CN107395011A

CN107395011A - 单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器

Info

Publication number: CN107395011A
Application number: CN201710626451.XA
Authority: CN
Inventors: 李虹; 曾洋斌; 郑琼林; 孙湖; 郝瑞祥
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2037-07-27
Also published as: CN107395011B

Abstract

本发明提出一种单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，包括：电容钳位电路和Boost电路，其中，电容钳位电路由蓄能电容C₁、钳位电容C₂、二极管D₁和二极管D₂连接构成；Boost电路由电感L、开关管S、主二极管D_b、主电容C_o、输入源V_in和负载R_L连接构成，其中，电容钳位电路的输入端置于Boost电路的开关管S的两端，电容钳位电路中的钳位电容C₂嵌入Boost电路的输出负载R_L的负端，以实现电容钳位电路和Boost电路的有机融合。本发明具有增益高、电感和开关管数量少、电压应力低的优点。

Description

单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器。

背景技术

光伏发电接入大电网、微电网的电力电子变换技术是新能源发电非常关键的技术环节，目前被广泛认可并采纳的光伏并网发电系统包含前级直流变换器和后级并网逆变器。一般的光伏组件输出电压低(20～50V)，为了获得较高的电压以供给并网逆变器、直流微电网、高压直流负载等，需要采用具备高电压增益的直流变换器。同时，随着工业应用对变换器的经济成本、功率密度提出越来越高的要求，使得变换器拓扑的结构越简单，电感等体积大的器件越少，则拓扑实用性越高。因此，适合中小功率场合的，具有高电压增益、低器件成本和高功率密度的直流变换器是需要进一步突破的技术瓶颈。

传统的Boost和Buck-Boost等具有升压功能的变换器受到开关管电压应力、变换效率等因素的限制，很难实现高电压增益。这种情况下，许多相关技术针对高电压增益变换器提出了解决方案，包括耦合电感式、电荷泵电路式、开关电容式和开关电感等。

例如，一种相关技术提出利用耦合电感将其耦合匝比引入到增益表达式中，通过调整匝比实现较高的电压应力。而且耦合电感的漏感引起严重的开关管关断电压尖峰问题也通过交错并联、有源钳位等方法解决。但是耦合电感式高增益变换器增加了电感的数量，导致变换器体积增大，损耗也增加。另一种先关技术利用一种两个电感、两个二极管和一个电容组成的电荷泵电路，将其有机融合于同步整流Boost拓扑中，实现了在传统Boost变换器的基础上增益翻倍，但是增加了电感的数量。

还有一种相关技术将一个交错并联的Boost变换器与一种四个电容和四个二极管构成的电荷泵电路有机结合，实现了增益四倍于传统Boost变换器。但是需要采用两个Boost变换器，而且电荷泵的器件比较多，必然增加成本和损耗。另外，还有一种相关技术利用开关电容或开关电感实现了变换器的高增益特征，该方案提出开关Boost变换器，由传统开关Boost网络和开关电容和开关电感单元构成，实现了更高的电压增益，更低的器件应力。进一步地，另一种相关技术还提出了一个简单的开关电容Boost变换器，在Boost拓扑结构上只增加了一个二极管和一个电容，实现了(2-D)/(1-D)的增益。还有相关技术概括地分析了开关电容变换器的基础的限制理论，给出的开关电容变换器的设计参考。但是开关电容变换器无法实现动态控制，负载适应性差，适用范围有限。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，该直流升压变换器具有增益高、电感和开关管数量少、电压应力低的优点。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，包括：电容钳位电路和Boost电路，其中，所述电容钳位电路由蓄能电容C₁、钳位电容C₂、二极管D₁和二极管D₂连接构成；所述Boost电路由电感L、开关管S、主二极管D_b、主电容C_o、输入源V_in和负载R_L连接构成，其中，所述电容钳位电路的输入端置于Boost电路的开关管S的两端，所述电容钳位电路中的钳位电容C₂嵌入所述Boost电路的输出负载R_L的负端，以实现所述电容钳位电路和Boost电路的有机融合。

另外，根据本发明上述实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，其中，当所述电容钳位电路的输入端AN接入幅值为V_dc的方波电压时，其输出端CN获得-V_dc的电压；当v_AN＝V_dc时，二极管D₂正向导通，蓄能电容C₁通过D₂充电，此时二极管D₁反向截止；当v_AN＝0时，二极管D₁正向导通，C₁通过v_AN和D₁给C₂充电，钳位电容C₂逐步建立下正上负的电压，达到平衡后，可得v_CN＝-V_dc。

