CN107911020A - 一种组合电感交错高增益升压电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种组合电感交错高增益升压电路，包括输入电容Cin、输出电容Cout、输入主电感Lm和N个交错功率单元；其中，输入电容Cin的一端与所述升压电路的输入端相连，Cin的另一端接地；输入电感Lm的一端与电路的输入端相连，Lm的另一端与各交错功率单元的输入端相连；输出电容Cout的一端与各交错功率单元的输出端相连，Cout的另一端接地，以交错功率单元的输出端为所述升压电路的输出端。所述N个交错功率单元的开关管PWM驱动波形的相位两两相差360°/N。本发明的电路简单可靠，便于工程实现，输入电流纹波极小，具有较高的实用价值，可应用于燃料电池电源、太阳能光伏发电、蓄电池储能等大电流输入电源领域。

Description

一种组合电感交错高增益升压电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种组合电感交错高增益升压电路。
背景技术
由于传统Boost升压电路存在的固有缺点，变换器在实际应用过程中升压比存在限制，输出电压一般为输入电压的4～6倍。为了达到更高的升压比，近年来提出了众多的新型高增益拓扑电路，这些电路都有各自的优缺点。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种组合电感交错高增益升压电路，电路结构简单且易工程实现，能够应用于燃料电池电源、太阳能光伏发电、蓄电池储能等大电流输入电源领域。
本发明具体通过如下技术方案实现：
一种组合电感交错高增益升压电路，包括：输入电容Cin、输出电容Cout、输入主电感Lm和N个交错功率单元；其中，输入电容Cin的一端与所述升压电路的输入端相连，Cin的另一端接地；输入电感Lm的一端与电路的输入端相连，Lm的另一端与各交错功率单元的输入端相连；输出电容Cout的一端与各交错功率单元的输出端相连，Cout的另一端接地，以交错功率单元的输出端为所述升压电路的输出端。
进一步地，所述交错功率单元采用耦合电感的方式实现高增益升压，其包括：耦合电感L1、L2、开关管Q、二极管D以及隔直电容C；其中，L2与L1的匝比均为n，L1和L2磁耦合；耦合电感L1的异名端为所述交错功率单元的输入端，L1的同名端与耦合电感L2的异名端相连，L2的同名端与二极管D的正极相连，二极管D的负极作为所述交错功率单元的输出端，隔直电容C连接所述交错功率单元的输入端和输出端；开关管Q的第一端与L1的同名端相连，第二端接地，第三端接驱动信号。
进一步地，所述N个交错功率单元的开关管PWM驱动波形的相位两两相差360°/N。
进一步地，所述N个交错功率单元的开关管PWM驱动波形由1路PWM经过模拟电路扩相得到，或者由数字控制芯片直接发出。
进一步地，所述升压电路的应用范围为高升压比的燃料电池电源。
本发明的有益效果是：本发明的电路简单可靠，便于工程实现，输入电流纹波极小，具有较高的实用价值。
附图说明
图1是本发明的总体实现框图；
图2是本发明升压电路中的交错功率单元实现原理图；
图3是交错功率单元开关管驱动波形图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明的组合电感交错高增益升压电路，如图1所示，包括：输入电容Cin、输出电容Cout、输入主电感Lm和交错功率单元1～交错功率单元N。其中，输入电容Cin的一端与所述升压电路的输入端相连，Cin的另一端接地。输入电感Lm的一端与电路的输入端相连，Lm的另一端与交错功率单元的各输入端相连。输出电容Cout的一端与交错功率单元的各输出端相连，Cout的另一端接地，以交错功率单元的输出端为所述升压电路的输出端。
交错功率单元采用耦合电感的方式实现高增益升压，如图2所示，其包括：耦合电感L1、L2、开关管Q、二极管D以及隔直电容C；其中，L2与L1的匝比均为n，L1和L2磁耦合；耦合电感L1的异名端为所述交错功率单元的输入端，L1的同名端与耦合电感L2的异名端相连，L2的同名端与二极管D的正极相连，二极管D的负极作为所述交错功率单元的输出端，隔直电容C连接所述交错功率单元的输入端和输出端；开关管Q的第一端与L1的同名端相连，第二端接地，第三端接驱动信号。
当只有一个功率单元时，即不进行多相交错：当开关管Q导通时，二极管D关断，电容C充电，与输入电感Lm的电流iLm流入开关管Q。电感L1电流iL1等于开关管电流iQ，电感L1两端电压为UO-UC1，Uo是整个电路的输出电压，UC1是隔直电容的电压；当开关管Q关断时，二极管D导通，由于开关管寄生电容的存在，开关管寄生电容与二极管寄生电容、漏感之间形成谐振，导致开关管两端形成电压尖峰。二极管导通后，电感L1两端电压钳位在-UC1(1+n)，电感电流iL1线性下降，输入电感Lm通过电容C向负载传输能量，直到下一个开关周期的到来。
只要中间隔直电容C和输出滤波电容Cout电压脉动小，就能在输入电感Lm较小时也能实现几乎零输入电流纹波，设计时需要选取较大的电容值以减小电压纹波。
当有N个功率单元进行交错时，每次开关管进行开关时，均对N个单元的隔直电容进行充放电，这样隔直电容的电流应力下降到单个功率单元时的1/N，更有利于大功率电源设计。得益于多相交错时电流的纹波抵消作用，输入电感和耦合电感量可以大幅度降低，有利于大电流情况下的工程实现。
N个交错功率单元的开关管PWM驱动波形如图3所示，该驱动可以由1路PWM经过模拟电路扩相得到，也可以由数字控制芯片直接发出。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种组合电感交错高增益升压电路，其特征在于：所述升压电路包括：输入电容Cin、输出电容Cout、输入主电感Lm和N个交错功率单元；其中，输入电容Cin的一端与所述升压电路的输入端相连，Cin的另一端接地；输入电感Lm的一端与电路的输入端相连，Lm的另一端与各交错功率单元的输入端相连；输出电容Cout的一端与各交错功率单元的输出端相连，Cout的另一端接地，以交错功率单元的输出端为所述升压电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的组合电感交错高增益升压电路，其特征在于：所述交错功率单元采用耦合电感的方式实现高增益升压，其包括：耦合电感L1、L2、开关管Q、二极管D以及隔直电容C；其中，L2与L1的匝比均为n，L1和L2磁耦合；耦合电感L1的异名端为所述交错功率单元的输入端，L1的同名端与耦合电感L2的异名端相连，L2的同名端与二极管D的正极相连，二极管D的负极作为所述交错功率单元的输出端，隔直电容C连接所述交错功率单元的输入端和输出端；开关管Q的第一端与L1的同名端相连，第二端接地，第三端接驱动信号。
3.根据权利要求1或2所述的组合电感交错高增益升压电路，其特征在于：所述N个交错功率单元的开关管PWM驱动波形的相位两两相差360°/N。
4.根据权利要求3所述的组合电感交错高增益升压电路，其特征在于：所述N个交错功率单元的开关管PWM驱动波形由1路PWM经过模拟电路扩相得到，或者由数字控制芯片直接发出。
5.根据权利要求1或2所述的组合电感交错高增益升压电路，其特征在于：所述升压电路的应用范围为高升压比的燃料电池电源。
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