CN106549573B - 带开关电感的高升压直流变换器 - Google Patents

带开关电感的高升压直流变换器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带开关电感的高升压直流变换器，其技术特点在于：包括连接在一起的输入直流电压Vi、4个电感、5个电容、12个二极管和2个MOSFET开关管。本发明设计合理，可实现高电压增益，满足了工业应用中高增益的要求，改善了直流变换器电路的效率，降低了输出直流电压Vo的纹波，提高了直流变换器电路的性价比，可广泛地应用在直流变换领域内。

Description

带开关电感的高升压直流变换器
技术领域
本发明属于直流变换器技术领域，尤其是一种带开关电感的高升压直流变换器。
背景技术
近年来，随着高压直流开关电源的应用，升压型DC/DC变换器在许多工业领域内越来越受欢迎。按照是否存在隔离，DC/DC变换器可分为隔离型和非隔离型变换器。隔离型变换器是将交流环节添加到基本的直流-直流变换器中，来实现更高的电压转换率，交流环节通常采用变压器实现输入和输出之间的隔离，故该转换器也称为直-交-直变换器。通常隔离型直流变换器应用于以下情况：(1)直流变换器输出端和输入端需要隔离；(2)所需的输出和输入电压的比例是远远大于或小于1。
与非隔离型变换器相比，隔离型变换器更容易实现升压，但由于隔离变换器开关浪涌能量损失大，体积和重量相对较大，这些都增加了直流变换器的成本，所以非隔离型变换器越来越受到研究者的青睐。
目前，基本的非隔离变换器主要有Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Zeta和Sepic变换器。上述变换器中，Buck和Buck-Boost变换器可以降压，Boost、Buck-Boost、Cuk、Zeta和Sepic变换器可以实现升压。然而，对于Boost、Buck-Boost、Cuk、Zeta和Sepic变换器，只有当占空比达到最大值，它的电压增益才可以达到最大。
图3给出了一种现有的升压直流变换器，该升压直流变换器由一个电感、三个电容、五个二极管、一个MOSFET开关管和负载组成，通过电容电感的充放电可以实现升压，但此直流变换器仍不能满足工业应用中高增益的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带开关电感的高升压直流变换器，解决现有升压直流变换器不能满足工业应用中高增益要求的问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种带开关电感的高升压直流变换器，包括输入直流电压Vi、电感、电容、二极管、MOSFET开关管和负载，所述输入直流电压Vi的正极分别与电感L4的一端、二极管D6的阳极和MOSFET开关管S2的一端相连接；所述二极管D6的阴极与电容C1的一端和二极管D7的阳极相连接；所述电感L4的另一端分别与二极管D5的阳极和电容C1的另一端相连接；所述二极管D7的阴极分别与电容C2的一端和二极管D8的阳极相连接；所述二极管D8的阴极分别与电容C3的一端和输出二极管Do的阳极相连接；所述输出二极管Do的阴极分别与电容Co的正极和负载Ro的正极相连接；所述二极管D5的阴极分别与电容C3的另一端和MOSFET开关管S1的一端相连接；所述电容Co的负极和负载Ro的负极之间的公共点J1分别与二极管D9的阳极和电容C4的一端相连接；所述MOSFET开关管S2的另一端分别与电容C4的另一端、电感L1的一端、二极管D3的阳极和二极管D4的阳极相连接；所述电感L1的另一端分别与二极管D1的阳极和二极管D10的阳极相连接；所述二极管D10的阴极和二极管D3的阴极共同与电感L2的一端相连接；所述电感L2的另一端分别与二极管D2的阳极和二极管D11的阳极相连接；所述二极管D11的阴极分别与二极管D4的阴极和电感L3的一端相连接；所述二极管D1的阴极、所述二极管D2的阴极和电感L3的另一端之间的公共点J2分别与二极管D9的阴极、MOSFET开关管S1的另一端、电容C2的另一端和输入直流电压Vi的负极相连接。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明将输入直流电压Vi通过电容和开关电感充放电来实现高电压增益，满足了工业应用中高增益的要求。
2、本发明减小了MOSFET开关管的电压应力，提高了本直流变换器电路的效率；本发明具有较低的电感电流尖波，降低了输出直流电压Vo的纹波。
3、本发明虽然增加了部分元器件数量，但在相同占空比下，将本发明的直流变换器的增益在原来增益基础上提高了4倍，提高了直流变换器的性价比。
4、本发明设计合理，实现高电压增益，满足了工业应用中高增益的要求，改善了直流变换器电路的效率，降低了输出直流电压Vo的纹波，提高了直流变换器电路的性价比，可广泛地应用在直流变换领域内。
附图说明
图1是本发明的电路图；
图2为MOSFET开关管S1和MOSFET开关管S2的驱动信号Vgs图；
图3是本发明的背景技术中的升压直流变换器的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