在一些示例中，其中，所述负载R_L两端的电压为：

V_out＝v_Co+(-v_C2)＝v_Co+V_ds＝v_Co+v_Co＝2v_Co，

其中，V_out为负载R_L两端的电压，v_Co为主电容C_o两端的电压；v_C2为钳位电容C₂两端的电压，V_ds为开关管S两端的电压。

在一些示例中，所述直流升压变换器的工作模式包括连续模式和断续模式，其中，在所述连续模式下，所述直流升压变换器在一个开关周期内分包括第一工作模态和第二工作模态。

在一些示例中，其中，在所述第一工作模态下，包括：开关管S的驱动脉冲v_gs为高，开关管开通，其导通压降为V_on，输入源V_in通过开通的开关管给电感恒压充磁，根据基尔霍夫电压定律，则下述公式(1)成立，并且V_in和V_on恒定，则电感电流变化率恒定，即i_L线性增加，其中，所述公式(1)如下：

在一些示例中，在所述第一工作模态下，还包括：C₁通过开关管S和D₁给C₂反向充电，C₁放电，v_C1的变化率为负，开关管S的内阻为R_S，根据基尔霍夫电流定律可得到下述公式(2)，且V_on和R_S恒定，根据以下公式(3)可得到v_C1，且在此模态内i_L线性增加，C₁持续放电，则v_C1呈凹函数非线性减小，其中，所述公式(2)和公式(3)分别如下：

在一些示例中，在所述第一工作模态下，还包括：C₂同时为负载R_L提供电压，根据C点的基尔霍夫电流定律可得到以下公式(4)，并结合(2)和(4)，通过以下公式(5)可计算出v_C2，且在此模态内，v_Co线性减小，i_L线性增加，v_C2为负，且呈凹函数非线性变化，其中，所述公式(4)和公式(5)分别如下：

在一些示例中，在所述第二工作模态下，包括：开关管S的驱动脉冲v_gs为低，开关管关断，其阻断电压为V_ds，主二极管D_b导通，输入源V_in为负载提供电能，根据基尔霍夫电压定律可得到以下公式(6)，并根据以下公式7求解得到i_L，且输入源V_in和开关管阻断电压V_ds均恒定，且V_ds大于V_in，则电感电流线性减小，其中，所述公式(6)和公式(7)分别如下：

在一些示例中，在所述第二工作模态下，还包括：输入源V_in通过电感L和D₂给C₁充电，且D_b导通，则可得到以下公式(8)，即C₁的电压与C_o的电压相同，且缓慢线性增加，同时，通过负载R_L给C₂正向充电，根据基尔霍夫电压定律得到以下公式(9)，在V_out恒定的情况下，则v_C2和v_Co相同，且缓慢增加，且t₁时刻的v_C2为负，其电压负向减小，其中，所述公式(8)和公式(9)分别如下：

在一些示例中，在所述第二工作模态下，还包括：C₂的充放电平衡后满足以下公式(10)成立，具体为：

根据基尔霍夫电压定律可得到以下公式(11)，并根据传统Boost变换器的增益表达式(12)，可得到所述直流升压变换器的增益表达式(13)，其中，所述公式(11)、表达式(12)和表达式(13)分别如下：

其中，D为开关管S的占空比，M_CCB为所述的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的增益。

根据本发明实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，将一种两个电容和两个二极管构成的电容钳位电路有机融合于传统Boost拓扑中，从而将其工作时产生的钳位电容有机融合于Boost拓扑中，通过电容钳位电路中被钳位的反压电容得到两倍的输出电压，且不增加开关管的电压应力。该直流升压变换器具有增益高、电感和开关管数量少、电压应力低的优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的电路结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的生成过程原理示意图；

图3是根据本发明一个实施例的电容钳位电路的示意图；

图4是根据本发明一个实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的主要工作波形示意图；

图5是根据本发明一个实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的第一工作模态示意图；

图6是根据本发明一个实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的第二工作模态示意图；

图7是根据本发明一个具体实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器与传统Boost变换器的增益比较示意图；

图8是根据本发明一个具体实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的仿真开关管电压应力波形示意图；

图9是根据本发明一个具体实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的仿真主要工作波形示意图；

图10是根据本发明一个具体实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的仿真输出波形示意图；

图11是根据本发明一个具体实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的实验开关管电压应力波形示意图；

图12是根据本发明一个具体实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的实验主要工作波形示意图；

图13是根据本发明一个具体实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的实验输出波形示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图描述根据本发明实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器。

