CN108768163A - 双输入高增益Boost变换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双输入高增益BOOST变换器,包括两个直流输入源,三个开关组成的变结构开关组,两个功率开关管,一个带有四个绕组的耦合电感器,八个单向整流二极管,一个输出滤波电容。与现有BOOST变换器相比,本发明双输入高增益BOOST变换器在一个直流输入源无法正常工作时,仍能正常运行,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,具体是一种具有双输入、电压高增益特性的Boost变换器。
背景技术
由于不可再生能源的过度消耗以及使用,不可再生能源所带来的环境污染问题,太阳能发电、风能发电等新能源发电方式得到了长足的发展。无论是太阳能发电还是风力发电都需要通过Boost变换器连接在公共母线上。高增益Boost变换器因其结构简单、操作方便而被广泛应用。因此对高增益Boost变换器的输出电压范围提出了更高的要求。但是传统Boost变换器的电压增益低,无法满足实际工作需要,为了解决这一问题,专利公布号CN102594134A公开一种单开关高增益Boost变换器,虽然其具有电压高增益的特性,但是还存在着抗干扰能力差,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,提供一种的目的是提供一种双输入高增益Boost变换器,解决了现有技术中Boost变换器抗干扰能力差,电流纹波大的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
双输入高增益Boost变换器,直流输入电源V1、直流输入电源V2的正极分别与开关Q1、开关Q2的一端相连,开关Q1的另一端与开关Q3的一端、单向整流二极管D6的阳极相连,开关Q2的另一端与开关Q3的另一端、耦合电感器的一个绕组L3的同名端、功率开关S2的漏极相连,耦合电感器的绕组L3的另一端与单向整流二极管D7、单向整流二极管D8的阳极相连,单向整流二极管D6的阴极与单向整流二极管D7的阴极、耦合电感器的一个绕组L4的同名端相连,单向整流二极管D8的阴极与功率开关S1的漏极相连,耦合电感器的绕组L4的另一端与单向整流二极管D1的阳极相连,功率开关S2的漏极与单向整流二极管D3的阳极、耦合电感器的一个绕组L1的同名端、储能电容C1的一端相连,单向整流二极管D1的阴极与储能电容C1的另一端、单向整流二极管D2的阳极相连,单向整流二极管D2的阴极与输出滤波电容C0的一端相连,单向整流二极管D3的阴极与单向整流二极管D4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D4、单向整流二极管D5的阳极相连,功率开关S1、耦合电感器的绕组L2的另一端、单向整流二极管D5的阴极、输出滤波电容C0的另一端与直流输入电源V1、直流输入电源V2的负极相连。
本发明的优点效果如下:
本发明的变换器有六种工作模式:其中变结构开关组有三种工作模式,当直流输入电源V1、直流输入电源V2正常工作时,开关Q1、开关Q2导通,开关Q3关断;当直流输入电源V1无法正常工作时,开关Q1关断,开关Q2、开关Q3导通;当直流输入源V2无法正常工作时,开关Q2关断,开关Q1、开关Q3导通。功率开关管S1、功率开关管S2有两种工作模式,功率开关管S1、功率开关管S2同时关断模式,电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4串联,处于放电状态,储能电容C1处于充电状态;功率开关管S1、功率开关管S2同时导通模式,电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4并联,处于充电状态,储能电容C1串联处于放电状态。在这六种模式下,实现变换器的运行。
本发明利用变结构开关组的不同组合形式,达到在一个直流输入源无法正常工作时,变换器正常运行的目的;由于储能电容C1的作用,功率开关管S1、功率开关管S2的电压应力减小;利用开关电感单元内在特性,功率开关管S1、功率开关管S2同时导通模式,电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4并联充电,直流输入电源V1、直流输入电源V2和储能电容C1串联放电;功率开关管S1、功率开关管S2同时关断模式,电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4串联放电,储能电容C1充电,从而实现输出升压;采用磁集成应用到开关电感单元,使Boost变换器体积减小,电流纹波减小。
附图说明
图1是本发明的双输入高增益BOOST变换器的拓扑结构图。
图2是本发明的双输入高增益BOOST变换器,在直流输入电源V1无法正常工作时,功率开关管(S1、S2)同时关断模式的模态图。
图3是本发明的双输入高增益BOOST变换器,在直流输入电源(V1)无法正常工作时,功率开关管(S1、S2)同时导通模式的模态图。
图4是本发明的双输入高增益BOOST变换器,在直流输入电源(V2)无法正常工作时,功率开关管(S1、S2)同时关断模式的模态图。
图5是本发明的双输入高增益BOOST变换器,在直流输入电源(V2)无法正常工作时,功率开关管(S1、S2)同时导通模式的模态图。
图6是本发明的双输入高增益BOOST变换器,在直流输入电源(V1、V2)正常工作时,功率开关管(S1、S2)同时关断模式的模态图。
图7是本发明的双输入高增益BOOST变换器,在直流输入电源(V1、V2)正常工作时,功率开关管(S1、S2)同时导通模式的模态图。
