CN107659144A - 电感内置升压单元变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电感内置升压单元变换器，属于电力电子变换器的技术领域。所述的电感内置升压单元变换器包含电感内置升压单元、直流电压源、功率开关管、输出功率二极管和滤波电容，其中电感内置升压单元包含耦合电感、储能电容与续流二极管。本发明能够将电压增益提到较高的水平，弥补了传统Boost电路升压能力不足的缺陷，具有增益高、结构简单、转换效率高的优点。相比现有耦合电感升压电路，无需增加额外的漏感能量吸收和开关管钳位电路，具有最简电路结构和最少的元器件，变换效率和可靠性更高。

Description

电感内置升压单元变换器
技术领域
本发明涉及电力电子变换器领域领域，特别是涉及电感内置升压单元变换器。
背景技术
在新能源发电，工矿照明与汽车电子等诸多低输入、高输出电压场合需要采用高增益变换器进行电压变换。传统Boost变换器在理论上的输出增益可以达到无穷大，但是在实际中由于寄生参数的存在，实际的增益很难超过并且变换效率低，传统耦合电感升压电路需要加入无源或有源钳位电路来吸收漏感能量和抑制开关管电压尖峰，电路结构复杂，元器件数量多，为此需要设计一种无需额外钳位电路的电感内置升压单元变换器。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供了一种电感内置升压单元变换器电路用以实现高增益、高效率的功率变换。电感内置升压单元可以实现增益的提升，并且在满足耦合电感漏感与储能电容谐振周期需小于功率开关管导通时间条件下，可实现续流二极管零电流关断，以提高变换效率，为达此目的，本发明提供包括电感内置升压单元、直流电压源Vin、功率开关管S1、输出二极管Do、滤波电容CO和负载RL，其特征在于：所述直流电压源Vin与电感内置升压单元的输入端相连接，所述电感内置升压单元的输出端与功率开关管S1与输出二极管Do形成的公共连接点连接，所述的输出电容CO为变换器的输出端，所述滤波电容CO和负载RL并联，所述电感内置升压单元结构是包括相互耦合的第一电感与第二电感、储能电容Cr、续流二极管Dr，所述耦合电感中的第一电感Np同名端、储能电容、耦合电感中的第二电感Ns同名端依次串联，续流二极管Dr阳极接入储能电容Cr与耦合电感中的第一电感Np之间的连接点，续流二极管阳极Dr阴极与耦合电感中的第二电感Ns的异名端连接。
本发明的进一步改进，所述储能电容CO为有极性电容或无极性电容。
本发明的进一步改进，所述储能电容CO为有极性电容时，所述储能电容CO的电容正极与第二电感的同名端连接，所述储能电容CO的电容负极与第一电感的异名端连接。
本发明的进一步改进，为保证变换器能够工作在部分谐振模式，以实现续流二极管零电流关断，耦合电感漏感与储能电容谐振周期需小于功率开关管导通时间。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明该变换器电路结构简单，仅含有耦合电感、储能电容、续流二极管，功率开关管、输出二极管、输出电容六个主要元件。
2、本发明变换器能够提供极大的电压增益，满足高增益场合变换的需求；
3、变换器能够工作在部分谐振模式，可实现续流二极管零电流关断，变换效率高。
附图说明
图1为电感内置升压单元变换器的电路图。
图2 当输入电压Vi=30V，输出电压VO=400V时实验波形。
图中标号说明：Vin为直流电压源， S1为功率开关管，Dr为续流二极管，Do为输出二极管，Np为耦合电感中的第一电感，Ns为耦合电感中的第二电感，Cr为储能电容，CO为输出滤波 电容，RL为负载。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供了一种电感内置升压单元变换器电路用以实现高增益、高效率的功率变换。电感内置升压单元可以实现增益的提升，并且在满足耦合电感漏感与储能电容谐振周期需小于功率开关管导通时间条件下，可实现续流二极管零电流关断，以提高变换效率。
如图1所示的电感内置升压单元变换器，包括电感内置升压单元、直流电压源Vin、功率开关管S1、输出二极管Do、滤波电容CO和负载RL，其特征在于：所述直流电压源Vin与电感内置升压单元的输入端相连接，所述电感内置升压单元的输出端与功率开关管S1与输出二极管Do形成的公共连接点连接，所述的输出电容CO为变换器的输出端，所述滤波电容CO和负载RL并联，所述电感内置升压单元结构是包括相互耦合的第一电感与第二电感、储能电容Cr、续流二极管Dr，所述耦合电感中的第一电感Np同名端、储能电容、耦合电感中的第二电感Ns同名端依次串联，续流二极管Dr阳极接入储能电容Cr与耦合电感中的第一电感Np之间的连接点，续流二极管阳极Dr阴极与耦合电感中的第二电感Ns的异名端连接。
电感内置升压单元变换器中，所述储能电容CO为有极性电容或无极性电容；所述储能电容CO为有极性电容时，所述储能电容CO的电容正极与第二电感的同名端连接，所述储能电容CO的电容负极与第一电感的异名端连接。
电感内置升压单元变换器中，为保证变换器能够工作在部分谐振模式，以实现续流二极管零电流关断，耦合电感漏感与储能电容谐振周期需小于功率开关管导通时间。
如图2所示为电路实验波形，图2为开关管驱动电压Vgs，二极管Dr电流iDr及电压VDr波形，从图中可以看出，二极管电流工作在部分谐振模式，电流自然过零实现了零电流关断，有利于减小二极管损耗，提高电路效率。
综上所述，本发明提出了电感内置升压单元变换器，采用电感内置升压单元升压方案，在传统boost升压电路上进行改进创新，可将升压比提高到较高的水平，从而弥补传统boost升压电路升压能力的不足。因此，本发明具有升压增益高，结构简单，转换效率高的优点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (4)

1.电感内置升压单元变换器，包括电感内置升压单元、直流电压源Vin、功率开关管S1、输出二极管Do、滤波电容CO和负载RL，其特征在于：所述直流电压源Vin与电感内置升压单元的输入端相连接，所述电感内置升压单元的输出端与功率开关管S1与输出二极管Do形成的公共连接点连接，所述的输出电容CO为变换器的输出端，所述滤波电容CO和负载RL并联，所述电感内置升压单元结构是包括相互耦合的第一电感与第二电感、储能电容Cr、续流二极管Dr，所述耦合电感中的第一电感Np同名端、储能电容、耦合电感中的第二电感Ns同名端依次串联，续流二极管Dr阳极接入储能电容Cr与耦合电感中的第一电感Np之间的连接点，续流二极管阳极Dr阴极与耦合电感中的第二电感Ns的异名端连接。
2.根据权利要求1所述的电感内置升压单元变换器，其特征在于：所述储能电容CO为有极性电容或无极性电容。
3.根据权利要求2所述的电感内置升压单元变换器，其特征在于：所述储能电容CO为有极性电容时，所述储能电容CO的电容正极与第二电感的同名端连接，所述储能电容CO的电容负极与第一电感的异名端连接。
4.根据权利要求1所述的电感内置升压单元变换器，其特征在于：为保证变换器能够工作在部分谐振模式，以实现续流二极管零电流关断，耦合电感漏感与储能电容谐振周期需小于功率开关管导通时间。
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