图1是根据本发明一个实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器的电路原理示意图。如图1所示，该单电感单开关高增益电容钳位式直流升压(Capacitor-Clamped-Boost，CCB)变换器，包括：电容钳位电路和Boost电路。

其中，如图3所示，电容钳位电路由蓄能电容C₁、钳位电容C₂、二极管D₁和二极管D₂连接构成。如图2所示，Boost电路由电感L、开关管S、主二极管D_b、主电容C_o、输入源V_in和负载R_L连接构成。具体地，结合图1和图2所示，电容钳位电路的输入端置于Boost电路的开关管S的两端，电容钳位电路中的钳位电容C₂嵌入Boost电路的输出负载R_L的负端，以实现电容钳位电路和Boost电路的有机融合。具体地说，根据如图3所示电容钳位电路的特征，以及传统的Boost变换器中开关管的开关动作导致开关管两端的电压呈0、V_ds的方波变化。将电容钳位电路的输入端置于Boost变换器的开关管两端，同时将电容钳位电路中被钳位的电容C₂嵌入Boost变换器输出负载的负端，由此可得到输出电压翻倍的新型直流变换器，即CCB变换器，具体过程例如如图2所示。

在本发明的一个实施例中，如上所述，电容钳位电路由两个电容(C₁，C₂)和两个二极管(D₁，D₂)构成。其中，当电容钳位电路输入端AN接入幅值为V_dc的方波电压时，其输出端CN能够获得-V_dc的电压。具体地，当v_AN＝V_dc时，二极管D₂正向导通，蓄能电容C₁通过D₂充电，此时二极管D₁反向截止；当v_AN＝0时，二极管D₁正向导通，C₁通过v_AN和D₁给C₂充电，钳位电容C₂逐步建立下正上负的电压，达到平衡后，可得v_CN＝-V_dc，例如图3所示。

在本发明的一个实施例中，由图2可知，电容钳位电路与Boost电路有机融合后，负载上的电压等于V_Co加上-V_C2。在CCB变换器中，由于开关管两端，即AN两端的电压呈0，V_ds，0变化，因此v_C2＝-V_ds，又因V_ds≈v_Co，因此，负载R_L两端的电压为：

V_out＝v_Co+(-v_C2)＝v_Co+V_ds＝v_Co+v_Co＝2v_Co

在本发明的一个实施例中，该直流升压变换器(即CCB变换器)的工作模式包括连续模式(continuous conduction mode，CCM)和断续模式(discontinuous conductionmode，DCM)，其中，在连续模式下，直流升压变换器在一个开关周期内分包括2个工作模态，分别为第一工作模态和第二工作模态，其主要工作波形如图4所示，第一工作模态和第二工作模态分别如图5和图6所示。

具体地，在第一工作模态(t₀-t₁)下，具体包括：

开关管S的驱动脉冲v_gs为高，开关管开通，其导通压降为V_on，输入源V_in通过开通的开关管给电感恒压充磁，根据基尔霍夫电压定律(Kirchhoff's voltage law，KVL)，则满足下述公式(1)成立，并且V_in和V_on恒定，则电感电流变化率恒定，即i_L线性增加，例如图4所示。其中，公式(1)如下：

同时，在第一工作模态下，还包括：

C₁通过开关管S和D₁给C₂反向充电，C₁放电，v_C1的变化率为负，开关管S的内阻为R_S，根据基尔霍夫电流定律(Kirchhoff's current law，KCL)可得到下述公式(2)，且由于V_on和R_S恒定，根据以下公式(3)可得到v_C1，且在此模态内i_L线性增加，C₁持续放电，则v_C1呈凹函数非线性减小，例如图4所示。其中，公式(2)和公式(3)分别如下：

进一步地，在第一工作模态下，还包括：

此模态内C₂同时为负载R_L提供电压，根据C点的基尔霍夫电流定律KCL可得到以下公式(4)，并结合(2)和(4)，通过以下公式(5)可计算出v_C2，且在此模态内，v_Co线性减小，i_L线性增加，结合公式(5)可知v_C2为负，且呈凹函数非线性变化，例如图4所示。其中，公式(4)和公式(5)分别如下：

进一步地，在第二工作模态(t₁-t₂)下，包括：

开关管S的驱动脉冲v_gs为低，开关管关断，其阻断电压为V_ds，主二极管D_b导通，输入源V_in为负载提供电能，根据基尔霍夫电压定律可得到以下公式(6)，并根据以下公式7求解得到i_L，且由于输入源V_in和开关管阻断电压V_ds均恒定，且V_ds大于V_in，则电感电流线性减小，例如图4所示。其中，公式(6)和公式(7)分别如下：