具体实施方式
实施例
本发明的双输入高增益Boost变换器。如图1所示,直流输入电源V1、直流输入电源V2的正极分别与开关Q1、开关Q2的一端相连,开关Q1的另一端与开关Q3的一端、单向整流二极管D6的阳极相连,开关Q2的另一端与开关Q3的另一端、耦合电感器的一个绕组L3的同名端、功率开关S2的漏极相连,耦合电感器的绕组L3的另一端与单向整流二极管D7、单向整流二极管D8的阳极相连,单向整流二极管D6的阴极与单向整流二极管D7的阴极、耦合电感器的一个绕组L4的同名端相连,单向整流二极管D8的阴极与功率开关S1的漏极相连,耦合电感器的绕组L4的另一端与单向整流二极管D1的阳极相连,功率开关S2的漏极与单向整流二极管D3的阳极、耦合电感器的一个绕组L1的同名端、储能电容C1的一端相连,单向整流二极管D1的阴极与储能电容C1的另一端、单向整流二极管D2的阳极相连,单向整流二极管D2的阴极与输出滤波电容C0的一端相连,单向整流二极管D3的阴极与单向整流二极管D4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D4、单向整流二极管D5的阳极相连,功率开关S1、耦合电感器的绕组L2的另一端、单向整流二极管D5的阴极、输出滤波电容C0的另一端与直流输入电源V1、直流输入电源V2的负极相连。
本发明的变换器有六种工作模式:分别如图2、3、4、5、6、7所示,详细分析如下:图2,在直流输入源V1无法正常工作时,功率开关管S1、功率开关管S2同时关断模式;在这种模态下,开关Q1关断,开关Q2、开关Q3导通。单向整流二极管D2、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5、单向整流二极管D6、单向整流二极管D8关断,单向整流二极管D1、单向整流二极管D4、单向整流二极管D7导通。耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4串联放电,直流输入源V2和电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4为储能电容C1充电。输出能量由输出滤波电容C0提供。
图3,在直流输入电源V1无法正常工作时,功率开关管S1、功率开关管S2同时导通模式;在这种模态下,开关Q1关断,开关Q2、开关Q3导通。单向整流二极管D1、单向整流二极管D4、单向整流二极管D7关断,单向整流二极管D2、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5、单向整流二极管D6、单向整流二极管D8导通。耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4并联充电,直流输入电源V2和储能电容C1串联给稳压电容C0和负载R供电。
图4,在直流输入电源V2无法正常工作时,功率开关管S1、功率开关管S2同时关断模式;在这种模态下,开关Q2关断,开关Q1、开关Q3导通。单向整流二极管D2、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5、单向整流二极管D6、单向整流二极管D8关断,单向整流二极管D1、单向整流二极管D4、单向整流二极管D7导通。耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4串联放电,直流输入电源V1和电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4为储能电容C1充电。输出能量由输出滤波电容C0提供。
图5,在直流输入电源V2无法正常工作时,功率开关管S1、功率开关管S2同时导通模式;在这种模态下,开关Q2关断,开关Q1、开关Q3导通。单向整流二极管D1、单向整流二极管D4、单向整流二极管D7关断,单向整流二极管D2、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5、单向整流二极管D6、单向整流二极管D8导通。耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4并联充电,直流输入电源V1和储能电容C1串联给稳压电容C0和负载R供电。
图6,在直流输入电源V1、直流输入电源V2正常工作时,功率开关管S1、功率开关管S2同时关断模式;在这种模态下,开关Q3关断,开关Q1、开关Q2导通。单向整流二极管D2、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5、单向整流二极管D6、单向整流二极管D8关断,单向整流二极管D1、单向整流二极管D4、单向整流二极管D7导通。耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4串联放电,直流输入电源V1、直流输入电源V2和电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4为储能电容C1充电。输出能量由输出滤波电容C0提供。
图7,在直流输入电源V1、直流输入电源V2正常工作时,功率开关管S1、功率开关管S2同时导通模式;在这种模态下,开关Q3关断,开关Q1、开关Q3导通。单向整流二极管D1、单向整流二极管D4、单向整流二极管D7关断,单向整流二极管D2、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5、单向整流二极管D6、单向整流二极管D8导通。耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4并联充电,直流输入电源V1、直流输入电源V2和储能电容C1串联给稳压电容C0和负载R供电。
