CN108736707A - 一种具有开关电感结构的boost变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有开关电感结构的新型BOOST变换器,包括一个直流输入源,两个功率开关管,一个带有两个绕组的耦合电感器,五个单向整流二极管,两个输出滤波电容。与现有BOOST变换器相比,本发明的一种具有开关电感结构的新型BOOST变换器在相同占空比的情况下,具有更大的升压变比,功率开关管电压应力低,控制策略简单,电流纹波低,体积小的特点。

Description

一种具有开关电感结构的BOOST变换器
技术领域
本发明涉及一种直流-直流变换器,具体是一种具有开关电感结构的BOOST变换器。
背景技术
BOOST直流变换器伴随着以太阳能电源、风力发电、燃料电池为代表的新型电源和以化学电源、超级电容为代表的电能存贮设备的发展而发展起来的,并将随着这类无污染电源的广泛应用而得到广发应用。其中光伏发电及其并网系统获得了人们的广泛关注。在这些微网系统和并网系统中,每种能源形式均需要一个BOOST变换器,所以需要输入电压范围更高的BOOST变换器。但是现有的BOOST变换器虽然有稳定的输出电压,但是还存在着结构复杂,成本较高,功率器件电压应力高、电流纹波大,体积大等缺陷。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题,提供了一种具有开关电感结构的BOOST变换器,解决了现有技术中电压增益低、电流纹波大、功率器件电压应力大的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种具有开关电感结构的BOOST变换器,直流输入电源V的正极与单向整流二极管D1的阳极、耦合电感器的绕组L1的同名端相连,单向整流二极管D1的阴极与单向整流二极管D2的阴极、耦合电感器的绕组L2的同名端相连,耦合电感器的绕组L1的另一端与单向整流二极管D2、单向整流二极管D3的阳极相连,耦合电感器的绕组L2的另一端与单向整流二极管D4的阳极、功率开关管S1的漏极、单向整流二极管D3的阴极相连,整流二极管D4的阴极与输出滤波电容C1的一端相连,输出滤波电容C1的另一端与输出滤波电容C2的一端相连,功率开关管S1的源极与功率开关管S2的漏极相连,功率开关管S2的源极与单向整流二极管D5的阴极、直流输入电源V的负极相连,二极管D5的阳极与输出滤波电容C2的另一端相连。
本发明的优点效果如下:
本发明的变换器有四种工作模式:功率开关管S1、功率开关管S2导通模式,耦合电感器的绕组L1、绕组L2并联,处于充电状态,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于放电状态;功率开关管S1导通,功率开关管S2关断模式,耦合电感器的绕组L1、绕组L2并联,处于充电状态,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于放电状态;功率开关管S1关断,功率开关管S2导通模式,耦合电感器的绕组L1、绕组L2并联,处于充电状态,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于放电状态;功率开关管S1、功率开关管S2关断模式,耦合电感器的绕组L1、绕组L2串联,处于放电状态,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于充电状态;
本发明利用开关电感单元的内在特性,在功率开关管导通时,耦合电感器的绕组并联储能;在功率开关管关断时,耦合电感器的绕组串联放电,从而实现输出升压,结合BOOST变换器可达到输出电压的高增益。
附图说明
图1是本发明的一种具有开关电感结构的新型BOOST变换器的拓扑结构图。
图2是本发明的一种具有开关电感结构的新型BOOST变换器,功率开关管(S1、S2)导通模态图。
图3是本发明的一种具有开关电感结构的新型BOOST变换器,功率开关管(S1)导通,功率开关管(S2)关断模态图。
图4是本发明的一种具有开关电感结构的新型BOOST变换器,功率开关管(S1)关断,功率开关管(S2)导通模态图。
图5是本发明的一种具有开关电感结构的新型BOOST变换器,功率开关管(S1、S2)关断模态图。
具体实施方式
实施例
如图1所示,一种具有开关电感结构的BOOST变换器,直流输入电源V的正极与单向整流二极管D1的阳极、耦合电感器的绕组L1的同名端相连,单向整流二极管D1的阴极与单向整流二极管D2的阴极、耦合电感器的绕组L2的同名端相连,耦合电感器的绕组L1的另一端与单向整流二极管D2、单向整流二极管D3的阳极相连,耦合电感器的绕组L2的另一端与单向整流二极管D4的阳极、功率开关管S1的漏极、单向整流二极管D3的阴极相连,整流二极管D4的阴极与输出滤波电容C1的一端相连,输出滤波电容C1的另一端与输出滤波电容C2的一端相连,功率开关管S1的源极与功率开关管S2的漏极相连,功率开关管S2的源极与单向整流二极管D5的阴极、直流输入电源V的负极相连,二极管D5的阳极与输出滤波电容C2的另一端相连。
本发明的变换器有四种工作模式,分别如图2、3、4、5所示,详细描述如下。
如图2所示,功率开关管S1、功率开关管S2导通模式;在此模式下,单向整流二极管D1、单向整流二极管D3导通,单向整流二极管D2、单向整流二极管D4、单向整流二极管D5关断,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于放电状态,为负载端供电。耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2并联,处于充电状态,其上电流IL1、电流IL2上升。
如图3所示,功率开关管S1导通,功率开关管S2关断;在此模式下,单向整流二极管D1、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5导通,单向整流二极管D2、单向整流二极管D4关断,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于充电状态。耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2并联,处于充电状态,其上电流IL1、电流IL2上升。
如图4所示,功率开关管S1关断,功率开关管S2导通;在此模式下,单向整流二极管D1、单向整流二极管D3、单向整流二极管D4导通,单向整流二极管D2、单向整流二极管D5关断,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于充电状态。耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2并联,处于充电状态,其上电流IL1、电流IL2上升。
如图5所示,功率开关管S1、功率开关管S2关断模式;在此模式下,单向整流二极管D1、单向整流二极管D3关断,单向整流二极管D2、单向整流二极管D4、单向整流二极管D5导通,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于充电状态。耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2串联,处于放电状态,其上电流IL1、电流IL2下降。
本发明的一种具有开关电感结构的新型BOOST变换器,在这四种能量传输模态下,完成能量的转换,实现变换器结构简单,体积小,电压增益高,电流纹波小,功率器件电压应力小,使用寿命长的特点。