同时，在第二工作模态下，还包括：

输入源V_in通过电感L和D₂给C₁充电，且由于D_b导通，则可得到以下公式(8)，即C₁的电压与C_o的电压相同，且缓慢线性增加。同时，通过负载R_L给C₂正向充电，根据基尔霍夫电压定律得到以下公式(9)，在V_out恒定的情况下，则v_C2和v_Co相同，且缓慢增加，且t₁时刻的v_C2为负，因此其电压负向减小，例如图4所示。其中，公式(8)和公式(9)分别如下：

进一步地，在第二工作模态下，还包括：

由于在开关过程中，C₂只在第二工作模态下被正向充电时v_C2反向减小，且上述公式(9)成立，而在第一工作模态下由C₁给C₂正向充电，即C₁的电能逐步转移到C₂中，因此，在本发明的一个实施例中，C₂的充放电平衡后满足以下公式(10)成立，具体为：

因此，根据基尔霍夫电压定律可得到以下公式(11)，并根据传统Boost变换器的增益表达式(12)，可得到直流升压变换器的增益表达式(13)，其中，公式(11)、表达式(12)和表达式(13)分别如下：

在具体示例中，本发明上述实施例所提出的CCB变换器和传统Boost变换器的增益表达式对比如图7所示，可见CCB变换器具有高增益特性。

为了便于更好地理解本发明上述实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，以下结合附图及具体实施例对该直流升压变换器做进一步描述。

在本实施例中，对该单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器进行仿真验证。

具体地，为了验证CCB变换器的理论分析，根据下表1中的CCB和Boost变换器仿真与实验参数搭建了仿真平台和实验样机。

表1

首先，根据理论分析，在表1的参数下，CCB变换器输出电压达到300V，如以下公式(14)所示，因此CCB变换器的输出功率为450W，如以下公式(15)所示。而在相同的参数下Boost变换器的输出电压只有150V，如以下公式(16)所示。Boost的输出功率只有112.5W，如以下公式(17)所示。具体地，公式(14)-(17)分别如下：

另外，开关管S的阻断电压V_ds约等于v_Co，即Boost变换器输出电压，因此CCB变换器与Boost变换器具有相同的开关管承受电压，理论上在表1参数下为150V。

仿真结果如下，驱动脉冲和开关管v_ds的波形如图8所示，忽略开关尖峰，因半导体存在导通电阻，则开关管电压应力小于150V，即小于V_out/2。

进一步地，CCB变换器在CCM模式下的仿真主要工作波形如图9所示，与图4的理论主要工作波形基本相符，验证了工作模态分析的正确性。

输出电压V_out、钳位电容C₂和主电容C_o的电压仿真波形如图10所示，可知输出电压在占空比D＝0.8的时候，基本实现了增益为10的升压变换。

在本实施例中，还对该单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器进行实验验证。

具体地，为了验证理论和仿真的正确性，根据上述表1中的参数搭建了450W 30V/300V的实验样机，实验结果如下所示。

驱动脉冲和开关管v_ds的实验波形如图11所示，即使考虑开关尖峰，最高开关管电压应力仅为200V。

CCB变换器在CCM模式下的实验主要工作波形如图12所示，由于C₁和C₂的电压变化非常小，其实验波形不便于截取，不过驱动波形和电感电流波形可验证，与理论和仿真的主要工作波形相符。

V_out、v_C2和v_Co的实验波形如图13所示，验证了V_out＝v_Co-v_C2的理论分析结论，且数值上验证了仿真的正确性。其中v_Co的电压值与传统Boost变换器的输出电压一致，因此同时验证了CCB变换器的输出电压为Boost变换器的2倍。

以上在D＝0.8时的工作状况下利用实验样机验证了理论和仿真分析结果的正确性，进一步有力地证明了CCB变换器所具备的高增益优势，且电感和开关管的数量都为1，同时还不增加开关管电压应力。

因此，在本实施例中，该单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，其拓扑结构包含的电感和开关管数量均为1，不仅增益达到2/(1-D)，而且开关管电压应力不变。另外，本发明实施例的CCB变换器为高增益电能变换应用场合提供一种简单实用的拓扑结构。

综上，根据本发明实施例的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，将一种两个电容和两个二极管构成的电容钳位电路有机融合于传统Boost拓扑中，从而将其工作时产生的钳位电容有机融合于Boost拓扑中，通过电容钳位电路中被钳位的反压电容得到两倍的输出电压，且不增加开关管的电压应力。该直流升压变换器具有增益高、电感和开关管数量少、电压应力低的优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，其特征在于，包括：电容钳位电路和Boost电路，其中，