本发明的双输入高增益BOOST变换器,在这六种能量传输模态下,完成能量的转换,实现变换器结构简单,体积小,抗干扰能力强,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 (7)
1.双输入高增益Boost变换器,其特征在于直流输入电源V1、直流输入电源V2的正极分别与开关Q1、开关Q2的一端相连,开关Q1的另一端与开关Q3的一端、单向整流二极管D6的阳极相连,开关Q2的另一端与开关Q3的另一端、耦合电感器的一个绕组L3的同名端、功率开关S2的漏极相连,耦合电感器的绕组L3的另一端与单向整流二极管D7、单向整流二极管D8的阳极相连,单向整流二极管D6的阴极与单向整流二极管D7的阴极、耦合电感器的一个绕组L4的同名端相连,单向整流二极管D8的阴极与功率开关S1的漏极相连,耦合电感器的绕组L4的另一端与单向整流二极管D1的阳极相连,功率开关S2的漏极与单向整流二极管D3的阳极、耦合电感器的一个绕组L1的同名端、储能电容C1的一端相连,单向整流二极管D1的阴极与储能电容C1的另一端、单向整流二极管D2的阳极相连,单向整流二极管D2的阴极与输出滤波电容C0的一端相连,单向整流二极管D3的阴极与单向整流二极管D4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D4、单向整流二极管D5的阳极相连,功率开关S1、耦合电感器的绕组L2的另一端、单向整流二极管D5的阴极、输出滤波电容C0的另一端与直流输入电源V1、直流输入电源V2的负极相连。
2.根据权利要求1所述的双输入高增益Boost变换器,其特征在于在直流输入源V1无法正常工作时,功率开关管S1、功率开关管S2同时关断模式;在这种模式下,开关Q1关断,开关Q2、开关Q3导通,单向整流二极管D2、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5、单向整流二极管D6、单向整流二极管D8关断,单向整流二极管D1、单向整流二极管D4、单向整流二极管D7导通,耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4串联放电,直流输入源V2和电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4为储能电容C1充电,输出能量由输出滤波电容C0提供。
3.根据权利要求1所述的双输入高增益Boost变换器,其特征在于在直流输入电源V1无法正常工作时,功率开关管S1、功率开关管S2同时导通模式;在这种模式下,开关Q1关断,开关Q2、开关Q3导通,单向整流二极管D1、单向整流二极管D4、单向整流二极管D7关断,单向整流二极管D2、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5、单向整流二极管D6、单向整流二极管D8导通,耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4并联充电,直流输入电源V2和储能电容C1串联给稳压电容C0和负载R供电。
4.根据权利要求1所述的双输入高增益Boost变换器,其特征在于在直流输入电源V2无法正常工作时,功率开关管S1、功率开关管S2同时关断模式;在这种模式下,开关Q2关断,开关Q1、开关Q3导通,单向整流二极管D2、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5、单向整流二极管D6、单向整流二极管D8关断,单向整流二极管D1、单向整流二极管D4、单向整流二极管D7导通,耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4串联放电,直流输入电源V1和电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4为储能电容C1充电,输出能量由输出滤波电容C0提供。
5.根据权利要求1所述的双输入高增益Boost变换器,其特征在于在直流输入电源V2无法正常工作时,功率开关管S1、功率开关管S2同时导通模式;在这种模式下,开关Q2关断,开关Q1、开关Q3导通,单向整流二极管D1、单向整流二极管D4、单向整流二极管D7关断,单向整流二极管D2、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5、单向整流二极管D6、单向整流二极管D8导通,耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4并联充电,直流输入电源V1和储能电容C1串联给稳压电容C0和负载R供电。
6.根据权利要求1所述的双输入高增益Boost变换器,其特征在于在直流输入电源V1、直流输入电源V2正常工作时,功率开关管S1、功率开关管S2同时关断模式;在这种模式下,开关Q3关断,开关Q1、开关Q2导通,单向整流二极管D2、单向整流二极管D3、单向整流二极管D5、单向整流二极管D6、单向整流二极管D8关断,单向整流二极管D1、单向整流二极管D4、单向整流二极管D7导通,耦合电感器的电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4串联放电,直流输入电源V1、直流输入电源V2和电感绕组L1、电感绕组L2、电感绕组L3、电感绕组L4为储能电容C1充电,输出能量由输出滤波电容C0提供。
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