一种带开关电感的高升压直流变换器，如图1所示，包括输入直流电压Vi、4个电感、5个电容、12个二极管和2个MOSFET开关管。所述输入直流电压Vi的正极分别与电感L4的一端、二极管D6的阳极和MOSFET开关管S2的一端相连接；所述二极管D6的阴极与电容C1的一端和二极管D7的阳极相连接；所述电感L4的另一端分别与二极管D5的阳极和电容C1的另一端相连接；所述二极管D7的阴极分别与电容C2的一端和二极管D8的阳极相连接；所述二极管D8的阴极分别与电容C3的一端和输出二极管Do的阳极相连接；所述输出二极管Do的阴极分别与电容Co的正极(输出直流电压Vo的正极)和负载Ro的正极(输出直流电压Vo的正极)相连接；所述二极管D5的阴极分别与电容C3的另一端和MOSFET开关管S1的一端相连接；所述电容Co的负极(输出直流电压Vo的负极)和负载Ro的负极(输出直流电压Vo的负极)之间的公共点J1分别与二极管D9的阳极和电容C4的一端相连接；所述MOSFET开关管S2的另一端分别与电容C4的另一端、电感L1的一端、二极管D3的阳极和二极管D4的阳极相连接；所述电感L1的另一端分别与二极管D1的阳极和二极管D10的阳极相连接；所述二极管D10的阴极和二极管D3的阴极共同与电感L2的一端相连接；所述电感L2的另一端分别与二极管D2的阳极和二极管D11的阳极相连接；所述二极管D11的阴极分别与二极管D4的阴极和电感L3的一端相连接；所述二极管D1的阴极、所述二极管D2的阴极和电感L3的另一端之间的公共点J2分别与二极管D9的阴极、MOSFET开关管S1的另一端、电容C2的另一端和输入直流电压Vi的负极相连接。
图2给出了MOSFET开关管S1和MOSFET开关管S2的驱动信号Vgs图，在本实施例中，MOSFET开关管S1和MOSFET开关管S2同时导通或同时关断。一个周期Ts分为开关导通时间段Ton和开关关断时间段Toff，开关导通时间段Ton为t0-t1，用占空比D表示的话，则为DTs，开关关断时间段Toff为t1-t2，用占空比D表示的话，则为(1-D)Ts。
本发明的工作原理为：
当MOSFET开关管S1和MOSFET开关管S2处于图2所示的Ton时间段内时，输入直流电压Vi经二极管D5和MOSFET开关管S1给电感L4充电；经二极管D5、二极管D6和MOSFET开关管S1给电容C1充电；经MOSFET开关管S2和二极管D9给电容C4充电；经MOSFET开关管S2和二极管D1给电感L1充电；经MOSFET开关管S2、二极管D3和二极管D2给电感L2充电；经MOSFET开关管S2和二极管D4给电感L3充电；电容C2经二极管D8和MOSFET开关管S1给电容C2充电；负载Ro由电容Co供电。当MOSFET开关管S1和MOSFET开关管S2处于如图2所示的Toff时间段内，输入直流电压Vi、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电容C3和电容C4经二极管D5、二极管D10、二极管D11和输出二极管Do给电容Co和负载Ro供电；输入直流电压Vi、电感L4和电容C1经二极管D7给电容C2充电。
经理论推导，本发明提出的带开关电感的高升压直流变换器在占空比为D＝0.5时，输出直流电压Vo为输入直流电压Vi的9倍，满足了工业应用中高增益的要求。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种带开关电感的高升压直流变换器，包括输入直流电压Vi、电感、电容、二极管、MOSFET开关管和负载，其特征在于：所述输入直流电压Vi的正极分别与电感L4的一端、二极管D6的阳极和MOSFET开关管S2的一端相连接；所述二极管D6的阴极与电容C1的一端和二极管D7的阳极相连接；所述电感L4的另一端分别与二极管D5的阳极和电容C1的另一端相连接；所述二极管D7的阴极分别与电容C2的一端和二极管D8的阳极相连接；所述二极管D8的阴极分别与电容C3的一端和输出二极管Do的阳极相连接；所述输出二极管Do的阴极分别与电容Co的正极和负载Ro的正极相连接；所述二极管D5的阴极分别与电容C3的另一端和MOSFET开关管S1的一端相连接；所述电容Co的负极和负载Ro的负极之间的公共点J1分别与二极管D9的阳极和电容C4的一端相连接；所述MOSFET开关管S2的另一端分别与电容C4的另一端、电感L1的一端、二极管D3的阳极和二极管D4的阳极相连接；所述电感L1的另一端分别与二极管D1的阳极和二极管D10的阳极相连接；所述二极管D10的阴极和二极管D3的阴极共同与电感L2的一端相连接；所述电感L2的另一端分别与二极管D2的阳极和二极管D11的阳极相连接；所述二极管D11的阴极分别与二极管D4的阴极和电感L3的一端相连接；所述二极管D1的阴极、所述二极管D2的阴极和电感L3的另一端之间的公共点J2分别与二极管D9的阴极、MOSFET开关管S1的另一端、电容C2的另一端和输入直流电压Vi的负极相连接。
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