还包括受另一脉冲宽度调制M控制信号控制的第二开关管，第二开关管分别与该第二绕组的同名端和该第一绕组的异名端连接，该第一绕组的同名端接地。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的转换电路，其特征在于，该自耦变压器的输入绕组的匝数为Ni，输出绕组的匝数为No，变换器输入-输出关系式为Vo/Vi=n*D/（1-D），其中，Vo、Vi分别为输出电压和输入电压，D是开关管所接收到的脉冲宽度调制控制信号的占空比，n=No/Ni。
6.一种直流转换装置，其特征在于，包括权利要求1、2、3、4或5所述的宽范围输入高变换比率升降压转换电路。
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