所述电容钳位电路由蓄能电容C₁、钳位电容C₂、二极管D₁和二极管D₂连接构成；

所述Boost电路由电感L、开关管S、主二极管D_b、主电容C_o、输入源V_in和负载R_L连接构成，其中，

所述电容钳位电路的输入端置于Boost电路的开关管S的两端，所述电容钳位电路中的钳位电容C₂嵌入所述Boost电路的输出负载R_L的负端，以实现所述电容钳位电路和Boost电路的有机融合。

2.根据权利要求1所述的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，其特征在于，其中，

当所述电容钳位电路的输入端AN接入幅值为V_dc的方波电压时，其输出端CN获得-V_dc的电压；

当v_AN＝V_dc时，二极管D₂正向导通，蓄能电容C₁通过D₂充电，此时二极管D₁反向截止；

当v_AN＝0时，二极管D₁正向导通，C₁通过v_AN和D₁给C₂充电，钳位电容C₂逐步建立下正上负的电压，达到平衡后，可得v_CN＝-V_dc。

3.根据权利要求1所述的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，其特征在于，其中，所述负载R_L两端的电压为：

V_out＝v_Co+(-v_C2)＝v_Co+V_ds＝v_Co+v_Co＝2v_Co，

其中，V_out为负载R_L两端的电压，v_Co为主电容C_o两端的电压，v_C2为钳位电容C₂两端的电压，V_ds为开关管S两端的电压。

4.根据权利要求1所述的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，其特征在于，所述直流升压变换器的工作模式包括连续模式和断续模式，其中，在所述连续模式下，所述直流升压变换器在一个开关周期内分包括第一工作模态和第二工作模态。

5.根据权利要求4所述的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，其特征在于，其中，在所述第一工作模态下，包括：

开关管S的驱动脉冲v_gs为高，开关管开通，其导通压降为V_on，输入源V_in通过开通的开关管给电感恒压充磁，根据基尔霍夫电压定律，则下述公式(1)成立，并且V_in和V_on恒定，则电感电流变化率恒定，即i_L线性增加，其中，所述公式(1)如下：

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6.根据权利要求5所述的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，其特征在于，在所述第一工作模态下，还包括：

C₁通过开关管S和D₁给C₂反向充电，C₁放电，v_C1的变化率为负，开关管S的内阻为R_S，根据基尔霍夫电流定律可得到下述公式(2)，且V_on和R_S恒定，根据以下公式(3)可得到v_C1，且在此模态内i_L线性增加，C₁持续放电，则v_C1呈凹函数非线性减小，其中，所述公式(2)和公式(3)分别如下：

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7.根据权利要求6所述的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，其特征在于，在所述第一工作模态下，还包括：

C₂同时为负载R_L提供电压，根据C点的基尔霍夫电流定律可得到以下公式(4)，并结合(2)和(4)，通过以下公式(5)可计算出v_C2，且在此模态内，v_Co线性减小，i_L线性增加，v_C2为负，且呈凹函数非线性变化，其中，所述公式(4)和公式(5)分别如下：

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8.根据权利要求4所述的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，其特征在于，在所述第二工作模态下，包括：

开关管S的驱动脉冲v_gs为低，开关管关断，其阻断电压为V_ds，主二极管D_b导通，输入源V_in为负载提供电能，根据基尔霍夫电压定律可得到以下公式(6)，并根据以下公式7求解得到i_L，且输入源V_in和开关管阻断电压V_ds均恒定，且V_ds大于V_in，则电感电流线性减小，其中，所述公式(6)和公式(7)分别如下：

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9.根据权利要求8所述的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，其特征在于，在所述第二工作模态下，还包括：

输入源V_in通过电感L和D₂给C₁充电，且D_b导通，则可得到以下公式(8)，即C₁的电压与C_o的电压相同，且缓慢线性增加，同时，通过负载R_L给C₂正向充电，根据基尔霍夫电压定律得到以下公式(9)，在V_out恒定的情况下，则v_C2和v_Co相同，且缓慢增加，且t₁时刻的v_C2为负，其电压负向减小，其中，所述公式(8)和公式(9)分别如下：

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10.根据权利要求9所述的单电感单开关高增益电容钳位式直流升压变换器，其特征在于，在所述第二工作模态下，还包括：

C₂的充放电平衡后，以下公式(10)成立，具体为：

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