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
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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