Claims (5)

1.一种具有开关电感结构的BOOST变换器,其特征在于直流输入电源V的正极与单向整流二极管D1的阳极、耦合电感器的绕组L1的同名端相连,单向整流二极管D1的阴极与单向整流二极管D2的阴极、耦合电感器的绕组L2的同名端相连,耦合电感器的绕组L1的另一端与单向整流二极管D2、单向整流二极管D3的阳极相连,耦合电感器的绕组L2的另一端与单向整流二极管D4的阳极、功率开关管S1的漏极、单向整流二极管D3的阴极相连,整流二极管D4的阴极与输出滤波电容C1的一端相连,输出滤波电容C1的另一端与输出滤波电容C2的一端相连,功率开关管S1的源极与功率开关管S2的漏极相连,功率开关管S2的源极与单向整流二极管D5的阴极、直流输入电源V的负极相连,二极管D5的阳极与输出滤波电容C2的另一端相连。
2.根据权利要求1所述的一种具有开关电感结构的BOOST变换器,其特征在于功率开关管S1、功率开关管S2导通模式;在此模式下,单向整流二极管D1、单向整流二极管D3导通,单向整流二极管D2、单向整流二极管D4、单向整流二极管D5关断,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于放电状态,为负载端供电,耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2并联,处于充电状态,其上电流IL1、电流IL2上升。
3.根据权利要求1所述的一种具有开关电感结构的BOOST变换器,其特征在于,功率开关管S1导通,功率开关管S2关断;在此模式下,单向整流二极管D1、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5导通,单向整流二极管D2、单向整流二极管D4关断,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于充电状态,耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2并联,处于充电状态,其上电流IL1、电流IL2上升。
4.根据权利要求1所述的一种具有开关电感结构的BOOST变换器,其特征在于功率开关管S1关断,功率开关管S2导通;在此模式下,单向整流二极管D1、单向整流二极管D3、单向整流二极管D4导通,单向整流二极管D2、单向整流二极管D5关断,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于充电状态,耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2并联,处于充电状态,其上电流IL1、电流IL2上升。
5.根据权利要求1所述的一种具有开关电感结构的BOOST变换器,其特征在于功率开关管S1、功率开关管S2关断模式;在此模式下,单向整流二极管D1、单向整流二极管D3关断,单向整流二极管D2、单向整流二极管D4、单向整流二极管D5导通,输出滤波电容C1、输出滤波电容C2处于充电状态,耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2串联,处于放电状态,其上电流IL1、电流IL2下降。
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